气液反应和反应器

M ;η = th M a
L
1 , 很小,反应既在液膜,又扩散 很小,反应既在液膜, M th M
至液相主体中进行. 至液相主体中进行.
6-7
一级不可逆反应
aM 1 ;η = , β= a M M +1 a M M +1
L L L
③缓慢反应( M << 1 ) 缓慢反应(
Vk ∵a M = k
1
(6(6-46)
6-8
不可逆瞬间反应
2,临界浓度 (C BL ) C :
(C ) :反应面为界面时的 C ,即吸收速率最大时的 C
BL C
BL
BL
当CBL 当 CBL
反应面趋向于界面, ↑ 时,δ ↓ δ ↑ ),反应面趋向于界面,β ↑ ;N ↑ (
1 2
A
反应面到达界面, 反应面到达界面, ↑ 至δ = (δ = δ )时, 0
界面上吸收速率(扩散速率): 界面上吸收速率(扩散速率):
N
A
= D
AL
dC dx
A x=0
6-7
1,
一级不可逆反应
kC β =N =
L Ai A
kC
L
Ai
M [ M (a 1) + th M ] 6-36) ( 36) (a 1) Mth M +1
L L
β =
A
M [ M ( a 1) + th M ] ( a 1) M th M + 1
i i
0
i
(6-6)
p H = M E
i
(6 7) ;
i
6-1 气液相平衡
的关系: 2,E , H 与 T, P的关系:
i i
d ln E d ln H H = = R d(1 ) d(1 ) T T
i i y
i i i
i
(6-8)
d ln E d ln H V = = dp RT d(1 ) T
G G BL G AL BL BL C A L G
BL
6-8
不可逆瞬间反应
二级不可逆反应: 二级不可逆反应:
β β β= M β
i i
A + vB → Q
i
β β th M β
i
(6 52)
β = f ( β , M ),
i
式中: 式中:M = DALk2CBL / kL ;,
2
β =1+ D C vD C
L L
1
1 >> 1时,虽 M低但 a 很大, β → 1, η → 很大, , aM ( 在液流主体反应完全. ∴ 当 a M 在液流主体反应完全. 一切有利传质速率措施 皆有效 ) << 1时, β → a M, η → 1,液流主体远不能满足 反应 要求.N 与传质速率无关,仅决 定于液流主体反应速率 ) ( 要求. 与传质速率无关,
第二节
6-4
气—液反应历程 液反应历程
气—液相间物质传递: 液相间物质传递
常见传质模型:双膜论;渗透论;表面更新论;湍流传质论. 常见传质模型:双膜论;渗透论;表面更新论;湍流传质论.
1 1 1 = + , K k Hk
G G L
1 H 1 = + ; K k k
L G L
6-5
化学反应在相间传递的作用
倍数.) 倍数.)
第三节 气—液反应动力学特征 液反应动力学特征
6-6 伴有化学反应的液相扩散过程:
液膜中,边扩散,边反应,进而形成浓度分布. 液膜中,边扩散,边反应,进而形成浓度分布.如:
A + vB → Q
由微元内液膜物料衡算: 由微元内液膜物料衡算:
r d C dx = D d C = vr dx D
i 瞬间反应增强因子:表征吸
收组分A与活性组分B的扩散速率相对大小. 收组分A与活性组分B的扩散速率相对大小.
