气液反应器
气液反应过程及反应器
（3）有利于降低能量消耗 反应热旳回收，压力能旳回收，分散液体所需要旳动力。
（4）有利于反应温度旳控制 降膜、板式塔、鼓泡塔：易；填料塔：难
（5）应能在较少流体流率下操作 填充床反应器、降膜反应器和喷射反应器有限制。
32
气液反应器旳型式和特点
本征动力学方程
(rA )
1 V
dnA dt
kcALcBbL
气液反应旳宏观速率：
(R A )
1 VL
dnA dt
因为气液相反应依托界面传质，因而受单位体积液相具有旳界面积影响。
定义：α --- 单位气液混合物容积中旳相界面积。 m2/m3
fL ---- 气液两相旳液含量。fL
V VL
(RA )
1 VL
ALC
b BL
29
8.4 气液相反应器
工业生产对气液反应器旳要求： （1）较高旳生产强度 （2）有利于反应选择性旳提升 （3）有利于降低能量消耗 （4）有利于反应温度旳控制 （5）应能在较少流体流率下操作
30
（1）较高旳生产强度
（a)气膜控制情况 气相容积传质系数大旳反应器： 液体高度分散； 气体高速湍动。 可选用喷射、文氏等反应器
1924年由Lewis和Whitman提出。 基本论点： （1）气液界面旳两侧分别有一呈层流流 动旳气膜和液膜，膜旳厚度随流动状态 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）经过气膜传递到相界面旳溶质组分 瞬间溶于液相且到达平衡，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，各膜内旳阻力能够串联相加。
气液固三相反应器
鼓泡淤浆床三相反应器
鼓泡淤浆床反应器（Bubble Column Slurry Reactor, 简 称 BCSR ）的基础是气 - 液鼓 泡反应器，即在其中加入固 体，往往文献中将鼓泡淤浆 床反应器与气 - 液鼓泡反应 器同时进行综述。
鼓泡淤浆床三相反应器
某些极限情况下： 不存在气膜传质阻力，kAG→∞时
Se 1 1 1 1 K GL kT a k AL k AS k w sw
不存在气-液界面处液膜传质阻力，kAL→∞时
1 1 Se 1 1 K GL k kT a k AG k w sw AS
cAig KGLcAiL
令
rA
dN A d VR
kT S e c Ag
则
1 S K 1 Se 1 1 e GL K GL kT a k AG a k AL k k w sw As
上述颗粒宏观反应动力学模型是以气-固相宏 观反应动力学为基础，再计入双膜论的气-液 传质过程组合而成的。
式中：
C *
A
L
为气相平衡的液体中组分A的浓度kmol/m3
数学模型 对A物料衡算（忽略气膜阻力）
u0,G
dcAG dz
cAG kL aL ( cAL ) HA
（1）
由于液相中为全混流，液相中组分A的浓度应不变，对（1）式积分：
cAG (cAG )0 e
, LR
(1 e
（5）
（6）
由公式（1）~（6）为机械搅拌釜淤浆反应器的设计方程，将这些方 程联立求解，可求出反应器的有效容积
气液相反应器的选型
板式塔
3. 2..操作方式 工作原理 1 结构
塔体 液体在重力作用下， 自上而下依次流过各 连续操作 塔板 层塔板，至塔底排出 气体、液体连续进料 降液管 。每块塔板上保持一 溢流堰 定高度的液层，气体 以气泡形式分散于液 层中。
板式塔
4.主要优点
1)单位体积气液相界面积、气液传质系数和 持液量均较填料塔大； 2)液相反混程度很小； 3)便于除热和供热； 4)调节液层高度，满足不同液体流率和停留 时间的要求。
气液相反应器的分类与选型
张 宇 152081702011
气液反应器的基本类型
按气液相接触方式可分为：
气泡型 （鼓泡塔、板式塔、通气搅拌釜） 液滴型 （喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器） 液膜型 （填料塔塔、湿壁塔）
填料塔
1 .工作原理 结构 2. 3. 塔体 操作方式
液体自塔顶加入，通 连续操作 过液体分布器均匀喷 填料 气体、液体连续进料 洒于整个塔截面上， 填料压板 与从塔底部加入的气 并流操作 支承板 体，在填料表面上， 逆流操作 液体分布器 气液两相密切接触进 行传质。
鼓泡塔
4.主要优点
1)结构简单，无运动部件，对加压反应和腐 蚀性物系均可使用； 2)单位体积持液量大； 3)可以设置换热面移去或提供热量。
鼓泡塔
5.主要缺点
1)单位液相体积相界面积小； 2)液相反混大； 3)存在一定程度的气相反混。
