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
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化学反应工程ppt课件
❖ 特点：反应器中所有空间位置的物料参数都是均 匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，即反 应器内物料浓度和温度均匀，与出口处物料浓度 和温度相等。物料质点在反应器中的停留时间参 差不齐，形成停留时间分布。搅拌强烈的连续搅 拌釜（槽）式反应器中的流体流动可视为全混流
37
几个化学反应工程中常用的概念
一般适用于均相反应（气相、液相） ❖ 优点：返混小，所需反应器容积小，比传热面大 ❖ 缺点：对慢速反应，管要很长，压降大
加料
产物
42
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
21
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
12
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自 动控制水平相关。
13
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化 学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进 行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏 观反应过程。
7. 精细化工反应：含磺化，硝化，卤化，重氮化，酯 化，胺化，缩合。如苯、萘的磺化，苯硝化制硝基 苯等。
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
31
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
37
几个化学反应工程中常用的概念
一般适用于均相反应（气相、液相） ❖ 优点：返混小，所需反应器容积小，比传热面大 ❖ 缺点：对慢速反应，管要很长，压降大
加料
产物
42
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
21
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
12
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自 动控制水平相关。
13
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化 学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进 行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏 观反应过程。
7. 精细化工反应：含磺化，硝化，卤化，重氮化，酯 化，胺化，缩合。如苯、萘的磺化，苯硝化制硝基 苯等。
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
31
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
《化学反应工程》陈甘棠编著课件《均相反应器》ppt
B
A
VCR=vCA0t-VCA
化
学
工
程
系
半连续操作的釜式反应器
CA / CA0
C / CA0
CR / CA0
化
学
工
程
系
3.6 反应器非等温过程分析
•基本概念和原理
•非等温反应器设计
•全混流反应器的热稳定性分析
化
学
工
程
系
一、基本概念和原理 反应热ΔHr，J/mol。吸热为正，放热为负。
Hr2 Hr1 cp dT
化
学
工
程
系
3.3 理想连续搅拌釜式反应器——全混流反应器
一、特点 1. 反应器内各空间位置 温度、浓度均一。 2. 返混无穷大 3.反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度 相同。
CA0 FA0 v0 T0 CA F A v Tout VR T=Tout G Ci=Ci，out T m， in G
T m，out
0
0
rAV R
dn A dt
即： rAV R
dnA dt
化
学
工
程
系
积分得(1)：t n A0
xA
0
dx A rAVR
※间歇反应器的 设计方程※（1）
恒容时： t CA0
xAf
xA 0
dxA rA
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于 反应速率，而与反应器体积大小无关；反应器 的大小由处理量决定。
当各釜容积相同且在相同的温度下操作时
C AN 1 C A0 (1 k i ) N
单釜空时，V=NVi=Nv0i
化
学