6-8
不可逆瞬间反应
①虚拟一级快反应: 虚拟一级快反应: 条件——液膜中B的扩散>>反应的消耗(B供应很充分,液 液膜中B的扩散>>反应的消耗( 供应很充分, 条件 液膜中 >>反应的消耗 膜中B的浓度可视为恒定) 膜中B的浓度可视为恒定) 即当 β > 2 M 时, β = M
aP * C = RC = C 1 + aP *
0 0 O A A B B A
(6-19) 19)
化学吸收时典型的气液平衡关系
6-3
带化学反应的气——液平衡 液平衡 带化学反应的气
2,物理吸收与化学吸收比较
溶解度与分压关系 溶解度大小 物理吸收 直线 宜用高分压 H 直线—宜用高分压 渐进线—宜用低分 化学吸收 渐进线 宜用低分 a = k ' H → K ' 更具有选择性 压 温度对平衡影响( 温度对平衡影响(热效 应) 相对较小 相对较大
1 I = ∑C Z 2
i
0 i
,离子强度
2,若溶液中含有非电解质
E H lg( ) = lg( ) = h C E H
0 s
0
(6-11) 11)
s
6-3
1,
带化学反应的气——液平衡 液平衡 带化学反应的气
化学平衡 ← vb B (液) → v M + 液 k'= k / k
m
相平衡 va A(气) ← v A(液) 气 → 液 + HA
L L L L A
6-8
不可逆瞬间反应
1,反应仅在液膜内某一平面(反应面)上完成. 反应仅在液膜内某一平面(反应面)上完成. 对
A + vB → Q :
A BL BL
N = [1 + D C
vD C ]k C
AL Ai L
Ai
(6(6-45)
β = [1 + D C vD C ] = δ δ
BL BL AL Ai L
f y =Ex
p i i i
i
(6 3)
6-1 气液相平衡
若气相为理想溶液( 若气相为理想溶液( i = 1 ): 理想溶液 若气相为理想气体 低压下): 理想气体( 若气相为理想气体(低压下):
pi i i i
f y =Ex
p i i
i
f = p = py = E x
i
(6-4);
或
C =H p
6-5
化学反应在相间传递的作用
3,化学吸收的增强因子 β :
DD '的斜率 β = > 1; DE 的斜率 1 1 1 1 H 1 = + = + K k β Hk K k βk
G G L
L
G
L
k' 表观反应速率 =β = , k 物理传质速率
L L
β 的作用:降低液相传质阻力的比例(增强液相传质系数的 的作用:降低液相传质阻力的比例(
2 A A 2 2 B 2
(6 29) (6 30)
AL
A
BL
6-6
伴有化学反应的液相扩散过程
边界条件: 边界条件:
dC x = 0时,C = C , dx = 0 ( B组分不挥发) x = δ 时,C = C , D dCA = γ (v δ ) dx
B A Ai L B Bi AL x =δ L A L
y
(6-9)
6-2
溶液中气体溶解度的估算
1,若溶液中有电解质: 若溶液中有电解质:
E H lg( ) = lg( ) = h I + h I + E H
0 1 1 2 2 0
(6-10) 10)
式中:E0, 在水中的亨利系数, 式中:E0,H0 ——在水中的亨利系数,溶解度系数; 在水中的亨利系数 溶解度系数;
i
②瞬间反应: 瞬间反应: 条件——k2很大,而B供应很不充分, k2很大, 条件 k2很大 供应很不充分, 即当 M > 10β 时,β = β
i
i
6-11
平行反应和连串反应
一,平行反应: 平行反应: 多种反应剂对一种气体的吸收过程(工业中常见)属此. 多种反应剂对一种气体的吸收过程(工业中常见)属此. 两种反应剂对同一种气体吸收的浓度分布的形式, 两种反应剂对同一种气体吸收的浓度分布的形式,因反应 类型不同而不同: 类型不同而不同:
1,化学反应可忽略的过程: 化学反应可忽略的过程: 当液相中反应量<<物理溶解量,可视为物理吸收过程. <<物理溶解量 当液相中反应量<<物理溶解量,可视为物理吸收过程. 对液相中进行的一级不可逆反应, 如:对液相中进行的一级不可逆反应, 24) 若 k1t << 1 (6-24) 则可视为物理吸收; 则可视为物理吸收; 液相气体中进行缓慢化学反应过程: 2,液相气体中进行缓慢化学反应过程: 化学反应不可忽略的过程 用无因次准数M 用无因次准数M表示液膜中化学反应与传递之间相对速率 大小,作为反应类别判据. 大小,作为反应类别判据.判定化学反应是在膜中进行还是在 液相中进行(慢反应,快反应,瞬间反应,中速反应——反应 液相中进行(慢反应,快反应,瞬间反应,中速反应 反应 类型) 类型)