鼓泡塔
6.改进形式
通气搅拌釜
1.结构 2.工作原理 3.操作方式
板式塔
5.主要缺点
1)结构较复杂； 2)塔板材料的经济问题； 3)板式塔气体流动阻力较填料塔大。
鼓泡塔
3. 2..操作方式 工作原理 1 结构
气液反应及反应器.ppt
时， ；
B ,opt
max
y y
半间歇搅拌釜
连续加热搅拌釜
第五节 鼓泡反应器
❖ 特点：气相高度分散在液相中（持液量大、相际接触面大、 传质和传热效率高，适用于缓慢反应和大量放热情况）；结 构简单，操作稳定，费用低。
缺点：液相返混较大；气相压降较大。
❖ 型式：按结构分：
①空心式（针对热效应较大）②多段式（克服液相返混）
(C：)反应面为界面时的 ，即C吸收速率最大时的
BL C
BL
C BL
当C 时， ，（反 应面）趋向于界面、
BL
1
2
；N A
当 C 至 （0 反应面）到时达，界面、
BL
1
1
2
(C ) (v（kG6)(-D49AL）)P
BL C
kDG
L
BL
；N k P ;
max
A,max
GG
6-8 不可逆瞬间反应
即当 时2 ，M i
②瞬间反应：
M
条件——k2很大，而B供应很不充分，
即当 M 时 1，0 i
i
6-11 平行反应和连串反应
❖ 一、平行反应： 多种反应剂对一种气体的吸收过程（工业中常见）属此。 两种反应剂对同一种气体吸收的浓度分布的形式，因反应
类型不同而不同:
❖
6-11 平行反应和连串反应
❖
1 1 1 ,
K k Hk
G
G
L
1 H1
;
K kk
L
G
L
6-5 化学反应在相间传递的作用
❖ 1、化学反应可忽略的过程： 当液相中反应量<<物理溶解量，可视为物理吸收过程。 如：对液相中进行的一级不可逆反应，
气液喷射混合反应器结构
气液喷射混合反应器结构1. 引言1.1 背景介绍气液喷射混合反应器是一种新型的反应器，可以实现气体和液体的混合反应，广泛应用于化工、生物工程等领域。
随着科技的不断发展，对反应器的要求也越来越高，传统的反应器在一些特定的情况下已经无法满足需要。
气液喷射混合反应器的结构设计新颖，可以更好地控制反应过程，提高反应效率，降低能耗，减少废物排放。
研究气液喷射混合反应器的结构及其工作原理具有重要的意义。
目前，关于气液喷射混合反应器的研究还处于初步阶段，尚有许多问题有待解决。
本文将结合气液喷射混合反应器的结构设计、工作原理、优缺点以及不同结构类型的比较，对其进行深入探讨。
结合性能测试与分析，探讨如何进一步优化气液喷射混合反应器的结构，提高其反应效率和运行稳定性。
希望通过本文的研究，为气液喷射混合反应器的应用和发展提供一定的参考和借鉴。
1.2 研究意义气液喷射混合反应器是一种重要的化工设备，在化工生产中具有广泛的应用。
其研究意义主要表现在以下几个方面：1. 提高反应效率：气液喷射混合反应器能够有效地将气体和液体混合，加速反应速率，提高反应效率，从而降低生产成本，提高产品收率。
2. 避免不良反应：通过精确控制气液的混合比例和反应条件，气液喷射混合反应器可以有效地避免不良反应的发生，保证产品质量和生产安全。
3. 节能环保：与传统反应器相比，气液喷射混合反应器在能源利用和废气排放方面具有明显的优势，可以实现节能减排，符合现代化工生产的可持续发展要求。
4. 推动工艺创新：气液喷射混合反应器的研究将促进工艺技术的创新和进步，为化工产业提供新的发展机遇，推动产业结构调整和产品升级。
对气液喷射混合反应器的深入研究具有重要的意义，不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以推动化工产业的可持续发展。
对气液喷射混合反应器的研究具有重要的理论和实际意义。
2. 正文2.1 气液喷射混合反应器的结构设计气液喷射混合反应器的结构设计是该反应器的关键部分。
气液固三相反应器课件
实验研究与模拟的局限性及未来发展
局限性分析
分析实验研究和模拟技术的局限性，如实验 条件的不一致性、模型简化和误差传递等， 以及如何减小这些局限性的影响。
未来发展趋势
探讨三相反应器实验研究和模拟技术的未来 发展趋势，如新技术应用、模型优化和多尺 度模拟等，以及这些趋势对工业应用和科学 研究的影响。
05
优化产品生产
三相反应器可用于优化产品生产过 程，提高产品质量和产量，降低生 产成本。
三相反应器的历史与发展
历史
三相反应器的概念最早由科学家们提出，经过近百年的发展，现已广泛应用于各个领域。
发展
随着科技的不断进步，三相反应器在材料、结构、能效等方面不断优化，未来还将应用于更多领域。
02
CATALOGUE