工
A
VCR=vCA0t-VCA
化
学
工
程
系
半连续操作的釜式反应器
CA / CA0
C / CA0
CR / CA0
化
学
工
程
系
3.6 反应器非等温过程分析
•基本概念和原理
•非等温反应器设计
•全混流反应器的热稳定性分析
化
学
工
程
系
一、基本概念和原理 反应热ΔHr，J/mol。吸热为正，放热为负。
Hr2 Hr1 cp dT
化
学
工
程
系
3.3 理想连续搅拌釜式反应器——全混流反应器
一、特点 1. 反应器内各空间位置 温度、浓度均一。 2. 返混无穷大 3.反应器内浓度、温度 与出口处浓度、温度 相同。
CA0 FA0 v0 T0 CA F A v Tout VR T=Tout G Ci=Ci，out T m， in G
T m，out
0
0
rAV R
dn A dt
即： rAV R
dnA dt
化
学
工
程
系
积分得(1)：t n A0
xA
0
dx A rAVR
※间歇反应器的 设计方程※（1）
恒容时： t CA0
xAf
xA 0
dxA rA
对于间歇系统达到一定转化率所需时间取决于 反应速率，而与反应器体积大小无关；反应器 的大小由处理量决定。
当各釜容积相同且在相同的温度下操作时
C AN 1 C A0 (1 k i ) N
单釜空时，V=NVi=Nv0i
化
学
工
《化学反应工程》课件
部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。
化学反应工程陈甘棠
cS0 17.59kmol / m3
rA 4.76106 3.9082 2.61 5.15xA 0.6575xA2
xA 0.35 时， rA 0.3873mol / l h
VR
v0cA0 xA rA
的几何尺寸并进行某些经济评价。
2021年3月26日星期五
第2页/共145页
间歇式完全混合（无返混）
理想混合反应器 （完全混合）
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
2021年3月26日星期五
第3页/共145页
返 混：不同停留时间的粒子间的混合
平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移 动，
b) 数值法
cR Ft
dcR dt
dF t
dt
f t
cR t t0
f t t t0 cR Ft
Ft f tt t0 0
用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值
2021年3月26日星期五
第26页/共145页
2.以生产费用最低为目标
AT
at a0t0 aF VRCR M R
2021年3月26日星期五
第40页/共145页
2 、反应器中其他时间表示方法
1）反应时间：反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。
2）停留时间：指反应物粒子从进入到离开反应器的时间 对于间歇反应器和平推流反应器，反应时间和停留时间相同 对于全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料 在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均 停留时间来表征。
第30页/共145页
对A进行物料衡算：
输入 =
输出 = 0
rA 4.76106 3.9082 2.61 5.15xA 0.6575xA2
xA 0.35 时， rA 0.3873mol / l h
VR
v0cA0 xA rA
的几何尺寸并进行某些经济评价。
2021年3月26日星期五
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间歇式完全混合（无返混）
理想混合反应器 （完全混合）
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
2021年3月26日星期五
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返 混：不同停留时间的粒子间的混合
平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移 动，
b) 数值法
cR Ft
dcR dt
dF t
dt
f t
cR t t0
f t t t0 cR Ft
Ft f tt t0 0
用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值
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2.以生产费用最低为目标
AT
at a0t0 aF VRCR M R
2021年3月26日星期五
第40页/共145页
2 、反应器中其他时间表示方法
1）反应时间：反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。
