化学反应工程第六章气-液反应及反应器
反应工程往年试题
《化学反应工程》2005-2006A一、填空：1、反应器的设计放大方法主要有（）（）（）。
2、按照操作方式，反应器可分为（）（）（）。
3、理想流动模型包括（）（）。
4、固体催化剂中气体组分的扩散形式主要有（）（）（）（）。
5、描述停留时间分布的两个函数是（）（）。
6、转化率、收率、选择性三者关系为（）。
7、固体催化剂的主要制备方法有（）（）（）（）。
8、气—液反应器按气—液相接触形态可分为（）（）（）。
9、化学吸收增强因子的物理意义是（）。
10、本征动力学与宏观动力学分别是指（）（）。
二、等温下在 BR 中进行一级不可逆液相分解反应 A→B+C，在 10 分钟内有 50%的 A 分解，要达到分解率为 80%，问需要多少时间？若反应为二级，则需要多少时间？三、英文题（学其它语种的同学做下面的中文题）An aqueous reactant stream passes through a mixed flow reactor followed by a plug flow reactor. The initial concentration of=1mol/liter. TheA is 4mol/liter. Find the concentration at the exit of the plug flow reactor if in the mixed flow reactor cAreaction is firstorder with respect to A, and the volume of the plug flow unit is three times that of the mixed flow unit.某二级液相反应，在 PFR 中达到 99%转化率需反应时间 10 分钟，如在 CSTR 中进行时，需反应时间为多少？四、有一液相反应 A→P+S，其反应速率-r A=kC A2，k=10m3/Kmol.hr， C A0=0.2Kmol/m3，V0=2m3/hr，比较下列方案，何者转化率最大？（1）PFR，体积为 4m3；（2）PFR→CSTR ，体积各为 2m3；（3）CSTR→PFR，体积各为 2m3；（4）CSTR→CSTR，体积各为 2m3。
化学反应工程 第六章气-液反应及反应器
第六章气－液反应及反应器概述在化学工业中，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。
气体的净化、废气及污水的处理常用气－液反应。
工业应用气－液反应实例见表6－1。
气－液反应是气相中的反应组分A越过相界面进入液相，和液相中的组分B 进行的反应，反应过程如下。
A（液相）＋B（液相）产物A（气相）1、反应特点⑴反映物⑵反应区在液相内，包括相界面。
⑶多相反应，反应过程由传递过程和化学反应组成。
⑷反应平衡。
包括相平衡和化学反应平衡：A（液相）＋bB（l）产物A（气相）2、反应目的⑴净化原料气例如：H2S+NH3·H2O NH4HS+H2OCO2+K2CO32KHCO3⑵制取产品3、主要内容讨论气－液反应相平衡、气－液相间物质传递和气－液反应动力学特征。
第一节气－液反应平衡6－1 气－液相平衡气－液反应的相平衡关系如下，包括气－液相平衡和化学反应平衡，先讨论相平衡。
设气相中组分i溶解于液相中，当气－液相平衡时，组分i在气相和液相中的逸度相等，即()()L i g i f f = ()i i P g i y f f ϕ=式中：i P y f －分逸度；i y －i 的摩尔分率；i ϕ－i 的逸度系数；()()i L i x f f =，对于稀溶液，可用亨利定律表示：()i i L i x E f =式中：i E －亨利系数，i x －i 在液相中的摩尔分率。
气－液平衡关系为：i i i i P x E y f =ϕ （6－3）其中P f 对混合气体中各组分间非理想性的数值，i ϕ 是对i 组分非理想性的数值。