应用先进的智能化控制技术，实现对三相反应器的精准控制，提高 生产效率和产品质量。
三相反应器面临的挑战与解决方案
01
反应器稳定性问题
三相反应器的操作条件较为复杂，容易出现稳定性问题。为解决这一问
题，需深入研究反应机理，优化反应条件，提高设备的稳定性。
02 03
能耗与环保问题
三相反应器运行过程中需要消耗大量的能源，且可能产生环境污染。针 对这一问题，应研发低能耗、环保型的三相反应器，如采用高效分离技 术、循环利用技术等。
特点
三相反应器具有高效率、高选择 性、高稳定性等优点，可用于处 理复杂的多相化学反应过程。
三相反应器的重要性
实现多相化学反应
三相反应器能够模拟和实现多相 化学反应过程，为科学研究、工 业生产和环保等领域提供有效的
手段。
提高能源利用率
三相反应器的特殊结构有助于提高 能源的利用率，降低能源消耗，对 于节能减排具有重要意义。
气液固反应器的分类及应用
气液固反应器的分类及应用气液固反应器是一种广泛应用于化学工业中的反应设备，用于进行气体、液体和固体三相反应。
它们的分类主要根据反应器的结构和工作原理，同时也由于它们的特殊性质在多个领域中得到了广泛的应用。
根据反应器的结构，气液固反应器可以分为三种类型：搅拌式反应器、固定床反应器和流化床反应器。
搅拌式反应器是最基本的气液固反应器，其主要特点是具有搅拌器来混合反应物，并确保固体颗粒均匀地分散在液体中。
它们广泛应用于液相催化反应和溶解固体颗粒。
搅拌式反应器的优势在于容易进行操作和控制，同时也具有较高的传质和传热效率。
固定床反应器是将固体催化剂放置在固定的反应器床层中，气体和液体通过催化剂床层流动进行反应。
这种类型的反应器的优点在于对催化剂的选择更加灵活，可以应用于很多不同类型的催化反应。
固定床反应器广泛应用于气相催化反应、蒸气裂解和选择性催化反应等。
固定床反应器的主要挑战在于床层的压陷和热量扩散等问题，在设计和操作上需要更加注意和考虑。
流化床反应器是一种特殊的反应器，其中固体颗粒被气体和液体流体化，并且通过床层的运动来实现反应。
流化床反应器在很多液相和气相反应中都具有较好的传质和传热性能。
它们广泛应用于气相催化反应、压力气化和焦化过程等。
然而，流化床反应器的操作和控制要求较高，因为床层的流动特性对反应性能有很大的影响。
除了以上的分类方式，气液固反应器也可以根据应用领域进行分类。
以下是一些常见的气液固反应器的应用：1. 化学工业：气液固反应器广泛应用于合成氨、合成甲醇、合成硝酸等重要的工业化学反应中。
通过催化剂的使用，可以提高反应的速率和选择性，从而提高产品的产量和质量。
2. 石油炼制：气液固反应器被用于催化重整、裂化和加氢等石油精制过程中的关键反应。
这些反应可以改善石油的品质，提高燃油的辛烷值，从而增加汽油和柴油的产量。
3. 环境保护：气液固反应器也可用于处理废气和废水中的污染物。
例如，固定床催化剂可以用于去除汽车尾气中的有害氮氧化物和碳氢化合物；流化床催化剂可以用于水中有机废物的降解。
气液固三相滴流床反应器
具有较高的传质效率和反应速率 ，适用于多种化学反应过程，尤 其适用于气液固三相反应。
工作原理
工作原理
通过控制滴流床反应器的操作参数， 使气体、液体和固体在反应器内充分 接触混合，实现高效的传质和化学反 应。
操作参数
包括液体流量、气体流量、固体填充 高度、温度和压力等，这些参数对反 应器的性能和化学反应结果具有重要 影响。
相容性原则
确保气、液、固三相在反应器内能够 良好地混合与传递，避免相分离或短 路现象。
传热与传质强化
结构紧凑与操作简便
降低设备体积与重量，简化操作流程， 降低能耗和维护成本。
优化反应器设计，强化传热与传质过 程，提高反应效率。
结构设计
01
02
03
滴流床结构设计
采用适宜的滴流床结构， 如多孔分布板或筛网，以 实Βιβλιοθήκη 气、液、固三相的良 好分散与混合。
液位控制
通过调节进料速度和出料阀控 制液位高度，保持液位稳定， 避免溢流或空罐现象。
搅拌控制
通过调节搅拌速度，确保液体 和固体原料充分混合，提高反
应效率。
常见问题与解决方案
温度波动
可能是由于加热或冷却系统故障导致，需要检查加热和冷却系统是否 正常工作，及时维修或更换故障部件。
压力波动
可能是由于进料或出料阀故障导致，需要检查阀门是否正常工作，及 时维修或更换故障部件。
应用领域
应用领域
广泛应用于石油、化工、制药、环保等领域，用于实现气液 固三相反应，如烷基化反应、酯化反应、水解反应等。
具体应用
在石油工业中用于烃类转化和裂化反应；在制药工业中用于 合成药物和生物催化剂的生产；在环保领域用于处理废气和 废水中的有害物质。