2）停留时间：指反应物粒子从进入到离开反应器的时间 对于间歇反应器和平推流反应器，反应时间和停留时间相同 对于全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料 在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均 停留时间来表征。
第30页/共145页
对A进行物料衡算：
输入 =
输出 = 0
《化学反应工程》全册配套完整教学课件
床层或反应器内宏观动力学模型(或简称床层动力学模型) 各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体与催化剂颗粒的相 互流动状况，和使用过程中催化剂失活影响的诸多因素，即处于介 尺度的宏观动力学。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
化学反应工程第八章 气-液固三相反应及反应器PPT课件
18
19
压降
20
涓流床三相反应器中的传递过程
21
22
涓流状态下液—固相间传质系数
23
涓流床中的传热
24
机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器
利用机械搅拌的方法使催化剂保持悬浮状态，有较高的 传质和传热系数，但带来了较高的动力消耗和催化剂颗粒磨 损。
按照气体的分散方式，机械搅拌悬浮三相反应器分为压 力布气式和自吸式两种。
2
工业上采用的气—液—固反应器按床层的性质主要分为 （1）固体固定型（fixed bed，固定床） （2）固体悬浮型（ suspended bed ， expended bed，膨胀 床） （3）输送床(transport bed，携带床)。
4
固定床气-液-固反应器
——涓流床（滴流 床反应器），液 流向下流动，以 一种很薄的液膜 形式通过固体催 化剂，而连续气 相以并流或逆流 的形式流动，但 正常的操作方式 是气流和液流并 流向下流动。
31
固体完全悬浮时的临界气速
32
33
34
35
36
37
三相流化床反应器
三相流化床反应器的流体力学 分为安静鼓泡区、湍流鼓泡区、栓塞流区、过渡区
在低气速下，液相为连续相；在高气速下，气体力连续相。 流型团与液体的粘度及表面张力和固体颗粒的粒度及密度 等性质有关。
38
39
三相流化床的液体临界流速
(2)过渡流动区——继续提高气体流 速，床层上部是喷射流，下部出现脉 冲现象。
(3)脉冲流动区——气速进一步增大
16
(4)分散鼓泡区——若再增大气速，各脉冲间的界限变得不 易区分，达到一定程度后，形成分散鼓泡区。这时液相成 为连续相，气体则呈气泡状存在，形成分散相。
19
压降
20
涓流床三相反应器中的传递过程
21
22
涓流状态下液—固相间传质系数
23
涓流床中的传热
24
机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器
利用机械搅拌的方法使催化剂保持悬浮状态，有较高的 传质和传热系数，但带来了较高的动力消耗和催化剂颗粒磨 损。
按照气体的分散方式，机械搅拌悬浮三相反应器分为压 力布气式和自吸式两种。
2
工业上采用的气—液—固反应器按床层的性质主要分为 （1）固体固定型（fixed bed，固定床） （2）固体悬浮型（ suspended bed ， expended bed，膨胀 床） （3）输送床(transport bed，携带床)。
4
固定床气-液-固反应器
——涓流床（滴流 床反应器），液 流向下流动，以 一种很薄的液膜 形式通过固体催 化剂，而连续气 相以并流或逆流 的形式流动，但 正常的操作方式 是气流和液流并 流向下流动。
31
固体完全悬浮时的临界气速
32
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34
35
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三相流化床反应器
三相流化床反应器的流体力学 分为安静鼓泡区、湍流鼓泡区、栓塞流区、过渡区
在低气速下，液相为连续相；在高气速下，气体力连续相。 流型团与液体的粘度及表面张力和固体颗粒的粒度及密度 等性质有关。
38
39
三相流化床的液体临界流速
(2)过渡流动区——继续提高气体流 速，床层上部是喷射流，下部出现脉 冲现象。
(3)脉冲流动区——气速进一步增大
16
(4)分散鼓泡区——若再增大气速，各脉冲间的界限变得不 易区分，达到一定程度后，形成分散鼓泡区。这时液相成 为连续相，气体则呈气泡状存在，形成分散相。
化学反应工程第八章流化床反应器课件
气泡上升到床层表面时的破裂将部分颗粒弹出床面。在 密相床上面形成一个含有少量颗粒的自由空域 （freeboard）。
一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床， 而另一部分较细小的颗粒就被气流带走，只有通过旋风 分离器的作用才能被捕集下来，经过料腿而返回密相床 内。
