气液反应过程及反应器

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A（气相）＋B（液相）→产物
A(g) bB(l ) P (rA ) kcAcB
反应步骤： （1）反应物气相组分A由气相主题扩散到气液相界面，在 界面上假定达到气液平衡； （2）由气相界面进入液相； （3）反应物由相界面扩散到液相； （4）反应物在液相内反应； （5）产物从高浓度向低浓度扩散〔若为气相产物，则向界 面扩散，再回到气相。 17
DL 令 : kL , 则N k L (ci cL ) L
N / kG pG pi HN / kG HpG Hpi
(1)
N / k L ci cL
(2)
N / HkL ci / H cL / H
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设c*为与气相分压pG 相平衡的液相浓度 p*为与液相浓度cL相平衡的气相分压 同时在界面处：ci=Hpi N * HN * p p c ci (3) i Hk kG L (1)+(4): N p p* N *
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1、 双膜模型 1924年由Lewis和Whitman提出。 基本论点：
（1）气液界面的两侧分别有一呈层流流
动的气膜和液膜，膜的厚度随流动状态 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）通过气膜传递到相界面的溶质组分 瞬间溶于液相且达到平衡，符合亨利定
双膜模型解释反应过程示意图
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
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传质方向
A: C=5mol/l
C=3mol/l
B:
C=5mol/l
C=3mol/l
?
Gas porous Solid Gas
?
Liquid
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8.2 气液传质理论
传质模型: 1、双膜模型 2、Higbie渗透模型 3、Danckwerts表面更新模型。 。
Main body of gas
δG
δL
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，各膜内的阻力可以串联相加。
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双膜理论
PG
δ g δ L
Ci
J G DG J L DL
p pi dp DG G kG ( pG pi ) dx G C CL dC DL i k L (Ci CL ) dx L kG kL DG
kG HkL pG p N 1 1 1 kG HkL
G
(4)
1 1 kG HkL
令K G
则 : N K G ( pG p * )
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(2)+(3)得：
* N HN c cL * c cL N 1 H k L kG k L kG
令K L
8.1 8.2 8.3 8.4
概述 气液传质理论 气液反应宏观动力学方程 气液相反应器
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8.1 概述
气液相反应和反应器广泛应用于石油、化工、轻工、医药和 环境保护等生产过程 在化工生产过程中，进行气-液相反应的目的主要有两个： 1）得到某种产品 2）净化气体以及废气和污水的处理 气液相反应过程是伴有化学反应的传递过程，又称为化学吸 收操作过程 该过程涉及传质过程、反应过程和气液两相 处理问题的方法不同于以往类型的反应，首先需要解决的问 题是气-液相平衡 2
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3、表面更新模型 由Danckwerts首先提出。该理论主要针对渗 透论中关于界面的各个单元的逗留时间都相 同提出 的，认为存在一个界面的寿命分布函 数，界面各单元的逗留时间按表面更新率S 的分布函数来分布。
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常见传质模型的比较
本教材中处理化学吸收问题均采用双膜理论。
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8.3 气液反应宏观动力学方程
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（3）中速反应：本征反应速率与传质速率相当，反应从液膜内某一 位置开始，蔓延到液相主体。
中速反应的阻力主要来自传质及动力学阻力。
1 1 H k L kG
则 : N K L (c * c L )
综合以上步骤：
N KG ( pG p* ) KL (c* cL )
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2、渗透模型 由希格比（Higbie）提出。该传质理论的主 要观点是：处于界面的液体，由于流体的扰 动常被液流主体的质点所置换，当液体在界 面逗留期间，溶解气体将借不稳定的分子扩 散面渗透到液相，并假设处于界面的各液体 单元都具有相同的逗留时间。
一、气液相反应的类型
气液相反应是传质与反应过程的综合，其宏观反应速率取决于其
中速率最慢的一步，即控制步骤。 如反应速率远大于传质速率，则称为传质控制（气膜或液膜扩散
控制），宏观反应速率在形式上就是相应的传质速率方程。
如传质速率远大于反应速率，称为反应控制，宏观反应速率就等 于本征反应速率。 如果传质速率与反应速率相当，则宏观反应速率要同时考虑传质 和反应的影响。 了解气液反应的控制步骤，是对过程进行分析和设备选型的重要 依据。
N JG J L Ci H i pi
G
DL
pi
气膜 液膜
CL
L
扩散系数与扩散尺度的比值 传质系数 ＝ 阻力的倒数
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气膜传质速率：
令 : kG DG
N
DG
G
( pG pi )
G
, 则N kG ( pG pi ) N DL (ci cL ) L
液膜传质速率：
气-液相反应是一类重要的非均相反应。主要分为二种类型： （1）化学吸收： 原料气净化、产品提纯、废气处理等。 （2）制取化工产品 a.
b.
c.
（淤浆床）
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4Baidu Nhomakorabea
气液反应与气固相催化反应的异同 相似点：
（1）反应物历程：外扩散，内扩散－反应。 （2）气相的扩散反应过程 （3）气体在多孔介质内的扩散（气固相催化反应） （4）溶解的气体在液体内的扩散（气－液相反应）
气液相反应的类型
A(g) bB(l ) P
(rA ) kcAcB
根据反应速率相对快慢，分为以下5种类型。 （1）瞬间反应：本征反应速率远大于传质速率的反应
瞬间反应属扩散控制，反应阻力来自于气相及液相传质阻力。
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（2）快速反应：本征反应速率大于传质速率
快速反应的反应区在液膜内，反应阻力来自于传质阻力及动力学阻力， 但传质阻力占主要。