8 多相反应器

8.3 气体 A 与液体 B 的反应为不可逆反应,对 A 为一级,对 B 为零级,已知三种情
况下反应速率常数 k,液侧传质系数 kL,组分 A 在液相中的扩散系数 DAL 以及液相
体积与液膜之比α值如下:
k
kL
DAL × 105
α
s −1
cm / s
cm2 / s
400
0.001
1.6
40
400
0.04
比相界面积a=6.75cm-1 气含率εG = 0.139 DAL = 2.22 × 10−4 cm2 / s
由
于环已烷大量过剩,按拟一级反应处理:
M = kCB DAL = 0.2 × 103 × 7.65 × 2.22 × 10−4 = 1.4001
8 多相反应器
8.1 纯二氧化碳与氢氧化钠水溶液进行反应,假定液相上方水蒸汽分压可不计,试 按双膜模型绘出气相及液相中二氧化碳浓度分布的示意图.
解:
8.2 用 1.2M 的氨水吸收某生产装置出口气中的二氧化喘,当气流主体中二氧化碳
分压为 1.013×10-3Mpa 时,该处的二氧化碳吸收速率为多少?
P = 0.891 MPa Τ = 155 C CB0 = 7.74 kmol / m3 = 7.74 × 10−3 mol / cm3 CA0 = 0 mol / m3 QL = 26.7m3 / h = 7.433 × 103 cm3 / s Qg = 161m3 / h C B = 7.65kmol / m3 = 7.65 × 103 mol / cm3 kL = 0.416cm / s k = 0.2m3 / mol ⋅ s 氧的溶解度 = 1.115 × 10−4 kmol / m3 = 1.115 × 10−7 mol / cm3
界面积=6.75cm-1,气含率εG=0.139,氧在液相中扩散系数 DAL=2.22×10-4cm2/s. 解:题给出的反应器出口液体中环已烷浓度值 6.76kmol/m3 太小了,即使气体
中的氧完全反应,也不能使环已烷浓度低到 6.76kmol/m3,为此假定反应器出口环
已烷浓度为 7.65 kmol/m3;
1.6
40
1
0.04
1.6
40
试分别计算这三种情况下的增大因子和有效因子值,并对计算结果进行比较与讨
论.
解:
M1 =
k1DAL1 = kL1
400 × 1.6 × 10−5 = 80 0.001
β1 = M1 = 80
η1 = α
1 M1
= 1 = 3.125 × 10−4 40 × 80
M2 =
k2 DAL2 = kL2
400 × 1.6 × 10−5 = 2 0.04
β2
=
2
×
2 × (40 − 1) + tac h(2) 2 × (40 − 1)tach(2) + 1
=
2(2 × 39 + 0.964)
2 × 39 × 0.964 + 1
=
2.073
η2百度文库= α
M
M (α − 1) + tach ⎡⎣ M (α − 1)tach
属于快速反应,其增大因子: β = M = 10.06
因此:
127
( ) ( ) −RA = kG pAG − pAG* = β kL pAG* H A
亦即:
( ) 3.22 × 10−10 1.013 × 103 − pAG* = 10.06 × 0.04 pAG* × 1.53 × 10−10
kL = 0.04cm / s,
aL = 2.0cm2 / cm3
kG = 3.22 × 10−10 mol / cm2 ⋅ s ⋅ Pa
按拟一级反应处理,反应速率常数:
k = k2CB = 38.6 × 105 × 1.2 × 10−3 = 4.632 × 103 s−1
八田数 : M = kDAL / kL = 4.632 × 103 × 3.5 × 105 / 0.04 = 10.06
1
β3
=
α
α M3 M3 − M3
+
1
=
40
×
40 × 0.01 0.01 − 0.01
+
1
=
0.2878
η3
=
α
M3
1 − M3
+
1
=
1 1.39
=
0.7194
上述三组数据,随 M 的变小,β也变小,表示化学反应速率依次变慢,故液相利用
率η依次增加.
8.4 在机械拌釜中于 0.891Mpa 及 155℃等温下用空气氧化环已烷.液相进料中环
M M
+ 1⎤⎦
=
2(40 − 1) + tach(2) 40 × 2 ⎡⎣2 × (40 − 1)tach(2) + 1⎤⎦
=
2 × 39 + 0.964
80(2 × 39 × 0.964 +
1)
=
1.295 × 10−2
128
M3 =
k3 DAL3 = kL3
1× 1.6 × 10−5 = 0.1 0.04
解:
PAG = 1.013 × 10−3 MPa = 1.013 × 103 Pa
CB = 1.2M = 1.2mol / l = 1.2 × 10−3 mol / cm3
DAL = DBL = 3.5 × 10−5 cm2 / s
k2 = 38.6 × 105 cm3 / mol ⋅ s
H A = 1.53 × 10−10 mol / cm3 ⋅ Pa
( ) pAG* = 5.23 × 1.013 × 103 − pAG*
pAG*
=
5.23 ×1.013 ×103 6.23
=
850Pa
(−RA ) = β kL pAG* H A = 10.06 × 0.04 × 850 × 1.53 × 10−10
= 5.233 × 10−8 mol / cm2 ⋅ s
已知:液相中 CO2 和 NH3 的扩散系数均为 3.5×10-5cm2/s,二级反应速率常数为
38.6×105cm3/mols, 二氧化碳的溶解度系数为 1.53×10-10mol/cm3Pa, kL=0.04cm/s,
kG=3.22×10-10mol/cm2sPa, 相界面积 aL=2.0cm2/cm3.
已烷浓度 7.74kmol/m3,氧含量为零.液体与空气的进料量分别为 26.76m3/h 和
161m3/h,要求出口的液体中环已烷浓度为 6.76kmol/m3,假定气相及液相均呈全混
流,气相阻力可忽略不计,试计算所需的反应体积.
已知数据:该反应对氧及环已烷均为一级,操作条件下的反应速率常数
k=0.2m3/mols,氧的溶解度=1.115×10-4kmol/m3.液侧传质系数 kL=0.416cm./s,比相