(3) 节涌流化床
对于高径比较大的流化床，直径较小， 当表观气速大到一定程度时，会由于气 泡直径长大到接近床层直径而产生气栓 （slug）。气栓像活塞一样向上升，而气 栓上面颗粒层中的颗粒纷纷下落，气栓 达到床层表面时即破裂。床层压降出现
A类颗粒称为细颗粒，一般粒度较小（30 ~ 100μm）并且颗
粒密度较小（ρp<1400 kg/m3）。 ➢ A类颗粒形成鼓泡床后，密相中空隙率明显大于临界流
化空隙率εmf ； ➢ 密相中气、固返混较严重，气泡相与密相之间气体交换
速度较高； ➢ 随着颗粒平均粒度降低，气泡尺寸随之减小； ➢ 催化裂化催化剂是典型的A类颗粒。
➢ 对于较小和较轻的A类颗粒，当表观气速ug刚超过临界 流化速度的一段操作范围内，多余的气体仍进入颗粒群 使之均匀膨胀而形成散式流态化，但进一步提高表观气 速将生成气泡而形成聚式流态化，这种情况下产生气泡 的相应表观气速称为起始鼓泡速度或最小鼓泡速度umb。
2. 聚式流态化与散式流态化
决定散式或聚式流态化的主要因素是固体与流体之 间的密度差，其次是颗粒尺寸。 当用水流化密度很大的铅颗粒，液-固流化床中也有大液 泡形成聚式流化行为。 当用1.5～2.0MPa压力下密度增大的空气流化260μm的砂 子，出现了散式流态化现象。 处于散式流态化的液-固流化床为均匀的理想流态化状态。
我国于1956年开始将流态化技术应用于工业装置，南京化学 工业公司自立更生建立了硫铁矿流化床焙烧装置，取代多层 硫铁矿机械焙烧炉，并迅速广泛推广，促进了硫酸工业发展。
一部分在自由空域内的颗粒在重力作用下返回密相床， 而另一部分较细小的颗粒就被气流带走，只有通过旋风 分离器的作用才能被捕集下来，经过料腿而返回密相床 内。
(3) 节涌流化床
对于高径比较大的流化床，直径较小， 当表观气速大到一定程度时，会由于气 泡直径长大到接近床层直径而产生气栓 （slug）。气栓像活塞一样向上升，而气 栓上面颗粒层中的颗粒纷纷下落，气栓 达到床层表面时即破裂。床层压降出现
A类颗粒称为细颗粒，一般粒度较小（30 ~ 100μm）并且颗
粒密度较小（ρp<1400 kg/m3）。 ➢ A类颗粒形成鼓泡床后，密相中空隙率明显大于临界流
化空隙率εmf ； ➢ 密相中气、固返混较严重，气泡相与密相之间气体交换
速度较高； ➢ 随着颗粒平均粒度降低，气泡尺寸随之减小； ➢ 催化裂化催化剂是典型的A类颗粒。
➢ 对于较小和较轻的A类颗粒，当表观气速ug刚超过临界 流化速度的一段操作范围内，多余的气体仍进入颗粒群 使之均匀膨胀而形成散式流态化，但进一步提高表观气 速将生成气泡而形成聚式流态化，这种情况下产生气泡 的相应表观气速称为起始鼓泡速度或最小鼓泡速度umb。
2. 聚式流态化与散式流态化
决定散式或聚式流态化的主要因素是固体与流体之 间的密度差，其次是颗粒尺寸。 当用水流化密度很大的铅颗粒，液-固流化床中也有大液 泡形成聚式流化行为。 当用1.5～2.0MPa压力下密度增大的空气流化260μm的砂 子，出现了散式流态化现象。 处于散式流态化的液-固流化床为均匀的理想流态化状态。
我国于1956年开始将流态化技术应用于工业装置，南京化学 工业公司自立更生建立了硫铁矿流化床焙烧装置，取代多层 硫铁矿机械焙烧炉，并迅速广泛推广，促进了硫酸工业发展。
气液两相流ppt课件
; w ,w ; s ;o ,A ， M ,E ; w g m ,w f m ,j g m ,j f m ;
.
本章小结
1. 何谓两相流？ 两相流的分类？ 2. 有关含气率、速度、密度、比容定义及计算式。 3. 两相流特性参数的分类 4. 何谓热平衡？ 5. 滑速比与各参数的关系
作业：
1-4
通流面积mdzdpdzdp41全液相摩擦压力梯度与两相流总质量流量相同的液体流过通道时的压力梯度lololodp梯度单相水的摩阻系数一般按布拉修斯blasius公式计算02502503164re03164lo42全液相折算系数的求解全液相折算系数lolodpdzdpdz4302502503164re03164gd2平均粘度法把两相流体看作一种特殊的单相流体采用平均粘度来计算两相流体的等效摩阻系数44麦克达姆mecadam计算式应用最广25西克奇蒂chcchitti计算式德克勒dukler计算式代入58式班可夫bankoff计算式45计算的步骤总结dzdpgdlodzdplolodzdpdzdpdzdpdzdp461
平时成绩
出勤率
作业
.
知识问答
参考教材：
《两相流与沸腾传热》，徐济鋆编，原子能 出版社。
《两相流与传热》D.巴特沃思等编，陈学俊， 陈听宽，曹柏林译，原子能出版社。 《两相流与沸腾传热》，鲁钟琪编，清华大 学出版社。
.
课程目录
第一章 两相流基本参数及其计算方法（4学时） 第二章 两相流的流型和流型图（6学时） 第三章 两相流的基本方程（4学时） 第四章 截面含气率的计算（8学时） 第五章 直管的两相流压降计算（10学时） 第六章 两相流局部压降计算（2学时） 第七章 两相临界流动（4学时） 第八章 两相流流动不稳定性（2学时）
.
