化学反应工程(第三版)陈甘棠主编第八章气液两相反应器PPT课件

（8-14）
定常态操作时，单位界面上反应量等于扩散通量，即
NA(rA )d SA n dtD LA ddA czz0
将A的浓度分布对z求导后代入上式得
式中，
N A( rA )D L LA cA 1 i b D L L D c B c B A AL i kLc A Ai
k LA
DLA L
A ( g b) l) B P(( r A ) k A c B c
定常态条件下，在单位面积的液膜中取一厚度为dz的微元层，对组分
A作物料衡算：
D Ld A dAc z( rA )d z D Ld A d c zAd dAc d z z
整理得
DLAdd2cz2A kcAcB 0
（8-12）
同理可得
0
pA
相界面 反应面
CBL
pAi cAi
RzL
DLB
d 2cB dz2
0
边界条件：
δR
z 0 ,c A c A ;iz L ,c B c BL
δL
zR ,c A c B 0 ,D Ld A d A c z D Ld B d B c z0
12
将二阶微分方程积分得到液膜中A的浓度分布为：
cAcAi11D DL LB AbcBA cLizL
第八章 气液两相反应器
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整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
8.1 概述
气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型： （1）化学吸收： 原料气净化、产品提纯、废气处理等。 （2）制取化工产品
a.
b.
c.
（淤浆床）
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（2）界面反应
液相中B的浓度足够大时，反应面位置与相界面重合，此时，A
组分的消失速率取决于其在气膜中的扩散速率。该过程属于气膜控
制过程。
(rA )kGA pA
（8-19）
反应面位置的判别
由
N AkG(A p Ap A)i( rA )kLc A A 1 ib D L L D c c B B A A L i
基础方程 边界条件
DL
d2cA A dz2
k1cA
z 0 , A c c A ;i δ L ,zA c 0
基础方程的特解为
cAcA
isisninhD khL 1D kAL 1D kALLD kA A LL A A zcA
sinhD kL 1AD kLLA Az
i
sinh
（8-28）
16
式中，双曲正弦函数
δG
δL
Main body of gas
双膜模型解释反应过程示意图
假设： 溶剂不挥发，气体中溶质以
外的组分不溶解。 反应完全发生在液膜和液相
主体中。
5
8.2 气液相反应宏观动力学
气液相反应是传质与反应过程的综合，其宏观反应速率取决于其 中速率最慢的一步，即控制步骤。
如反应速率远大于传质速率，则称为传质控制（气膜或液膜扩散控 制），宏观反应速率在形式上就是相应的传质速率方程。
3
8.1.1 气液相反应设备
{ （1）塔式
板式塔 填料塔
鼓泡塔、喷雾塔
（2）釜式
4
8.1.2 气液传质的双膜模型
1924年由Lewis和Whitman提出。 基本论点： （1）气液界面的两侧分别有一呈层流流 动的气膜和液膜，膜的厚度随流动状态 而变化。 （2）组分在气膜和液膜内以分子扩散形 式传质，服从菲克定律。 （3）通过气膜传递到相界面的溶质组分 瞬间溶于液相且达到平衡，符合亨利定 律，相界面上不存在传质阻力。 （4）气相和液相主体内混合均匀，不存 在传质阻力。全部传质阻力都集中在二 层膜内，各膜内的阻力可以串联相加。
在相界面上，溶解达到平衡，气液组成符合亨利定律 pAiHAcAi
上式可变换为
(pAHAcA)i HAcA i HA bDL D LB cABLpAHA bDL D LB cABL
1
HA
1 HA
kGA
kLA
kGA kLA
（8-18）
则得
(rA )KGA pAHA bDD LLB cABL
1 1 HA KGA kGA kLA
，称为液膜传质系数。
（8-16）
1 DLBcBL bDLAcAi
，称为瞬间反应的增强系数。物理意义是气
液反应条件下组分A的消失速率与最大物理吸收速率 kLAcAi 之比。 13
式（8-15）中cAi是界面浓度，难以测定，工程设计中通常将 其换算为容易测量的pA来表示的反应速率。因为，
N AkG(A p Ap A)i( rA )kLc A A 1 ib D L L D c c B B A A L i
如传质速率远大于反应速率，称为反应控制，宏观反应速率就等于 本征反应速率。
如果传质速率与反应速率相当，则宏观反应速率要同时考虑传质和 反应的影响。
了解气液反应的控制步骤，是对过程进行分析和设备选型的重要依 据。
6
气液相反应的类型
A ( g b) l) B P(( r A ) k A c B c
ex ex sinhx
2
膜内增强系数
k1DLA kcBLDLA
kLA
kLA
（8-26）
γ又称为Hatta准数，或八田准数，其物理意义是：
2
k
cBkLL2DALAkkcALicAcBALiL
最大反应速率 最大物理吸收速率
和
pAiHAcAi
解得
cAi
kGApA
1 b
kLBcBL
kLA HAkGA
若
1 kGApA bkLBcBL ，
cAi 0
，则必为界面反应。
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（3）拟一级快速反应
反应发生在液膜中，A可能在一定距离 处反应完全，B浓度足够大，在反应区内可 近似认为其浓度不变。
( r A ) (kB )c c A k 1 c A
根据反应速率相对快慢，分为以下八种类型。
（1）瞬间快速反应
（2）界面反应
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ห้องสมุดไป่ตู้
（3）二级快速反应
（4）拟一级快速反应
( rA ) (kB )c c A k 1 c A
8
（5）二级中速反应
（6）拟一级中速反应
9
（7）二级慢速反应
（8）极慢反应
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8.2.1 基础方程 可由双膜理论和菲克定律导出。
设反应为
DLBdd2cz2B bkAccB 0
此二式即二级不可逆气液反应的基础方程，
根据不同类型气液反应的边界条件，可得到不同特解。
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不同类型气液相二级反应的宏观速率式
（1）瞬间快速反应 如图，反应仅在反应面上，反应面左侧只
含A，右侧只含B。因此，反应面两侧的扩散
传质均不受化学反应影响。即
0zR
DLA
d 2cA dz2