气液相反应和反应[优质内容]

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增强因子E和液相利用率
均为Ha和液相总体积与液膜体积之比的函数 反应速率常数和液相主体中组分B的浓度乘积 大时
Ha很大tanhHa1
液相利用率很小，说明反应在液膜内进行 应该采用比表面积大的气液反应器进行反应
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增强因子E和液相利用率
反应速率常数和液相主体中组分B的浓度乘积 小时 Ha很小tanhHaHa
当反应速率非常大时，不仅反应物A在液膜内被完全耗尽， 反应物B的浓度在液膜内也将逐渐下降
非线性方程
简化处理
当反应飞速反应，反应仅仅发生在液膜内的某一个平面上时，可 以获得简化处理
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飞速反应
反应过程 液膜内存在一反应面，当自气液界面向液相 主体扩散的组分A和自液相主体向气液界面 扩散的组分B在反应面上相遇时，相互反应而耗尽，也就意味着反应 面上组分A和B的浓度均为0 定常态下，组分A从气相主体扩散到气液界面的量和从气液界面
有化学反应时的液相传质系数与无化学反应时的液相传质系数之比
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增强因子E
化学反应对过程有加速作用 加速作用实质表现在由于反应存在改变了液膜内反应物的浓度梯
度 E为有反应时和无反应时的浓度梯度之比
液膜传质阻力忽略时，通过界面的传质通量表达
等于液相主体均相反应速率计算
液相有效利用率---JA与RA的比值
气相组分A由气液界面向液相主体传递 液相组分B由液相主体向气液界面传递
气液组分的浓度分布
采用双膜理论进行分析时，组分A和B的浓度梯度仅存在于液膜 内，在液相主体中的浓度梯度为0
如虚线所示
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反应的物料衡算
在液相内离相界面为z处取一厚度为dz的微元体 达到定常态时---A组分物料衡算
过程控制步骤的判断
若
若
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1.4 二级不可逆反应
对于二级不可逆反应
非线性方程
Van krevelen在假设组分A在液膜内全部耗尽，即在
的
条件下，求取上述方程的近似解
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1.5 拟一级反应、飞速反应与二级反应中Ha和E的关系
当
相当于反应速率k很大或k10很小的情况 按照飞速反应处理
Baidu Nhomakorabea
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1. 气液相反应动力学
理论基础是由日本学者八田四郎次在双膜理论的基础上完 成的
用于气液相理论的研究还有表面更新理论和溶质渗透理论 三种模型在实际过程中的应用结果相差不大 用双膜理论来描述更为合适
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1.1 气液反应过程的基本方程
气相反应物A与不挥发的液相反应物B进行反应
略的中速反应
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1. 2 拟一级不可逆反应
若液相组分B大量过剩，液相中组分B的浓度视为常数 反应速率方程
按照一级反应处理 方程
方程的通解
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组分A在液膜内的浓度分布
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组分A在液膜内的浓度分布
浓度分布为Ha和的函数 同时还可计算出伴有化学反应时通过液膜的传质通量
K1为伴有化学反应时的液相传质系数 增强因子E
气液相反应和反应器分析
化环学院 晋梅
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概述
气液反应过程
气相反应物溶解于液相后，再与液相中的反应物进行反应的一种 非均相反应过程
主要用于
直接制取产品，如环己烷制取乙二酸，乙醛氧化制乙酸，气态二 氧化碳和氨水反应制取碳酸氢铵
化学吸收，脱除气相中某一种或几种组分，如热钾碱或乙醇胺溶 液脱除合成气中的二氧化碳，用铜氨溶液脱除合成气中一氧化碳 等
扩散进入该微元体的组分A的量-由该微元扩散出去的组分A=微元体中反应掉的组分A的量
组分A和B反应级数为一级，DA为常数
B组分的物料衡算
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求解
边值条件
表明穿过液膜进入液相主体的组分A将在主体中和组分B进行反应---穿 过液膜的扩散量等于主体中的反应量
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单位反应器体积中液相总体积和液膜体积之比
扩散到反应面的量应相等，且和组分B从液相主体扩散到反应面 的量符合化学计量关系
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定态条件下的扩散通量之间的关系
同时考虑气膜阻力和液膜阻力 时，飞速反应的速率计算式
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仅考虑液膜阻力时
飞速反应的增强因子
飞速反应的增强因子与反应速率常数无关
飞速反应的增强因子与八田数也无关
只有提高液相中B的浓度，才能提高飞速反应的增强因子
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液相有效利用率
定义：气液反应过程中液相利用程度的度量 物理意义：与气固相催化反应中的内部效率因子相当
当JA=RA时，液相有效利用率为1，整个反应在液相中进行， 表明反应是相对于传质十分缓慢的反应
在严重的扩散限制下，JA<<RA时，液相利用率很低，反应 在液膜中进行，表明反应相对于传质来讲，反应十分快速
反应过程
分压为pA的反应物A从气相主体传递到气液界面 在界面上A的气相分压为pAi，液相浓度为cAi，两者处于相平衡状态 反应物A从气液界面传入液相，在液相内浓度 为cA的A与浓度为cB的B进行反应 气液相反应过程存在反应相外部的质量传递 和反应相内部的传质和反应同时发生的过程
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气液相反应中的传递过程方向
八精制田课件数
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八田数
无化学反应时的传质系数
物理意义
类似于气固相反应中的Thiele模数
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八田数可作为气液相反应中反应快慢程度的判据
Ha>3，属于反应在液膜内进行飞速反应或快速反应 Ha<0.02，属于反应在液相主体中进行慢反应 0.02<Ha<3，属于反应在液膜和液相主体的反应都不能忽
两个参数均为Ha和液相总体积与液膜体积之比的函数 根据Ha和的定义
Ha很小，
大，则存在
过程由物理传质速率决定，化学反应精制仅课在件液相主体的某一区域内进行
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增强因子E和液相利用率
根据Ha和的定义
Ha很小，
小，则存在
整个反应过程将在液相中进行，过程速率由均相反应速率决定
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1.3 不可逆飞速反应
原因：浓度的提高，使得反应面向气液界面推移，组分A在液膜中 的扩散距离缩短
极限情况：反应面与气液界面相重合
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反应面与气液界面重合时，过程阻力集中在气膜内，则传质通量
此时对应于一个液相反应物B的浓度---临界浓度
液相主体扩散至相界面的B的量和从气相主体扩散到相界面A的量符合化学计量关系