本章小结
1. 何谓两相流？ 两相流的分类？ 2. 有关含气率、速度、密度、比容定义及计算式。 3. 两相流特性参数的分类 4. 何谓热平衡？ 5. 滑速比与各参数的关系
作业：
1-4
通流面积mdzdpdzdp41全液相摩擦压力梯度与两相流总质量流量相同的液体流过通道时的压力梯度lololodp梯度单相水的摩阻系数一般按布拉修斯blasius公式计算02502503164re03164lo42全液相折算系数的求解全液相折算系数lolodpdzdpdz4302502503164re03164gd2平均粘度法把两相流体看作一种特殊的单相流体采用平均粘度来计算两相流体的等效摩阻系数44麦克达姆mecadam计算式应用最广25西克奇蒂chcchitti计算式德克勒dukler计算式代入58式班可夫bankoff计算式45计算的步骤总结dzdpgdlodzdplolodzdpdzdpdzdpdzdp461
平时成绩
出勤率
作业
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知识问答
参考教材：
《两相流与沸腾传热》，徐济鋆编，原子能 出版社。
《两相流与传热》D.巴特沃思等编，陈学俊， 陈听宽，曹柏林译，原子能出版社。 《两相流与沸腾传热》，鲁钟琪编，清华大 学出版社。
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课程目录
第一章 两相流基本参数及其计算方法（4学时） 第二章 两相流的流型和流型图（6学时） 第三章 两相流的基本方程（4学时） 第四章 截面含气率的计算（8学时） 第五章 直管的两相流压降计算（10学时） 第六章 两相流局部压降计算（2学时） 第七章 两相临界流动（4学时） 第八章 两相流流动不稳定性（2学时）
8气液相反应过程与反应器ppt课件
R
A B
cBL
L－ R
DLB DLA
1 L 1 A DLB cBL
R
B DLA cAi
1 A DLB cBL 1 A kLB cBL
B DLA cAi
B kLA cAi
• β代表了反应面的位置， β=1，反应面在 液膜位置上， β，反应面与气液界面 重合。
28
最新课件
• 宏观反应速率最终取决于反应物A的反应 特性k，传递特性DAL和体系的流体力学特 性δL。
• 强化宏观反应速率需要提高k，DAL，减小 δL。
• 当然还与气相传递特性有关。
31
最新课件
• γ决定了反应是快是慢，是否存在反应面， 反应在何处进行。
• 判据： • γ>2属于瞬间反应或快反应过程；宜选用
K GA 和K LA分别是以气相和液相表 示的 总括传质系数。
10
最新课件
• 扩散物A在液膜中
的化学反应，使 pA
液膜较物理过程
的液膜变薄，由
变为 L
。
' L
• 注意液膜是流体
力学特性，而变
薄的液膜就不单
纯是流体力学的
概念了。
11
δ'L
pAi cAi
δG
cA δL
最新课件
• 则：
dnA dt
k GA S p A
• 更具有普遍意义：A(g)+B(l)=C(g) • 其宏观反应历程为： • 1 A从气相主体向气液界面扩散； • 2 A在气液界面处溶解于液相； • 3 溶解于液相的A向液相内部扩散，在扩
散的同时与液相中的B发生反应；
6
最新课件
4 液相中的产物C透过液膜扩散到气液界 面；
A B
cBL
L－ R
DLB DLA
1 L 1 A DLB cBL
R
B DLA cAi
1 A DLB cBL 1 A kLB cBL
B DLA cAi
B kLA cAi
• β代表了反应面的位置， β=1，反应面在 液膜位置上， β，反应面与气液界面 重合。
28
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• 宏观反应速率最终取决于反应物A的反应 特性k，传递特性DAL和体系的流体力学特 性δL。
• 强化宏观反应速率需要提高k，DAL，减小 δL。
• 当然还与气相传递特性有关。
31
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• γ决定了反应是快是慢，是否存在反应面， 反应在何处进行。
• 判据： • γ>2属于瞬间反应或快反应过程；宜选用
K GA 和K LA分别是以气相和液相表 示的 总括传质系数。
10
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• 扩散物A在液膜中
的化学反应，使 pA
液膜较物理过程
的液膜变薄，由
变为 L
。
' L
• 注意液膜是流体
力学特性，而变
薄的液膜就不单
纯是流体力学的
概念了。
11
δ'L
pAi cAi
δG
cA δL
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• 则：
dnA dt
k GA S p A
• 更具有普遍意义：A(g)+B(l)=C(g) • 其宏观反应历程为： • 1 A从气相主体向气液界面扩散； • 2 A在气液界面处溶解于液相； • 3 溶解于液相的A向液相内部扩散，在扩
散的同时与液相中的B发生反应；
6
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4 液相中的产物C透过液膜扩散到气液界 面；
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（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
，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
第八章 气液两相反应器
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
点击此处输入 相关文本内容
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）
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
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
14
（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 )kGAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱpA
（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
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
7
（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
10
8.2.1 基础方程 可由双膜理论和菲克定律导出。
设反应为
和
pAiHAcAi
解得
cAi
kGApA
1 b
kLBcBL
kLA HAkGA
若
1 kGApA bkLBcBL ，
cAi 0
，则必为界面反应。
15
（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
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
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。
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
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。
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
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
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。
11
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