气液相反应器
③Ha＜0.02在液相整体中进行的极慢反应，为图
中h 。
项目五 气液相反应器
（4） 五种反应类型分析
① 极快反应 此时化学反应能力远远大于扩散能力，化学反 应瞬间完成，液相中A、B不能同时存在，化学 反应仅在液膜内某个反应面上发生，与界面大 小有关，和液体体积无关，此时，宏观速度取 决于扩散速度，称扩散控制过程。 令
7-冷却水箱
项目五 气液相反应器
（3）鼓泡塔反应器优点： ①气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断地通过气液 反应层，保证了充足的气液接触面，使气液充分混合反应良 好。 ②结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。 ③鼓泡塔反应器具有极高的储液量和相际接触面积，传 质和传热效率高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。 ④在塔的内、外都可以安装换热装置。 ⑤与填料塔比较，鼓泡塔能处理悬浮液体。 缺点： ①为了保证气体沿截面的均匀分布，鼓泡塔的直径不宜 过大，一般在2-3m以内。 ②鼓泡反应器液相轴向返混很严重，在不太大的高径比 情况下可认为液相处于理想混合状态，因此较难在单一连续 反应器中达到较高的液相转化率。 ③鼓泡反应器在鼓泡时所耗压降较大。
项目五 气液相反应器
（1）鼓泡塔的各种类型
(a) 并流式鼓泡塔
(b) 升液式鼓泡塔
(c) 安置水平多孔隔板的鼓泡塔 (d)填料鼓泡塔 1-筛板；2-填料
项目五 气液相反应器
（2）鼓泡塔的各种热交换形式
(a) 夹套换热器
(b) 塔外换热器
(c) 蛇管换热器
1，4-挡板；2-夹套；3-气体分布器；5-塔体；6-塔外换热器；
项目五 气液相反应器
任务二
气液相反应器的生产原理
项目五 气液相反应器
一、双膜理论
第六章 第四节 气液反应器的形式和特点
6－13 气液反应器的形式和特点 （7）高速湍动反应器(如：venturi reactor) ）高速湍动反应器(如：venturi reactor)
G 空心式： 空心式： 塔式、管式、 塔式、管式、列管式气液鼓泡反应器 L
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G 多段式： 多段式： L L
G
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
G 空心式 多段式 环流反应器： 环流反应器： 气提式：内环流， 气提式：内环流，外环流 液喷式： 液喷式： G L L
6－13 气液反应器的形式和特点 （5）鼓泡反应器(bubble column reactor) ）鼓泡反应器( reactor)
6－13 气液反应器的形式和特点 （1）填充床反应器（packed column reactor) 填充床反应器（ reactor)
G L 用于气液反应时， 用于气液反应时，也可以并流操作
G L
麦拉派克 (Mellapark)填料 )
格利奇(Glitsch)填料 格利奇( )
6－13 气液反应器的形式和特点 （2）板式反应器(tray column reactor) ）板式反应器( reactor)
G 空心式： 空心式： 乙烯氧化制乙醛 对二甲苯（PX）氧化塔（产品为PTA） 对二甲苯（PX）氧化塔（产品为PTA） PTA L
化学反应工程 第六章 气-液反应及反应器
电流过程与双膜传质过程的类似
Ci Hpi
U1
U2
G
L
I U1 U2 U2 U3
R1
R2
U1 U2 U1 U2
R1 R2
R0
R0 R1 R2
U3
pG
Ci
pi
CL
GL
N pG pi Ci CL pG pi Ci CL
G / DG L / DL 1/ kG
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数 数值大小的含义：
M或φ数值越大，反 应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
M H（a或φ）准数数值大小的含义：
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
M （H或a φ）准数 数值大小的含义：
M或φ数值越大，反 应越快于传质，浓 CL 度分布越显著。
三、M准数的判据
M准数：液膜中化学反应与传递之间相对速率的大小