讨论: 讨论: 被吸收组分与溶剂相互作用(溶剂化作用,如水吸收氨): ①被吸收组分与溶剂相互作用(溶剂化作用,如水吸收氨):
A(气 ) → A(液) + B(溶剂) M (液) → 若气相为理想气体: C 若气相为理想气体: P = 15) H (1 + K ' C ) (6-15)
HA k'
0 * A A A B
1 1 2
β ;N
max
A , max
=k P;
G G
vk D 49) (C ) = ( )( )P (6-49) k D
G AL BL C G L BL
6-8
不可逆瞬间反应
BL A
当 C 再 ↑ 时, N 不再 ↑ ,为气膜扩散控制 可见: 可见:
BL BL C A
N ( 时 气膜扩散控制: 当C ≥ C ) ,气膜扩散控制: = k P D P+ C vHD 双膜扩散控制: ( 时 双膜扩散控制 当C < C ) ,双膜扩散控制:N = 1 1 + Hk k
a
vN
n
γ γ k = γ γ
vM M r vA a
* A A
vN N vB
;
vm
γ
vn N vb
r
—活度系数 活度系数
b
C 1 C C f = = ( ) H H K 'C
M A A B
1
va
若气相为理想气体: 若气相为理想气体:
P = f
* A
* a
(6-14) 14)
6-3
带化学反应的气——液平衡 液平衡 带化学反应的气
A L Ai 1 AL Ai A L
湍动无效; 湍动无效;
η=
1 a
L
度趋于0. 度趋于0
M
, 很小, 0;反应在液膜中进行完毕液相平均反应浓 很小, →
6-7
一级不可逆反应
②中速反应: 中速反应:
很大, (a ( M >> 1, M << 1, a 很大, 1) >>
L L
1 M th M
)
β=
L L
实际反应速率 液相最大反应速率
6-7
一级不可逆反应
不同反应速率的化学吸收过程,其过程特征是不同的. 不同反应速率的化学吸收过程,其过程特征是不同的.
2,有关讨论: 有关讨论: ①快速反应( M >> 1, M > 3, a >> 1 ): 快速反应(
L
无关, β = M ; N = M k C = k D C , → N 与k 无关,加剧液相
L L
L
(6-37) 37)
N [ M (a 1) + th M ] (6-38) 38) = η= k1C V a M [(a 1)th M + 1]
Ai L L
6-7
一级不可逆反应
反应吸收速率 通过气液界面的吸收速 率 η= = 液相处于 C 下反应速率 在气液相最大反应速率
Ai
=
液相反应利用率(表示液相反应被利用的程度: 液相反应利用率(表示液相反应被利用的程度:若 η 低,则 表示由于受传递过程限制而使液相A浓度较界面大为降低). 表示由于受传递过程限制而使液相A浓度较界面大为降低). 单位传质表面的液相容积(或厚度) V 单位传质表面的液相容积(或厚度)与液膜容积 a = : (或厚度)之比. 或厚度)之比. δ
②被吸收组分在溶液中离解: 被吸收组分在溶液中离解:
A(气) → A(液) M + N →
HA k' +
17) C = H P + K ' H P (6-17)
0 * * A A A A A
C =C +C
0 A A
+ M
6-3
带化学反应的气——液平衡 液平衡 带化学反应的气
HA k'
③吸收组分与溶剂中活性组分作用: 吸收组分与溶剂中活性组分作用:
A(气 ) → A(液) + B(液) M (液) →
aP * C = C + RC = H P * +C 1 + aP * 6-18a) ( 18a) 式中, 式中,a = K' H , 表示化学反应气液平衡
0 0 O A A A B A A B A
A
④若物理溶解量相对于化学转化量可忽略时: 若物理溶解量相对于化学转化量可忽略时:
第六章 气液反应及反应器
第一节 气液反应平衡
6-1 气液相平衡
1,平衡关系: 平衡关系:
f
i(g)
=f
i(l )
;
i组分在气相与液相中的逸度相等. 组分在气相与液相中的逸度相等. 液相为理想溶液 气相为理气 * 稀溶液(符合亨利定律): 稀溶液(符合亨利定律):
fi ( g ) = f pi yi ==== f p yi ===== f pi = pi = pyi