1、亨利定律的其他形式⑴气相为理想溶液（各组分间是非理想的，而各组分是理想的）1=i ϕ，气－液相平衡关系为：i i i P x E y f =⑵气相为理想气体混合物（低压）i i i i P x E Py P f === （6－4）或者i i i P H C = （6－5）式中：i C －容积摩尔浓度；i H －溶解度系数2、i H 和i E 的关系由式（6－4）和（6－5），得到0C C E H x E H P H C i ii i i i i i i === 式中C =Mρ，ρ－溶液密度，M －溶液平均分子量，对于稀溶液，M 近似为溶剂分子量0M ，故i H 和i E 的近似关系为：i i E M H 0ρ= （6－6）3、i E 、i H 和温度的关系()()g i i i R H T d H d T d E d ∆=-=1ln 1ln （6－8） 4、i E 、i H 和压力的关系1935年苏联学者克里契夫斯基提出如下关系式：TR V dP dH dP dE g i i i =-= （6－9） 式中：Vi －i 在溶液中的偏摩尔溶积，可查文献得到。
化学反应工程第六章气液反应工程讲课教案
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
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
1mol/LNa2CO3的离子强度：I11 2 ciZi21 2243
1mol/L的离子强度：I2
1112Biblioteka 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
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
化学反应工程思考题详解
第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础 一、思考题1、间歇系统与连续系统中，反应速率的定义式有何异同？2、反应系统中反应速率与化学计量系数有何关系？3、反应速率可以用浓度c i 、分压p i 或摩尔分率y i 来表述，相应的速率常数k c 、k p 、k y 之间有何关系？4、温度增加，反应速率常数肯定增加，对否？5、空速的定义是什么？它的大小反映了反应器的什么能力？6、转化率的定义是什么？在复杂反应系统中,它是否能起到在简单反应系统中所起到的作用？7、化学反应中哪种吸附起主要作用？8、惰性物质不参加反应，所以对吸附、脱附无任何影响，对否？9、吸附或脱附为控制步骤时，关键组分A 的分压有何特点，非关键组分的分压有何特点？ 10、表面反应为控制步骤时，反应物、生成物的分压有何特点？ 11、表达反应系统体积变化的参数是什么？12、方程式中反应前后摩尔数的变化是否表示反应体积的变化？第二章 气－固相催化反应本证及宏观动力学 一、思考题1、对于球形催化剂，西勒模数（Thiele ）越大，则催化剂的内扩散有效因子如何变化？2、如果在某催化剂上测得的反应速率为r ，而内扩散有效因子为0.8，则此反应速率是否为本征反应速率？3、对于气—固相反应，什么情况下，可以不考虑分子扩散的影响？4、对于球型催化剂粒子，西勒模数的定义式是什么？5、本征化学反应速度在内外扩散阻力完全消除的情况下与宏观化学反应速度有何关系？6、孔结构对内扩散有无影响？7、在气体的扩散过程中，如果催化剂的孔径远远小于分子的平均自由程时，可以不考虑哪种扩散？ 8、对于气－固相反应，如果本征动力学方程式为r ，催化剂的内扩散有效因子为ζ，则宏观动力学方程式应如何表示？ 二、计算题1、某可逆反应：A B C D k k +⇔+21，其均匀表面吸附机理的动力学方程式为：()()()r k P P P P K b P b P bP b P A A B C D A A C CBB D D=-++++1122试写出反应机理及控制步骤，并证明之。
反应工程总结6
第六章、多相系统中的化学反应与传递现象1、气-固催化反应A (g)→B (g)包括七个步骤：①反应物A 由气相主体扩散到颗粒外表面；②A 由外表面向孔内扩散，到达吸附反应活动中心；③进行A 的吸附；④A 在表面上反应生成B ；⑤产物B 自表面脱附；⑥B 由内表面扩散到外表面；⑦B 由颗粒外表面扩散到气相主体。
2、外扩散有效因子ηx ：显然，CAS 总是小于CAG ，因此，只要反应级数为正，则ηx ≤1；反应级数为负时，ηx ≥1。
3、Da 称丹克莱尔数，是化学反应速率与外扩散速率之比，Da 越大，外扩散阻力越大。
当kw 一定时，此值越小，即外扩散影响越小。
