化学反应工程第六章气液反应工程讲课教案

1mol/LNa2CO3的离子强度：I11 2 ciZi21 2243
1mol/L的离子强度：I2
111
2
1
由式(6-10)得，l H g 0 H h 1 I 1 h 2 I 2 0 . 1 3 1 0 . 1 1 4 3 0 . 46 78
H0 H3.00
H 0 .3/8 3 .0 5 0 0 .1k 2m 8 /m (3 o •M l )Pa
解度系数H0为0.385 km olm 3M Pa。
解 查表6-2及表6-3得
对1mol/L N 2 C 3 ： h a 1 O h h h G 0 . 0 0 9 . 0 0 1 3 . 0 8 0 1 . 15 14
1mol/L N ： h a 2 h O h h G H 0 . 0 0 9 . 0 1 0 6 . 0 0 0 1 . 15 36
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢 其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
若气相为理想气体的混合物，即i 1 ，则低压 下的气－液平衡关系为 pi pyi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
在低压下则为 ci Hi pi
溶解度系数和亨利系数的近似关系为
H
i
ρ M0
Ei
为溶液的密度；M0为溶剂摩尔质量。
l E / g E 0 l H g 0 / H h 1 I 1 h 2 I 2
式中E0、E为气体在水中和在电解质溶液中的亨利系数； H0、H为气体在水中和在电解质溶液中的溶解度系数；
I1、I2为溶液中各电解质的离子强度，
I 12ciZi2，其中ci为离子浓度，Zi为离子价数；
h1、h2为溶液中各电解质所引起的溶解度降低系数，其 数值为hhhhG，其中h+、h-、hG分别为该电解质正、负离 子及被溶解的气体引起的数值。
在过程工业中，采用化学吸收进行气体净化和 气-液反应，气-液反应是气相中某组分与液相溶剂 产生化学反应而生成另一种液相产物，广泛用于有 机物的氧化、氯化、加氢等反应，主要采用填料反 应器和鼓泡反应器。
本章授课内容
• 气-液反应平衡 • 气-液反应历程 • 气-液反应动力学特征 • 气-液反应器概述 • 鼓泡反应器 • 填料反应器
存在时， ，则 cM cN
cM cN KccA
A的总浓度 ，由 cA 0cAcM cAK ccA 得 cA 0HAp* A KcHAp* A
，则 cA HAp*A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转 化率为，此时 ， cBc0 B1xB cM c0BxB ，由化学平衡关
气-液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等 化学加工过程；合成气净化，废气及污水处理，以及好气 性微生物发酵等过程均常应用气-液反应。
有机物氧化 有机物氯化
工业应用气－液反应实例
链状烷烃氧化成酸；对-二甲苯氧化成对苯二甲酸；环己烷氧化成环 己酮；乙醛氧化成醋酸。
苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯。
亨利系数Ei与溶解度系数Hi与温度和压力的关
系为
d dl1nE Tid dl1n H TiR Hi
dlnEi dlnHi Vi
dp
dp RT
V i 为气体在溶液中的偏摩尔容积，m3 kmol。
二、溶液中气体溶解度的估算
如果溶液中含有电解质，这些电解质的离子将会降低气 体的溶解度，它可由如下关联式表示
系 K c c M /c A ( c B ) x B / c * A 1 x B
将气液平衡关系 引入，则 cA HAp*A
1A
当气相是理想气体混合物时，上式为
pA*
1 HA
cKMMcccBNBN
1A
为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系， 下面分几种类型来分析。
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
设被吸收组分A在溶液中总浓度为
c
0 A
，即cA 0
, cA* cM
可得 。联合理想气体亨利定律 ,整 Kc
cM cA*cB
如果吸收剂中含有非电解质溶质，气体溶解度 亦会降低，则溶解度系数为
lE g /E 0 lH g 0 /H h S c S
式中 hs为非电解质溶液盐效应系数，m3 kmol； cS为非电解质的浓度，kmol 。 m3
盐效应系数随分子量增大而增加。
[例 6-1] 计 算 CO2 在 20℃ 、 1mol/L Na2CO3和 1mol/L NaOH溶液中的溶解度系数，已知CO2在20℃水中溶
cA0 cA* cA*cB
cA HAp*A
理得
p*A
cA HA
cA 0
HA1KccB
当A为稀溶液时，溶剂B是大量的，p
* A
与
c
0 表观上
A
仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时
增大(1+Kc cB)倍。
如水吸收氨即属此例。
2. ຫໍສະໝຸດ Baidu吸收组分在溶液中离解
由反应平衡，Kc cM cN cA，当溶液中无其他离子
三、带化学反应的气—液相平 衡
气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既 遵从相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体 A与液相中B发生反应，则可表示为
由化学平衡常数可写出
cA*
cMν M cNν KccBν B
N
1/ν A
由相平衡关系式可得
f* A(g)
cA* HA
H 1AcK M M cccB NBN
第六章 气-液反应工程
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主 要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而 增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收， “化工原理”课程只做了简要阐述。