条 件 反应类别 反应进行情况
M 0 反应可忽略 液膜液相的反应均可忽略
M 1 慢反应
反应在液相主体中进行
M 1 中速反应 反应在液膜和液相中进行
M 1 快反应
反应在液膜中进行完毕
M 瞬间反应 反应在膜内某处进行完毕
瞬
快
间
反
反
应
假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。
双膜理论
Ci pG
δg
δL
pi
GL
G
L
CL
JG
DG
气液两相反应器
• 化学吸收剂的基本要求：无毒、不腐蚀、成本低、 便于回收。
例如：
• 空气深泠分离过程中用化学吸收脱除CO2 以防止干冰堵塞管道；
③各传质系数及其相互关系
kG气膜中的传质系数 kL液膜中的传质系数 KG气相总传质系数 KL液相总传质系数
根据双膜模型的假定，全部液相传质阻力都集中在液膜内， 单位时间内通过单位传质表面的A组分的量可表示为
N A k LA (C AL C Ai )
kLA为A组分在液膜中的传质系数，而根据Fick扩散定律，液 膜中的传质速度即为扩散速度：
• 催化反应前用化学吸收除去反应原料气 中微量的H2S以免催化剂中毒。
7.1.1气液相反应设备
塔类反应器 气液相反应设备 釜式反应器
填料塔 板式塔 鼓泡塔
鼓泡置一定高度的填料层，液 体从塔顶沿填料表面呈薄膜状向下流动，气体 则呈连续相由下向上同液膜逆流接触，发生传 质过程。气体和液体的组成沿塔高连续变化。
• 当瞬间快速反应中液相组 分B浓度发生变化时，A 与B的反应面在液膜中的 位置发生移动。CBL增大 到一定值时，反应面移至 气液相界面，继续增大 CBL并不能增大气液反应 的宏观速率（-rA''）。此 时为界面反应，A组分的 消失速率完全由气膜扩散 决定
②界面反应
• A组分的消失速率由气膜扩散决定
N A kGA ( pA p Ai ) kLA (C Ai C AL ) KGA ( pA pA*) K LA (C A * C AL )
PA PAi C Ai C AL pA PA * C A * C AL
气液相反应器基本类型与结构
6.1.2 气液相反应器基本类型与结构1.气液相反应器的基本类型气液相反应器按气液相接触形态可分为：（1）气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；（2）液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；（3）液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。
(a) (b) (c) (d) (e) (f)(g)气液相反应器的主要类型示意图(a)填料塔反应器；（b）板式塔反应器；（c）降膜反应器；（d）喷雾塔反应器；（e）鼓泡塔反应器；（f）搅拌鼓泡釜式反应器；（g）喷射或文氏反应器2.气液相反应器的特点(1)鼓泡塔反应器（图片）特点：a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率；b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。
c.鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
应用：这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。
(2)填料塔反应器（图片）特点：a.液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。
b.填料塔反应器气体压降很小，液体返混极小，是一种比较好的气液相反应器。
应用：适用于瞬间、界面和快速反应。
（3）板式塔反应器（图片）特点:a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相，借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应；b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率；c.板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷却或加热元件，以适应维持所需温度的要求；d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。
应用：板式塔反应器适用于快速及中速反应。