除反应级数为负外，外扩散有效因子总是随丹克莱尔数的增加而降低；且α越大，ηx 随Da 增加而下降得越明显；无论α为何值：Da 趋于零时，ηx 总是趋于1。
4、孔扩散分为以下两种形式：当λ／2ra ≤102时，孔内扩散属正常分子扩散，这时的孔内扩散与通常的气体扩散完全相同。
扩散速率主要受分子间相互碰撞的影响，与孔半径尺寸无关。
当λ／2ra ≥10时，孔内扩散为努森扩散，这时主要是气体分子与孔壁的碰撞、故分子在孔内的努森扩散系数DK 只与孔半径ra 有关，与系统中共存的其他气体无关。
5、梯尔模数表示表面反应速率与内扩散速率的相对大小6、当φ<0.4 时， η≈1，当φ＞3.0 时，η＝1/φ (5.4-23) η是φ的函数，总是随φ值的增大而单调地下降，提高η办法有： ①减小催化剂颗粒的尺寸，φ值减小，η值可增大。
②增大催化剂的孔容和孔半径，可提高有效扩散系数De 的值，使φ值减小，η值增大。
7、Bi m ＝kGL ／De ，称为传质的拜俄特数，它表示内外扩散阻力的相对大小。
当Bim → ∞ 时，外扩散阻力可不计，η0＝tanh (φ)/φ＝η当Bim → 0 时，内扩散阻力可忽略， tanh (φ)/φ＝1，η0＝1/(1+Da )＝ηx8、内扩散的判定：减小催化剂粒度，测反应速率。
化学反应工程：固定床反应器
B
式中，RH —— 水力半径。
6.2.2 床层压降 床层压降是固定床反应器设计的重要参数，要求床层压 降不超过床内压力的15%。 床层压降的计算 （1）
p d S 2 u L m
3 B 150 1 R 1.75 B eM
h0可由经验公式计算
（6-31）
h0 d p
d p e 2 (b) [a1 ] dt y
（6-32） （适用范围：y > 0.2）
式中， y —— 无量纲数
4e L 4(d p / dt )(L / dt )(e / ) y 2 Gcp dt Pr Rep
b —— 无量纲数
（6-44）
其中
Re G /(Se )
6.3 拟均相一维模型
概述
一、拟均相模型 忽略床层中催化剂颗粒与流体之间温度与浓度差别，将气相反应 物与催化剂看成均匀连续的均相物系。 （1）一维拟均相模型 只考虑沿气体流动方向的温度和浓度变化。根据流动形式还可分 为平推流一维模型和轴向分散一维模型。 （2）二维拟均相模型 同时考虑轴向和径向的温度和浓度分布。 二、非均相模型 考虑颗粒与流体之间的温度差和浓度差。 一般来说，模型考虑得越全面，对过程模拟越精确，但计算工作 量也越大，甚至无法求解。因此，在工程计算允许的误差范围内应尽 可能选用简单模型。
流体与颗粒间传热温差的计算 热量平衡
H ArA hp am (tG tS ) hp amt
式中，am Se / B —— 单位重量催化剂的外表面积； —— 床层比表面积Se的校正系数。
球形： 1 圆柱形： 0.9 片状： 0.81 无定形： 0.9 ； ； ；
化工反应工程第6章 气-液反应及反应器
d 2C A dx 2 kCA DAL
rA kCA
将此方程进行无因次化
CA d 2C A dx 2 d (C Ai C A ) d x C Ai d C A CA dC A x ,x , C Ai L dx dx L d x dx d dC A d dC A d x C Ai d 2 C A ( ) ( ) 2 dx dx L d x2 d x dx dx
反应进行情况
液膜液相的反应均可忽略
反应在液相主体中进行 反应在液膜和液相中进行 反应在液膜中进行完毕 反应在膜内某处进行完毕
M 0
M 1
M 1
M 1
M 瞬间反应
瞬 间 反 应
快 反 应
慢
反
应
中 速 反 应
四、化学吸收的增强因子 气液反应和气固相催化反应都是“边扩散边 反应”过程，但两者又各有特点。针对这些 特点，理论上处理气液反应与气固相催化反 应的方法也有异同。 气-固相催化反应：内扩散有效因子ζ 又称为：内表面利用率 vs: 气液反应（同）：液相反应利用率 η( 相当于ζ) 气液反应（异）：增强因子β
x dx
A B Q
通过“扩散－反应” 方程来确定浓度分 布，进而确定化学 吸收增强因子β
x
dx
液膜
扩散入＝扩散出＋反应
2
微元
dCA dCA d CA DAL DAL ( dx) rAdx 2 dx dx dx
d 2C A dx2 rA DAL
薄片状催化剂颗粒内组分的浓度分布微分方程
?
