[精选]化学反应工程第六章气液反应工程--资料

1 cM c N p B H A K c cB
M N
* A
三、带化学反应的气—液相平衡
为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分 几种类型来分析。
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
0 0 * c c c 设被吸收组分A在溶液中总浓度为 A，即 A A cM
差别点：
（1）单相传质过程 （2）对流传质 VS 相间传质过程 （气液反应） （气固相催化反应）
VS 孔扩散传质
传质方向
Gas
Porous Solid
C=3mol/L
Gas
Liquid
A:
C=5mol/L
B: C=5mol/L
C=3mol/L
第一节 气－液反应平衡 一、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。
0 设溶剂中活性组分起始浓度为 cB ，若组分B的转化率为 xB ，
3. 被吸收组分与溶剂中活性组分作用 将气液平衡关系 cA H A p* A引入，则 液相总的A组分浓度
0 A 0 B B
p* A xB [ Kc H A (1 xB )]
* A 0 B
α p* A c c A x c HA p c 1 α p* A
第六章 气－液反应及反应器
目
第一节 第二节
录
气－液反应平衡 气－液反应历程
第三节
第四节 第五节 第六节
气－液反应动力学特征
气－液反应器概述 鼓泡反应器 填料反应器
第六章
气－液反应及反应器
气液相反应器的定义：包括气相和液相，且气相中的组 分必须进入到液相中才能进行的反应。
三、带化学反应的气—液相平衡
由化学平衡常数可写出
c
由相平衡关系式可得
* A
cM c N B K c cB
* A
M
N

1/ A
f
* A( g )
c 1 cM c N B H A H A K c cB
M N
1A
1A
当气相是理想气体混合物时，上式为
进行气液相反应的装置：气–液相反应器。 基本特征： （1）至少有一反应物在气相； （2）反应物都是气相，但须进入液相催化才能进行反应；
（3）气液相反应属于非均相反应，气相反应物必须经过相 界面进入液相，于是不仅包括反应过程，还包括传质过 程。
第六章
有机物氧化
有机物氯化 有机物加氢 其他有机反应
2. Hi和Ei的关系
式中： 低压下：
－溶剂摩尔浓度 －溶解度系数
式中
，ρ－溶液密度，M－溶液平均分子量
对于稀溶液，M近似等于溶剂的分子量M0，可得Hi 和Ei 的近似关系：
3. Ηi、Ei 和温度的关系
4. Ηi、Ei 和压力的关系
－i 在溶液中的偏摩尔容积，可查文献得到。
二、溶液中气体溶解度的估算
2. 被吸收组分在溶液中离解
K c c c 由反应平衡， c M N A ，当溶液中无其他离子存在
时，c c ，则 c c K c M N M N c A
2. 被吸收组分在溶液中离解
0 c A c M c A K c c A，由 cA H A p* A的总浓度 c A ， A
二、溶液中气体溶解度的估算
2. 非电解质溶液的
3 式中 hs 为非电解质溶液盐效应系数，m kmol ；
kmol m3 。 Cs 为非电解质的浓度，
盐效应系数随分子量增大而增加，可查表而得。
三、带化学反应的气—液相平衡
气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从相平 衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体 A 与液相中 B发生 反应，则可表示为
0 cM cA c A* Kc * c A cB c A*cB
可得
。联合理想气体亨利定
0 c A cA p H A H A 1 K c cB * A
律 cA H A p* , 整理得 A
0 * c p 当A为稀溶液时，溶剂B是大量的， A与 A 表观上
仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时 增大(1+ K c cB ) 倍。 如水吸收氨即属此例。
气－液反应及反应器
气液相反应器的操作 条件不是很苛刻，液相的 蒸发和流动可把热量带出， 易于实现传热和传质，另 外由于高效催化剂的开发， 使气液相反应器应用较广 泛。
酸性气体的吸收
合成产物
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）
0 * H A p* K H p 则得 c A A c A 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
0 0 此时 cB cB xB ，由化学平衡关系 1 xB ，cM cB
* K c c M / ( c A c B ) x B / c A 1 xB
亨利定律只适用于稀溶液和纯溶剂，但在工业生产 过程中，液相中含有电解质和非电解质，亨利定律并不 适用。
1. 电解质溶液的
式中E0、E为气体在水中和在电解质溶液中的亨利系数； H0、H为气体在水中和在电解质溶液中的溶解度系数； I 1 2 ci Zi2 I1、I2为溶液中各电解质的离子强度， 其中ci为离子浓度，Zi为离子价数； h1、h2为溶液中各电解质所引起的溶解度降低系数，其 数值为 h h h 百度文库 hG ，其中h+、h-、hG分别为该电解质正、 负离子及被溶解的气体引起的数值。
式中 α Kc HA 为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积， 表征带化学反应的气-液平衡特征。
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
(6-1) (6-2) 式中：
－i的摩尔分率
－i的逸度系数
一、气－液相平衡
对于稀溶液，可用亨利定律表示： (6-3) 式中：
－亨利系数
－i在液相中的摩尔分率
1. 气－液平衡的一般关系为：
1) 气相为理想气体 ，气－液相平衡关系为：