(4)膜反应器（图片）特点：a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热。
b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。
c.由于降膜反应器中液体停留时间很短，d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。
气液相反应器本类型与结构
6.1.2 气液相反应器基本类型与结构1.气液相反应器的基本类型气液相反应器按气液相接触形态可分为：（1）气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；（2）液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等；（3）液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。
(a) (b) (c) (d) (e) (f)(g)气液相反应器的主要类型示意图(a)填料塔反应器；（b）板式塔反应器；（c）降膜反应器；（d）喷雾塔反应器；（e）鼓泡塔反应器；（f）搅拌鼓泡釜式反应器；（g）喷射或文氏反应器2.气液相反应器的特点(1)鼓泡塔反应器（图片）特点：a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率；b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。
c.鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
应用：这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。
(2)填料塔反应器（图片）特点：a.液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应，故液相主体量较少。
b.填料塔反应器气体压降很小，液体返混极小，是一种比较好的气液相反应器。
应用：适用于瞬间、界面和快速反应。
（3）板式塔反应器（图片）特点:a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相，借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应；b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率；c.板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷却或加热元件，以适应维持所需温度的要求；d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。
应用：板式塔反应器适用于快速及中速反应。
(4)膜反应器（图片）特点：a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热。
b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。
c.由于降膜反应器中液体停留时间很短，d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。
8气液相反应过程与反应器
气相组分进入到液相的过程是一个传质过程。
双膜论
Ci
pG
δ g δ L
CL pi
G
G
L
L
1、气相中反应组分由气相主体 透过气膜扩散到气液界面； 2、该组分进入液相后，通过液 膜扩散到液相主体； 3、进入液相的该组分与液相中 反应组分进行反应生成产物； 如为挥发性产物，： 4、产物由液相主体透过液膜扩 散到气液界面； 5、产物从气液界面透过气膜扩 散到气相主体。
dnAL DAL S (c AI c AL ) k AL S (c AI c AL ) dt L
定态，则：dnAG
dnAL dt dt
组分A与B在液相中进行化学反应：aA bB rR rA rB m n r kcA cB
A
B
液膜内离相界面I处取一厚度为dl，与传质方向垂直的面积S的体积 作为体积元，对该体积元作A组分的物料衡算，在单位时间内：
L
dcA 气液界面处：D AL ( ) I k AL (c AL c AI ) k AL D AL / L dl
同理，有： k BL DBL / L , k AG DAG / G