Liquid
第一节 6－1
气－液反应平衡
G iL i
d RTd ln i f
化学反应工程-19-第六章-气固相催化反应固定床反应器
2、二维模型中 hW 的计算： 、 的计算： 模型认为温度沿着径向形成了一个分布，故 t m没有意义。 这时床层向壁的传热速率：
dS =
6VS SS
西勒模数就是以d 为定型尺寸的。 西勒模数就是以 S为定型尺寸的。 形状系数的概念， 表示： 形状系数的概念，以 ϕ S 表示：
ϕS =
SV SS
2 SV = πd V （和粒子具有相同体积的球形颗粒的外表面积）
d ϕS = V d a
2
2、粒子群 、 对于大小不等的混合颗粒，平均直径为：
空隙率分布的影响： 空隙率分布的影响：直接影响流体流速的分布，进而使流体与颗 粒、床层与反应器壁之间的传热、传质行为不同，流体的停留时 间也不同，最终会影响到化学反应的结果。
为减少壁效应，要求床层直径（dt）至少为粒径（dP）的八倍以上。
二、颗粒的定型尺寸 颗粒的定型尺寸常用粒径来表示： 1、单个粒子 、 粒径d 粒径 P： 对球形催化剂，应用一个参数dP即可完整描述颗粒的全部几何 性质，即自由度为1； 对规则形催化剂，如圆柱形，用两个参数如h、d即可； 对不规则颗粒，也是用两个参数来描述颗粒的几何性能：一是 当量直径；另一是形状参数。
d S u0 ρ g
6.1.2固定床内的传热 固定床内的传热 床层尺度上的传热过程包括四个方面： 床层尺度上的传热过程包括四个方面： ①颗粒内部的传热 (λ P ) ；
( ②颗粒与流体之间的传热α g ) ；
③床层整体有效导热系数 (λe ) ； ④床层和反应器壁之间的传热 (h0、hW ) 。 对于①中λP，见第十七讲《非等温反应宏观动力学方程》。它的大 小往往由固体颗粒自身的性质粒内孔隙情况决定的，颗粒内的传热主要 是以热传导形式进行的。 对于②中的αg第十七讲中已经讨论过。 现重点讨论③和④ ！ 现重点讨论③
反应工程第二版 第六章气固相催化固定床反应器
dxA RA B
dl
u0cA0
：催化剂堆密度
B
dxA
RA B
dl u0cA0
L 0
dl u0
cA0
xA出 0
dxA
RA B
•
•
对照平推流反应器模型 二者相同
VR V0
cA0
dx xA出
A
0 rA
23
• 热量衡算：（仍然是那块体积）
输入热量－输出热量+反应热效应
=与外界的热交换+积累
x1in,T1in x1out, T2in x2out T3in x3out T4in x4out
35
x
在T－x图上看：
0
二氧化硫氧化反应T－x图示意
T
斜线为段内操作线，斜率为1/λ。 水平线表示段间为间接冷却，只是温度降低，转化率不变。
36
• 调用最优化程序，就可以求得W最小值？
• 可以，但很困难。
输入：G cp T G质量流量, cp恒压热容
输出：G cp(T+dT)
反应热效应：(-RA)(1-εB)(-ΔH)Aidl
热交换：U(T-Tr)πdidl
di反应器直径
积累：0
U:气流与冷却介质之间的换热系数
Tr：环境温度
24
• 将各式代入，得
dT
RA 1 B H U
4 di
T
Tr
dl
ucp g
粒径 ds/mm 质量分率 w
3.40 0.60
4.60 0.25
6.90 0.15
• 催化剂为球体，空隙率εB=0.44。在反应 条 件 下 气 体 的 密 度 ρg=2.46kg.m-3 ， 粘 度 μg=2.3×10-5kg.m-1s-1 ， 气 体 的 质 量 流 速 G=6.2kg.m-2s-1。求床层的压降。
《化学反应工程》课程教学大纲
《化学反应工程》课程教学大纲课程名称：化学反应工程课程类型：必修课，专业课总学时：54 讲课学时：54 实验学时：0学分：3.0适用对象：化学工程、化学工艺先修课程：物理化学、化工工艺学、化工原理、化工热力学一、课程性质、目的和任务课程性质：化学反应工程是以化学反应器原理为要紧线索，要紧研究化学反应过程需要解决的工程问题，是化工生产的龙头、关键和核心，是一些基础学科诸如物理化学、传递过程、化学工艺等相互渗透与交叉而演变成的边缘学科，其内容要紧涉及化学反应动力学、反应器中传递特性、反应器类型结构、数学建模方法、操作分析及反应器设计，具有高度综合性、广泛基础性和自身专门性。
课程目的与任务：一是培养学生将物理化学、传递过程、化学工艺、化工热力学、操纵工程等学科知识用之于化学反应工程学的综合能力；二是使学生把握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科前沿；三是使学生初步具备改进和强化现有反应技术和设备、开发新的反应技术和设备、解决反应过程中的工程放大问题以及实现反应过程中最优化的能力二、教学差不多要求通过本课程的教学，要使学生系统地把握化学反应动力学规律、传递过程对化学反应的阻碍规律，把握反应器设计、过程分析及最佳化方法。
