反应过程与技术第四章气液相反应技术

（一）气泡尺寸
1．当量比表面平均直径 2．体积平均直径 3．几何平均直径dg

（二）鼓泡塔的气体压力降ΔP
鼓泡塔的气体压力降ΔP 由气体分布器阻力和床层静压头的阻力两部分组成。
1 u 0 G C 2 2 H d g
2
式中
u 0 ——小孔气速，m/s；
d
——鼓泡层密度kg/m3；
注：液相反应物B或催化剂不能挥发进入气相，只在液相中与A进行 化学反应。
五种反应类型
根据化学反应能力和扩散能力相对大小的 不同，把上述气液相反应过程分为 极快反应 快速反应 中速反应 慢速反应 极慢反应

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。
1000 200 20
150 200 20
0.15 0.90 0.98
40~100 150~800 4000~104
5.67 0.111 0.0204
极慢反应，也可用于中速反应
第二节 气液相反应器的生产原理
一、双膜理论 二、宏观动力学方程式的建立 三、测定液相反应速度的方法 四、反应器型式的选择
对于等温二级不可逆气液相反应
A气 bB液 R（产物）
要实现这样的反应，需经历以下步骤： 1．气相反应物A由气相主体扩散到相界面，在界面上假定 达到气液相平衡； 2．气相反应物A从气液相界面扩散入液相主体，并在液相 内进行化学反应； 3．在液相主体内，液相产物沿浓度梯度下降方向扩散， 气相产物则由液相主体扩散到相界面，再扩散到气相主体。
四、反应器型式的选择
型式 喷雾塔 填料塔 板式塔 鼓泡搅拌釜 鼓泡塔 应用范围 极快反应和快速反应，气相浓度低，气液 比大，为了提高液相利用率要求增加膜体 积 中速反应和慢速反应，也适用于气相浓度 高，气液比小的快速反应 极慢反应，也可用于中速反应
第三节

鼓泡塔反应器
一、鼓泡塔流体力学 （一）气泡尺寸 （二）鼓泡塔的气体压力降ΔP （三）气泡上升速度 （四）含气率 （五）比相界面
D AL * C Ai C AL k AL C Ai C AL K AL C A C AL NA ZL



总传质系数与膜传质系数的关系为
HA 1 1 K AG k AG k AL
1 1 1 K AL H A k AG k AL
二、宏观动力学方程式的建立
快速反应的两种情况
3. 中速反应

化学反应能力和扩散能力基本相等，化学 反应在整个液膜内进行。未反应部分A扩散 进液相中体，在液相主体中继续反应。生 产能力不仅与相界面大小有关，还与液体 体积有关。当足够高时，二级反应可简化 为拟一级反应。
中速反应的两种情况
4. 慢速反应

化学反应能力比扩散能力低，化学反应主 要在液相主体中进行，此时为动力学控制 。
慢速反应
5. 极慢反应

化学反应能力远远小于传质能力，扩散阻 力可忽略不计。组分A和B浓度在整个液相 中很均匀，反应发生在整个液相，过程为 动力学控制，总速度等于化学反应速度， 相当于液相均相反应。
极慢反应
三、测定液相反应速度的方法

在实验室常用的反应器为半间歇操作或连续操作 的釜式反应器，在半间歇釜式反应器内要求反应 温度一定，气体流量一定，液相体积保持不变， 分析不同反应时间下的气相进、出口的组成或从 釜内液相取样分析。在连续釜式反应器内一般认 为液相为全混流，釜内液相浓度等于出料液浓度， 改变液相流量，就是改变平均停留时间。

一、双膜理论
双膜理论基本点：
在气液相界面两侧，各有一定厚度的气膜 和液膜，气膜和液膜内的物质传递方式是 分子扩散； 扩散阻力全部集中在气膜、液膜内，而在 气液相主体中物质传递方式是湍流扩散， 不存在浓度梯度； 相界面的传质阻力可以忽略，气液达平衡， 且服从亨利定律。

组分A的扩散速率
相界面积 相界面积 液相体积
型式
液相体积m2/m3 反应器体积 m2/m3
液相 体积分率 液膜体积
气液比 mol
应用范围
喷雾塔 填料塔 板式塔 鼓泡搅拌 釜 鼓泡塔
~1200 ~1200
百度文库
~60 100
0.05 0.08
－2~10 10~100
19 11.5
极快反应和快速反应，气相浓度低， 气液比大，为了提高液相利用率要求 增加膜体积 中速反应和慢速反应，也适用于气相 浓度高，气液比小的快速反应

第一节 气液相反应器的特点及结构

一、气液相反应器的特点及工业应用

二、气液相反应器的结构
气液相反应器的结构
（一）鼓泡塔反应器 （二）鼓泡管反应器 （三）搅拌釜式反应器 （四）膜式反应器

鼓泡塔反应器
鼓泡管反应器
搅拌釜式反应器
膜式反应器
主要型式气液相反应器的特性及应用范围
极快反应的两种情况
2. 快速反应

化学反应能力低于极快反应，但仍比传质能力强， 传质和反应均影响宏观速度，反应仍仅发生于液 膜内。但由一个反应面伸展为反应区，反应区内 A、B同时存在，反应区外的液面中，A、B不能同 时存在。生产能力和界面大小及液膜体积有关， 与液体总量无关，当极高时，反应区由相界面开 始延伸到液膜内某个面为止。若假设在液膜内基 本不变，二级反应可简化为拟一级反应。
H —- 充气液层高度，m。
C 2 ——小孔阻力系数约0.8；
（三）气泡上升速度
（1）单个气泡自由浮升速度 （2）气泡真实上升速度 （3）气泡群的滑动速度

（四）含气率
单位体积鼓泡床（充气层）内气体所占体 积分数。 静态含气率：液体不流动时的含气率； 动态含气率：液体连续流动时的含气率。
第四章 气液相反应技术
知识目标 ●了解气液相反应器的结构、特点和应用范围 ● 理解气液相反应的动力学过程 ● 掌握鼓泡塔的传递特性及其特性参数 ● 掌握鼓泡塔的工艺计算 能力目标 ● 能应用过程动力学来确定气液相反应器的类型 ● 能根据生产任务进行鼓泡塔的设计计算 ● 能进行典型气液相反应器的生产过程控制