8氣液相反應(yīng)過程與反應(yīng)器8.1概述氣液反應(yīng)過程指一個反應(yīng)物在氣相，另一個在液相，氣相反應(yīng)物需進(jìn)入液相才能反應(yīng)；或兩個反應(yīng)物都在氣相，但需進(jìn)入液相與液相的催化劑接觸才能反應(yīng)氣液相反應(yīng)反應(yīng)物和產(chǎn)物至少有一個存在于液相中，其中典型的是氣體的反應(yīng)吸收。與化學(xué)吸收過程極為相似一、氣液反應(yīng)的應(yīng)用氣體凈化過程生產(chǎn)過程：（1）制取產(chǎn)品；（2）有用組分回收1二、氣液反應(yīng)步驟A(g)+B(l)=C(g)1A從氣相主體向氣液界面擴(kuò)散（氣膜）；2

A在氣液界面處溶解于液相（液膜）；3溶解于液相的A向液相內(nèi)部擴(kuò)散，在擴(kuò)散的同時與液相中的B發(fā)生反應(yīng)（反應(yīng)）；4液相中的產(chǎn)物C透過液膜擴(kuò)散到氣液界面（液膜）；5產(chǎn)物C由氣液界面擴(kuò)散到氣相主體（氣膜）。2三、氣液界面?zhèn)鬟f模型雙膜理論模型（1）基本假定氣液兩相沿接觸界面均存在一個滯留膜；氣相組分A傳遞阻力完全集中在氣膜內(nèi)，相界面本身無傳遞阻力；A組份由界面?zhèn)鬟f到液相主體的阻力完全位于液膜內(nèi)，液膜以外的湍動足以消除濃度梯度。（2）實(shí)質(zhì)：定態(tài)理論（3）缺點(diǎn)：雙膜存在是理論先決條件，與事實(shí)不符。但包含兩個基本特征－溶解和擴(kuò)散3（4）雙膜論的來歷源自沿著固體表面湍流流動的流體和固體表面間傳熱所采用的概念－傅立葉定律（Fourier）4（5）物理吸收過程根據(jù)雙膜理論的物理模型，可以寫出5（6）化學(xué)反應(yīng)參與的過程化學(xué)反應(yīng)的參與使得液膜厚度變薄，根據(jù)雙膜論6依據(jù)雙膜理論進(jìn)行：AA(g)+BB(l)RR(l)一、基礎(chǔ)方程在液膜內(nèi)取一微元體，在定常態(tài)下，對A組分作物料衡算（服從Fick擴(kuò)散定律）：8.2氣液反應(yīng)動力學(xué)7AA(g)+BB(l)RR(l)8模型分析：模型是以存在穩(wěn)定的膜為前提，即：不論氣液相主體如何擾動，相界面上滯留膜總是穩(wěn)定存在。隨著氣液相流動狀況的不同，氣液膜的厚度不同。強(qiáng)化傳質(zhì)要通過增加擾動改變膜厚度實(shí)現(xiàn)。傳質(zhì)與反應(yīng)速率的不同，得到不同的膜內(nèi)濃度分布。9二、不同類型反應(yīng)的過程動力學(xué)（一）極慢反應(yīng)傳遞阻力<<化學(xué)反應(yīng)阻力，或說傳遞速率>>反應(yīng)速率膜與主體濃度差消失，液相中溶解的A接近其飽和溶解度化學(xué)反應(yīng)在液相主體中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)速率代表了A的傳遞速率10化學(xué)反應(yīng)在液相主體中進(jìn)行液膜內(nèi)反應(yīng)可忽略，僅發(fā)生A的擴(kuò)散過程，因此，過程特性與物理過程相同對A求解可得（二）慢反應(yīng)過程11推導(dǎo)過程1213（三）中速反應(yīng)過程反應(yīng)在液相主體與液膜中同時進(jìn)行14（三）中速反應(yīng)過程15β恒大于1。曲線下凹。八田數(shù)決定了β,γ0,β1

(γ0，ch

γ1,γ/

th

γ1)δGδLpApAicBcAcAidl16（四）快速反應(yīng)過程反應(yīng)僅發(fā)生在液膜區(qū)，組分在液膜區(qū)已全部反應(yīng)掉，在液相主體區(qū)沒有A，因此液相主體中沒有反應(yīng)。cBi不一定為0，與

中速反應(yīng)的區(qū)別在于cAL為0，即在液相主體中沒有A。17（五）瞬時反應(yīng)過程A與B之間的反應(yīng)進(jìn)行得極快，以致于A與B不能在液相中共存。在液膜區(qū)存在一個反應(yīng)面，此面上AB的濃度均為0。δGδLpApAicBLcAi反應(yīng)面δR18β代表了反應(yīng)面的位置，β=1，反應(yīng)面在液膜位置上，