四、课程的重点和难点绪论重点是化学反应工程的研究内容和方法。
第一章均相单一反应动力学和理想反应器重点：①化学反应动力学方程②理想反应器设计方程难点：动力学方称的建立；反应器设计运算第二章复合反应与反应器选型重点：复合反应动力学方程表达法；复合反应动力学特点分析；平推流反应器的串联和全混流反应器的串联。
难点：可逆反应吸热反应和放热反应动力学特点推导与分析；循环反应器设计方程的数学推导；复合反应（包括可逆反应、自催化反应、平行反应、连串反应）在PFR 和CSTR反应器的优化设计运算第三章非理想流淌反应器重点：停留时刻分布的概率函数及特点值；停留时刻分布的实验测定；解决均相反应过程问题的近似法即活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型的推导、结论及应用比较。
化学反应工程课后习题答案 吴元欣
第二节 气-液反应历程
3. 准数M的判据
准数M表示了液膜中反应速率与传递速率之比值。由M数值的大 小，可以决定反应相对于传递速率的类别，这一情况列于下表。
准数M的判别条件
条件 M << l M >> l
反应类别 缓慢反应过程 快速反应过程
反应进行情况 反应在液流主体中进行
反应在膜中进行完毕
第二节 气-液反应历程
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。
双膜论是假定在气-液相界面两侧各存在一个静
第二节 气-液反应历程
相界面上各种参数不随时 间而改变。
pAi = cAi / H
传质只发生在 气、液膜内。
膜内的传质方 式仅为分子扩
散。
ZG
ZL
第二节 气-液反应历程
若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围 为直线，则：
cA HpA*
根据双膜理论，界面无阻力，即界面上气液两相平 衡，则：
cAi HpAi
反应工程总结
反应工程总结第一篇：反应工程总结第一章绪论1、化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程。
其内容可概括为两个方面，即反应动力学和反应器设计与分析。
2、传递现象包括动量、热量和质量传递，再加上化学反应，这就是通常所说的三传一反。
3、反应组分的反应量与其化学计量系数之比的值为定值，ξ叫做反应进度且恒为正值。
、本书规定反应物的化学计量系数一律取负值，而反应产物则取正值。
8、工业反应器有三种操作方式：① 间歇操作；② 连续操作；③半间歇(或半连续)操作9、反应器设计的基本内容一般包括：1）选择合适的反应型式；2）确定最佳操作条件；3）根据操作负荷和规定的转化程度，确定反应器的体积和尺寸。
10.反应器按结构原理的特点可分的类型：管式，釜式，塔式，固定床，流化床，移动床，滴流床反应器。
第二章3、温度对反应速率的影响如果反应速率方程可以表示为：r=f1(T)f2(c)，f1(T)是温度的影响。
当温度一定时，其值一定。
通常用阿累尼乌斯方程（Arrhenius‘ law）表示反应速度常数与温度的关系，即，为指前因子，其因次与k相同；E为反应的活化能；R为气体常数。
两边取对数，则有：lnk=lnA0－E/RT，lnk对 1/T作图，可得－直线，直线的斜率=－E/RT。
注意：不是在所有的温度范围内上面均为直线关系，不能外推。
其原因包括：(1)速率方程不合适；(2)反应过程中反应机理发生变化；(3)传质的影响；(4)指前因子A0与温度有关。
速率极大点处有：对应于极大点的温度叫做最佳温度Top。
速率为零点处有:rA=06、多相催化与吸附1）、催化剂的用途：①加快反应速度②定向作用(提高选择性)－化学吸附作用结果2）、催化剂的组成：主催化剂－金属或金属氧化物，用于提供反应所需的活性中心。
助催化剂－提高活性，选择性和稳定性。
助催化剂可以是①结构性的；② 调变性的。
载体－用于① 增大接触表面积；②改善物理性能。
如机械强度、导热性质、抗毒能力等。
化学反应工程习题-第六章：固定床反应器
第六章 固定床反应器1.凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作_______。
（固定床反应器）2.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于_______，因此与返混式的反应器相比，可用较少量的催化剂和较小的反应器容积来获得较大的生产能力。
（平推流）3.固定床中催化剂不易磨损是一大优点，但更主要的是床层内流体的流动接近于平推流，因此与返混式的反应器相比，可用_______的催化剂和_______的反应器容积来获得较大的生产能力。