这是在液膜区内无化学反应，即物理吸收过程的规律：
' L /L 1
dnA 1 S ( p AG Kc AL ) 1 K dt k AG k AL
BC：l 0 : c A c AI ; l R : c A 0
dcA n c AI , m c AI / R dl
R l L 液膜中仅有组分B而没有组分A：
DBL
BC： l R : cB 0; l L : cB c BL
气液相反应器
பைடு நூலகம்
气液相反应器
气液相反应指的是气体在液体中进行的反应。气体反应物 可能是一种或多种；液体可能是反应物，也可能只是催化剂载 体。 一、气液相反应器基本类型和结构 反应器类型： 按照气液相接触形态分： 1 气体以气泡形态分散在液相中（鼓泡塔反应器、搅拌鼓 泡釜式反应器和板式反应器 2 液体以液滴状分散在气相中（喷雾、喷射和文氏反应器） 3 液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜 反应器等
二、工业生产对气液相反应器的选用要求 1 具备较高的生产能力： 2 有利于反应选择性的提高： 3 有利于降低能量消耗： 4 有利于反应温度的控制： 5 能在较小液体流率下操作：
第六章 气液固三相反应器和反应器分析
（5）均相副反应量越大。
2．气-液-固悬浮三相反应器 固体在气液混合物中呈悬浮状态，这样操作状态的反应器为气-液-固 悬浮反应器。气-液-固悬浮反应器可以按有无机械搅拌、流体流向、颗粒
运动状态等进行分类。大体可以分为：
（1）机械搅拌的气-液-固悬浮反应器； （2）不带机械搅拌的鼓泡三相淤浆反应器； （3）不带机械搅拌的两流体并流向上的流化床反应器；
效率因子低下； （4）当催化剂由于积炭，中毒而失活时，更换催化剂不方便。
图7.1（b）适应于当气相反应物浓度较低，而又要求气相组分达到
较高转化率时的情况，逆流操作有利于增大过程的推动力。但同时
会增加气相流动阻力，当气液两相的流速较大时，还可能出现液泛。
图7.1（c）为气液并流向上的填料鼓泡塔反应器，持液量大，液相 和气相在反应器中混合好，液固间的传热性能好，适用于反应热效
7.2 气-液-固反应的宏观动力学
7.2.1 过程分析 气液固催化反应过程是传质与反应诸过程共同作用，互相影响的三 相反应过程，由多个步骤组成的过程。对于组分通过气液相的传递过程， 本节采用双膜模型，设气相反应组分A与液相反应组分B，在固体催化剂 作用下，反应如下：
A( g ) bB 产物
7.1.3 气-液-固反应过程研究所涉及的模型和参数
气液固反应过程，同样涉及到化学动力学，各相的流动
与混合状况，相间的质量、热量、动量传递等。由于相的增
加，物料流动与混合、质量、热量、力量传递过程要比两相 复杂，它涉及更多的参数。
1．流动模型及相关参数 （1）反应器的流动模型决定了三相间的传递特性，决定
1
（7.10）
1 1 RQ (cQs cQLi ) k a k a Qs p QL K LSQ (cQs cQLi ) qk p (1 f ) cAs
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7.1.3气液相反应的宏观动力学
而发生反应，如催化剂是悬浮在液体中的小颗粒， 则称为浆态床反应器。例苯加氢生成环乙烷的反应：
3H2(g)+C6H6(l)C6H12(l)
7.1.1气液相反应设备 （塔类、釜式反应器）
• 塔类设备包括填料塔、板式塔和鼓泡塔。 • 填料吸收塔：具有较大的相界面积和较小的持
液量； • 板式吸收塔：塔体与塔板结构与一般精馏塔相
梯度处处相等。
根据双膜模型的假定，全部液相传质阻力都集中在液膜内， 单位时间内通过单位传质表面的A组分的量可表示为
N A k LA (C AL C Ai )
kLA为A组分在液膜中的传质系数，而根据Fick扩散定律，液 膜中的传质速度即是其中的扩散速度，由式（7.1-5）可得
NA
-D LA
dC A dz
pAi H AC Ai
pAi是气相组分A在相界面上成平衡的气相分压 CAi是气相组分A在相界面上成平衡的液相浓度 HA为亨利常数
• 双膜模型又假定在气膜 之外的气相主体和液膜 之外的液相主体中，达 到完全的混合均匀，即 全部传质阻力都集中在 膜内。
• 在无反应的情况下，组 分A由气相主体扩散而 进入液相主体需经历以 下途径：气相主体→气 膜→界面气液平衡→液 膜→液相主体。
PA PAi C Ai C AL p A PA * C A * C AL
1
1
1
1
kGA
k LA
K GA