β，反應(yīng)面與氣液界面重合。β意味著B在液膜中的擴(kuò)散遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A組份的擴(kuò)散或B的濃度遠(yuǎn)大于A。在反應(yīng)面與氣液界面重合的情況下，B組分在液相主體中的濃度稱為在氣相A分壓下的臨界濃度。若此時cBL>cBL臨，液相中將不再有A。

19氣液反應(yīng)動力學(xué)小結(jié)兩個重要參數(shù)：化學(xué)增強(qiáng)因子β和八田數(shù)γ。β=f(γ，cAi，cAL),γ=f(k,DAL，δL)20氣液反應(yīng)動力學(xué)小結(jié)宏觀反應(yīng)速率最終取決于反應(yīng)物A的反應(yīng)特性k，傳遞特性DAL和體系的流體力學(xué)特性δL。強(qiáng)化宏觀反應(yīng)速率需要提高k，DAL，減小δL。當(dāng)然還與氣相傳遞特性有關(guān)。γ決定了反應(yīng)是快是慢，是否存在反應(yīng)面，反應(yīng)在何處進(jìn)行。判據(jù)：γ>2屬于瞬間反應(yīng)或快反應(yīng)過程；宜選用停留時間短的反應(yīng)器，如填料塔。0.02<γ<2為中速反應(yīng)；反應(yīng)大量在液相主體進(jìn)行，宜選用持液量大的反應(yīng)器，如鼓泡塔。γ<0.02屬于慢反應(yīng)。21例題8-1

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G－氣含率228.3氣液反應(yīng)器填料塔：瞬間或快速反應(yīng)噴淋塔：瞬間反應(yīng)或生成固體的反應(yīng)板式塔：中速或慢速反應(yīng)鼓泡塔：中速或慢反應(yīng)攪拌反應(yīng)器：強(qiáng)化傳質(zhì)管式反應(yīng)器：效率高但壓降大23一、填料塔式反應(yīng)器的計算（1）反應(yīng)器的特點(diǎn)氣液逆流，液體在填料表面呈液膜狀向下流動，持液量??；氣液接觸界面近似等于填料表面積；氣液傳質(zhì)過程可以按雙膜理論計算。（2）反應(yīng)器應(yīng)用持液量少、接觸面積大、液體停留時間短適宜于瞬間反應(yīng)及快反應(yīng)過程24（3）反應(yīng)器工藝計算已知?dú)怏w和液體進(jìn)料量及組成，計算出口濃度（氣或液）下的填料塔式反應(yīng)器的直徑和填料層高度1塔徑計算（根據(jù)氣體流量計算）1由埃克特圖（或方程）計算液泛氣速25262

確定氣體空塔速度一般取0.6-0.8倍液泛速度為空塔操作氣速u3

計算塔徑（V為體積流量）2填料高度層計算1基礎(chǔ)方程右圖進(jìn)出口對A進(jìn)行衡算得：272填料層高度由于填料塔通常用于快速或瞬時反應(yīng)所以：cAL=0……(3)28293傳質(zhì)系數(shù)3031e.g.8-4在一逆流操作的填料塔中，用吸收法把某一有害組分A的含量從0.1%降至0.02%。已知填料塔中的某些參數(shù)如下：I表示惰性組分（1）使用總濃度為56kmol/m3的水作為吸收劑，求填料層高度；（2）若采用高濃度組分B(cB=0.8kmol/m3)的水溶液吸收組分A，反應(yīng)過程屬于cBL>cBL臨的瞬時反應(yīng)，同時設(shè)kAL=kBL,A=-1,B=-1，填料層高度又為多少？32解：總括傳質(zhì)系數(shù)KAG＝?33（1）物理吸收過程

1填料層內(nèi)瞬時濃度與分壓關(guān)系計算342總括傳質(zhì)系數(shù)計算353總括傳質(zhì)系數(shù)計算顯然，用水作吸收劑是不合適的36（2）化學(xué)吸收過程3738二、鼓泡塔式反應(yīng)器的計算特點(diǎn)：液相是連續(xù)相，氣相是分散相操作分類：連續(xù)與半連續(xù)。所謂半連續(xù)是指液體一次加入，達(dá)到反應(yīng)要求后一次排出，而氣相連續(xù)通過半連續(xù)鼓泡塔計算基本假定：氣相流動為平推流，氣體分壓隨高度呈線性變化液相在塔內(nèi)為理想混合，物性參數(shù)不變39取反應(yīng)器內(nèi)任意橫截面對氣相進(jìn)行物料衡算：輸入－輸出=反應(yīng)鼓泡塔