（较少量、较小）4.目前描述固定床反应器的数学模型可分为_______和_______的两大类。
（拟均相、非均相）5.描述固定床反应器的拟均相模型忽略了粒子与流体之间_______与_______的差别。
（温度、浓度）6.描述固定床反应器的数学模型，忽略了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。
（拟均相模型）7.描述固定床反应器的数学模型，考虑了粒子与流体之间温度与浓度的差别的模型称之为_______。
（非均相模型）8.描述固定床反应器的拟均相模型，根据流动模式与温差的情况它又可分为平推流与有轴向返混的_______模型，和同时考虑径向混合和径向温差的_______模型。
（一维、二维）9.固定床中颗粒的体积相当直径定义为具有相同体积P V 的球粒子直径，表达式V d =_______。
（3/1)/6(πP V ）10.固定床中颗粒的面积相当直径是以外表面P a 相同的球形粒子的直径，表达式a d =_______。
（π/P a ） 11.固定床中颗粒的比表面相当直径是以相同的比表面V S 的球形粒子直径来表示，表达式S d =_______。
（V S /6） 12.对于非球形粒子，其外表面积P a 必大于同体积球形粒子的外表面积S a ，故可定义颗粒的形状系数=S ϕ_______。
（P Sa a /） 13.颗粒的形状系数S ϕ对于球体而言，=S ϕ_______，对于其他形状的颗粒S ϕ_______。
化学反应工程第五章 气―液反应及反应器1PPT课件
pi )
JL
DL
dC dx
DL
Ci CL L
kL (Ci
CL)
N JG JL
kG
DG G
Ci H i pi
kL
DL L
扩散系数与扩散尺度的比值 传质系数 ＝ 阻力的倒数
7
双膜理论
N DG
pG pi ,
G
N
DL
Ci CL
L
,
Ci Hpi
N
DG / G
pG pi
N
DL / L
Ci
Ci Hpi
U1
U2
U3
pG pi Ci
பைடு நூலகம்
CL
G
L
GL
I U1 U2 U2 U3
R1
R2
U1 U2 R0
1
1
R1 kG , R2 k L
R0
1 ,1 KG KL
N pG pi Ci CL 1/ kG 1/ kL
pG p * C *CL 1/ KG 1/ KL
11
6－5 化学反应在相间传递中的作用 rA kCA
N
Ci CL
HDL /L
H
N pG C L / H pG p *
G L
G L
DG HDL DG HDL
N K G ( pG p*) p* C L / H8
电流过程与双膜传质过程的类似
Ci Hpi
U1
U2
U3
R1
G
R2
L
I U1 U2 U2 U3
R1
R2
U1 U2 U1 U2
按化学反应和传递的相对大小区分为各种情况 一、化学反应可忽略的过程 液相中的反应量与物理吸收的量相比可忽略
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•化学吸收的速率
•D
•β＝
•纯物理吸收速率
•E’ •D ’
•DD’的斜率
•＝
•>
•DE的斜率 1
•E
•反应速率越快，
•浓度分布曲线越弯曲，
•则β数值越来越大。
•
四、化学吸收的增强因子
•化学吸收的速率
•D
•β＝
•纯物理吸收速率
•E’ •D ’
•DD’的斜率
•＝
•>
•DE的斜率 1
•E
•反应速率越快，
•β＝
•无反应时的浓度梯度
•E’ •D ’
•E
•DD’的斜率
•＝
•?>
•B
•DB的斜率 1
•
四、化学吸收的增强因子
•化学吸收增强因子β＞1，降低液相传质阻力所 占比例。 •β足够大时，总阻力将由气膜阻力所决定
•
四、化学吸收的增强因子
•液相反应利用率η
•CA
i
•有内扩散影响时的反应速
•η 率
•＝
＝ •无内扩散影响时的反应速率
•CA
内扩散有影响时的反应速率 i
• = 内扩散无影响时的反应速率
•CAL •CAL
•当气体净化时，着眼点为气体向液相的传质速率，用η。
•当制取产品时，着眼点为气液反应的速率，用β。
•假设：扩散组分在气－液界面处达到气液相平衡。
•
双膜理论
•C
•p
i
G
•pi •G L
•C
L
•扩散系数与扩散尺度的比值 •传质系数 ＝ 阻力的倒数
•
双膜理论
•阻力加和定理
•
电流过程与双膜传质过程的类似
•U1 U3
•R
1
U2
•R
2
•p
•Ci
G
•p
•C
•iG L
L
•
电流过程与双膜传质过程的类似
•U1
差别点： （1）单相传质过程（气固相催化反应）VS
相间传质过程（气液反应） （2）对流传质VS孔扩散传质
•
•传质方向
•?
