第八章气液相反应器

pAG pAI
cB
cA
(b) 极慢速反应（反应 在液相主体内）
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第三节 气液反应器
3.1 工业上常用的气液反应器
图 气液反应器的主要类型（a）填料塔 （b）喷淋塔 （c） 板石式油塔化（学工d）程系鼓泡塔 (e)化搅学拌工程反与应工器艺教（研室f）管式反应器weigang
L L'
δ’L
图8-3气液反应过程
令
L L'
，称为化学增强因子。
则：
dnA dt
kAGS ( pAG
pAI ) kAL'S (cAI
cAL ) kALS(cAI
cAL )
1 1 K S ( pAG KcAL )
kAG kAL
8.1-3
令KG
1 k AG
K
k AL
dnA dt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
KG S( pAG
b a
(rA
)
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上述微分方程有两个边值条件：
其一为：l
0;cA
cAI
pAI K
; dcB dl
0
另一个将根据不同的情况有不同的值，大体可分为以下六种。
相界面（反应面）
相界面
相界面
δG
δL
cB
pAG δG
δL
pAG
反应区
pAG
反应面
pAI cAI
cB
pAI cAI
（1）
反应 组分A
相界面 气相主体 气膜 液膜 液相主体
气相主体
（2）
反应 组分A
气膜
相界面
相界面
液膜
液相主体
z
图8-1 气液相反应过程
（3）液相中的化学反应A(resolve)+B(l) →R(g)
（4） 产 物 R
液相主体
液膜
相界面
（5） 产 物 R
相界面
气膜
气相主体
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8.1.2 气液反应过程的计算关系式
双膜模型组分A相际传质如图8-2所示： 相界面
按照双膜理论模型，在气液相界 气相主体 气膜 液膜 液相主体
面处A组分达到平衡状态。即： PGA
PA
pGA KcGI
➢A组分由气相主体扩散到气 液相界面的速率方程为：
PAI
cAI
cA
cAL
dnA dt
dnAL dt
kALS(cAI
cAL )
➢过程在定态下操作时：
dnAG dnAL
dt
dt
➢组分A与B在液相中进行化学反应： aA bB rR
其动力学方程式为：r
rA a
rB b
k cAm cBn
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➢气液反应过程的基础方程：
在液膜内取一厚度为dl，与传质方向垂直的面积为S的体积 作为单元体积，在该单元体积中作物料衡算：
A组分的物料衡算：FdyA =(rA ) Adl
只要将相应得反应方程代入及可求解出 高度
L
L
dl
F
yA1
dyA
0
A yA2 -rA
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—END THE CHAPTER
cB
(a) 瞬间反应（反应在 相界面）
Z
(b) 瞬间反应（反应在 液膜内）
(b) 快速反应（反应区 在液膜内）
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相界面
相界面
pAG
cB pAG
pAI cA
pAI
cB
cA
(b) 中速反应（反应在 (b) 慢速反应（反应在
液膜和液相主体内）
液相主体内）
相界面
1、气液相反应过程
气相
扩散
液相
反应
2、气液相反应过程的工业应用
（1）制取 化工产品 如：C2H4和O2通入PbCl-CuCl2 的醋酸水溶液生产乙醛等。
（2）除去 （3）回收
有害组分 CO2等。 有用组分
如：合成氨生产中除去H2S、
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8.1.1 气液反应的步骤
⑤液相传质系数：
Sh
2.0
0.0187
Re0P.484
SC0L.339
d b g1/ 3 D 2/3
L
0.072
1.61
由上式可计算kAL值
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⑵连续操作的鼓泡塔式反应器
当气体和液体均为连续操作，且塔高与塔 径之比较大时，气体可视为平推流，液 体为全混流。
A 单元体积 单元体积 A
DALV
dcA dl
DALV
d dl
[cA
dcA dl
]
δG
δL
单元体积 消耗的A量 (rA)V
dl
单元体积 累积的A量
0
图8-4单元体积的选定
所以，物料衡算为：
DAL
dcA2 dl 2
(rA )
δV=Sdl
同理，B物质的物料衡算为：DBL
dcB 2 dl 2
(rB )
DAG G
( pAG
pAI )S
z
➢A组分由气液相界面扩散到
δG δL
液相主体的速率方程为：
图8-2 双膜模型组分A相际传质的示意图
dnA dt
DAL
L
(cAI
cAL )S
➢结石油合化膜学传工程递系系数的定义化学：工程kA与G 工 D艺AG教G ,研kA室L
DAL L
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则： dnA dt
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第八章 气液相反应器
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8 气液相反应过程与反应器
8.1 概述 8.2 气液反应动力学 8.3 气液反应器
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8.1 概述
二 填料式反应器的计算 （1）反应器的特点 ①液体在填料表面呈液膜状向下流动，主体相的量很
少 ②气液相的接触面积为填料的表面 ③气液相的传质过程可按双膜模型计算 （2）反应器的应用：适用于瞬间反应过程及快反应过
程 （3）反应器的工艺计算
塔径的计算： 填料层高度的计算： （其中β为常数）
式石中油k化A学G和工程k系AL分别为化A学组工分程与在工艺气教相研室和液相中的we传igan质g 系
KcAL )
8.1-4
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8.2 气液反应动力学
8.2.1 气液反应过程的基础方程
假定气相中A组分与液相中B组分的反应过程按双膜模型进行。
➢气相中A组分向气液相界面扩散的速率为：
dnAG dt
kAGS( pAG
pAI )
➢A组分由气液相界面向液相主体扩散的速率为：
kAGS ( pAG
pAI ) kALS (cAI
cAL )
S ( pAG pAI ) S (cAI cAL )
1
1
k AG
k AL
1
1 K
S ( pAG KcAL ) K AGS ( pAG KcAL )
k AG k AG
K AG
1 k AG
K k AG
式中KAG为气相传质总系数。
8.1-1 8.1-2
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➢若液相中存在化学反应，则导致液膜较纯物理 过程的液膜变薄，如图8-3所示：
δG
δL
则气膜中：
dnA dt
kAGS( pAG
pAI )
液膜中：
dnA dt
kAL'S(cAI
cAL )
k AL'
DAL
L'
DAL
L
L L'
k AL
本节讨论中速反应和慢反应过程：
如右图所示对体积单元做物料衡算
联解以上方程可得气体出口组成
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反应时间：
t A
B
1
1 CB1
k AL CB2
dCB CAI -CAL
计算中用到的参数：
①气泡直径
球形直径：
dB
1.82 d0 L
/
L -G
1/3
三 鼓泡塔式反应器的计算
⑴半连续操作的鼓泡塔式反应器
定义：液体一次加入，气体连续通入反应器底部， 以气泡形式通过床层，最后从顶部逸出，直到 液相中组成达到要求时停止送气且将液体作为 成品排出反应器
简化的物理模型：①气相在反应器内流动为平 推流，气体分压随高度呈线性变化
②液相在塔内为全混流，在操作过程中液体的物 性参数是不变的
g
非球形时用平均直径
dV
=26B0-0.5G
-0.12 a
u 0G gdt
0.12
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1/ 2
②气泡上升速度：
ut =
2 L dV L
1 2
dVg
③气含率：塔径大于30cm时
0.7uoG
u
t
+
u oL
1-
④比相界面积：
26(H0 / dt )0.3 K 0.003
Thank you .
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