K LA
pA pAi pAi pA * pA pA *
1
HA
1
kGA
k LA
KGA
可得
1 1 HA K GA kGA kGA k LA
同，同时具有较大的相界面积和较大的贮液量； • 鼓泡塔：通常是一个空的筒体，内装液相反应
物，以鼓泡形式通过液层并与液相组分发生反 应。鼓泡塔中气液相界面积决定于气泡表面， 故单位体积反应器所具有的相界面积较小，但 其贮液量比前两种塔式反应器大。
• 用于化学吸收的填料 塔通常是两塔串联操 作，如图。左边吸收 塔，右边为解吸塔， 吸收塔中气相反应物 被吸收剂吸收进入吸 收液，吸收液在解吸 塔中因压力降低温度 升高而发生解吸，被 吸收的气相组分得到 浓缩提纯，而液体吸 收剂则返回吸收塔循 环使用。
• 用作化学吸收剂的基本要求：无毒、不腐蚀、成 本低、便于回收。
• 例如：
• 空气深泠分离过程中用化学吸收脱除CO2以防 止干冰堵塞管道；
• 催化反应前用化学吸收除去反应原料气中微量 的H2S以免催化剂中毒。
• 与常规的物理吸收相比较，化学吸收推动力大， 可以更快速彻底地吸收掉气相中的组分，如每 1m3水在1.8MPa的压力下仅能吸收2.5~3.0 m3 （标准状态）的CO2，而在常压下用1m3乙醇胺 溶液可吸收30m3的CO2。
7.1.2气液传质的双膜模型
• 双膜模型 • 涡流扩散模型 • 表面更新模型
后两种模型发展较晚，比较接近实际情 况，但其模型参数不易确定。而双膜模 型实际应用较多，其优点是简明易懂， 便于进行数学处理。
双膜模型
• 假定气液相界面两侧存在着气膜与液膜 （很薄的静止层或滞留层）。当气相组 分向液相扩散时，必须先到达气液相界 面，并在相界面上达到气液平衡，即符 合亨利定律
第7章 气液两相反应器
7.1 概述 在一定的反应温度范围内，反应物之一处于气相 状态，而另一种反应物处于液相状态，则这两种 反应物之间的反应称为气-液相反应。气液相反应 也是一类重要的非均相反应，涉及到相间传质过
程。常见的气液相反应可分为两大类
• 1．化学吸收 • 2．制取化学产品
1．化学吸收
• 液相吸收剂中的活性组分与被吸收气体中某组分 发生化学反应而生成产物，称为化学吸收，可用 于脱除气体中的有害组分，或回收气相中的有用 组分。当工艺要求气相中某活性组分浓度很低而 用物理吸收方法难以达到时，常采用化学吸收的 方法。
DLA
[
1
L
(C Ai
C AL )]
DLA
L
(C Ai
C AL )
对照两式可得到扩散系数与传质系数之间的关系
k LA
D LA
L
气膜传质系数与气膜扩散系数也成正比关系
kGA
DGA
L
如定义与液相中CAL平衡的气相分压为PA，与气相中PA 平衡的液相浓度为CA。则传质通量又可表示为
N A kGA ( p A p Ai ) k LA (C Ai C AL ) K GA ( p A p A *) K LA (C A * C AL )
0
边界条件：界面处
z=0,CA=CAi
液膜表面处 z=δL,CA=CAL。
上式积分两次，代入边界条件，可得到液膜内A组分
的浓度分布方程为
1
C A L (C AL C Ai ) z C Ai
对上式微分得：
dC A dz
1
L
(C Ai
C AL )
当扩散达定常态时方 程右侧各项均为常数， 可知此时液膜内浓度
• 釜式气液相反应器：有代表 性的是鼓泡搅拌釜。气体由 搅拌釜的下部分布器流入， 呈气泡向上运动，分布器上 方有快速转动的搅拌桨，将 气泡打碎成无数小气泡，从 而大大增加了单位体积中的 气泡总表面积，强化了气液 两相间的传质，同时具有较 大的贮液量，这种鼓泡搅拌 釜用于烃类的氯化，并广泛 应用于生化发酵罐中，其体 积有大至100~200m3的。
作单位气液相界面积上物料衡算，由Fick扩散定律
•
扩散入：
DLA
dCA dz
•
扩散出：
DLA
d dz
(C A
dCA dz
dz)
• 积累量：0 • 反应量：0 • 物料平衡式：扩散入=扩散出
DLA
dCA dz
DLA
d dz (CA
dCA dz
dz)
DLA
d 2CA dz 2
dz 0, d 2CA dz 2
2．制取化学产品
• 气相和液相反应物之间发生催化反应或非催化反应 而生成产物，广泛应用于石油化工和有机化工中。
• 用气态环氧乙烷通入液态氨水溶液以制取乙醇胺的 反应：
CH2OCH2(g)+N4OH(l)-----CH2OHCH2NH2+H2O 气态乙烯与氧气在液相催化剂存在下反应生成乙醛：
C2H4(g)+1/2O2(g)------C2H4O • 气态反应物和液态反应物有时需借助于固体催化剂