•?
•Gas •porou sSolid
•Ga •Liqui
s
d
A: •
C=5mol/l
C=3mol/l
B: C=3mol/l
C=5mol/l
•
第一节 气－液反应平衡 6－1 气－液反应平衡
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
•
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
反应可忽略 液膜液相的反应均可忽略
慢反应
•浓度分布曲线越弯曲，
•则β数值越来越大。
•
四、化学吸收的增强因子
•化学吸收的速率
•D
•β＝
•纯物理吸收速率
•E’ •D ’
•DD’的斜率
•＝
•>
•，
•则β数值越来越大。
•
四、化学吸收的增强因子
•化学吸收的速率
•D
•β＝
•纯物理吸收速率
•有反应时的浓度梯度
气液相达平衡时，i组分在气相与液相中的化学位相等。 化学位通过逸度表达时，则 稀溶液符合享利定律 若气相为理想气体的混合物
•
第二节 气－液反应历程 6－4 气－液相间物质传递
•传质模型:双膜论 Higbie渗透论 Danckwerts表面更新理论 •双膜论：气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜 •传质速率取决于通过液膜和气膜的分子扩散速率
化学反应工程第六章气液反应及反应器
2020年6月3日星期三
第六章 气－液反应及反应器
有机物氧化 有机物氯化 有机物加氢 其他有机反应 酸性气体的吸收
•
第一节 气－液反应平衡
气液反应与气固相催化反应的异同 相似点：
反应物历程：外扩散，内扩散－反应。
气相的扩散反应过程 气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应） 溶解的气体在液体内的扩散（气－液相反应）
反应在液相主体中进行
中速反应 反应在液膜和液相中进行
快反应
反应在液膜中进行完毕
瞬间反应 反应在膜内某处进行完毕
•
•中速反应 •瞬间反应
•快 •反 •应
•慢 •反 •应
•
四、化学吸收的增强因子
气液反应和气固相催化反应都是“边扩散边反 应”过程，但两者又各有特点。针对这些特点 ，理论上处理气液反应与气固相催化反应的 方法也有异同。 气-固相催化反应：内扩散有效因子ζ
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
又称为：内表面利用率 vs: 气液反应（同）：液相反应利用率 η( 相当于ζ) 气液反应（异）：增强因子β
•
四、化学吸收的增强因子
•化学吸收的速率
•D
•β＝
•纯物理吸收速率
•有反应时的浓度梯度
•β＝
•无反应时的浓度梯度
•E’ •D ’
•E
•DD’的斜率
•＝
•>
•DE的斜率 1
•
四、化学吸收的增强因子
按化学反应和传递的相对大小区分为各种情况 二、液相主体中进行缓慢化学反应过程（慢反应） 液膜中的反应量远小于通过液膜传递的量
•M准数：代表了液膜中化学反应与传递之间相对速率的大小
•
八田 (Hatta) 准数
•八田准数是与气固催化反应thiele模数相对应的准数 •两者（平方）的物理意义：反应速率与扩散速率的比值
U2
U3
•p
•Ci
G
•p
•C
•iG L
L
•
电流过程与双膜传质过程的类似
•U1
U2
U3
•p •p •Ci
•C
G
i
L
•G L
•
6－5 化学反应在相间传递中的作用
按化学反应和传递的相对大小区分为各种情况 一、化学反应可忽略的过程 液相中的反应量与物理吸收的量相比可忽略
•VA CA
•V
R
•
6－5 化学反应在相间传递中的作用
•
（或φ）准数数值大
小的含义：
•M或φ数值越大：反应越快于 传质，传质速率越“跟不上 ”、“滞后于”反应速率， 则，浓度分布越显著。
•
•
（或φ）准数数值大小的含义：
•C
•p
i
G
•pi •G L
• （或φ）准 数数值大小的含义 ： •M或φ数值越大， •C 反应越快于传质， L 浓度分布越显著。
•
•