【正文】 內(nèi)液相取樣分析。在連續(xù)釜式反應(yīng)器內(nèi)一般認(rèn)為液相為全混流，釜內(nèi)液相濃度等于出料液濃度，改變液相流量，就是改變平均停留時間。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 31 四、反應(yīng)器型式的選擇 型式 應(yīng)用范圍 噴霧塔 填料塔 極快反應(yīng)和快速反應(yīng)，氣相濃度低，氣液比大，為了提高液相利用率要求增加膜體積 板式塔 鼓泡攪拌釜 中速反應(yīng)和慢速反應(yīng)，也適用于氣相濃度高，氣液比小的快速反應(yīng) 鼓泡塔 極慢反應(yīng)，也可用于中速反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 32 鼓泡塔反應(yīng)器 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 33 鼓泡管反應(yīng)器 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 34 攪拌釜式反應(yīng)器 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 35 膜式反應(yīng)器 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 36 主要型式氣液相反應(yīng)器的特性及應(yīng)用范圍 液相 體積分率 ?型式 相界面積 相界面積 液相體積 氣液比 mol 應(yīng)用范圍 液相體積m2/m3 反應(yīng)器體積 m2/m3 液膜體積 噴霧塔 填料塔 ~1200 ~1200 ~60 100 － 2~10 10~100 19 極快反應(yīng)和快速反應(yīng)，氣相濃度低，氣液比大，為了提高液相利用率要求增加膜體積 板式塔 鼓泡攪拌釜 1000 200 150 200 40~100 150~800 中速反應(yīng)和慢速反應(yīng)，也適用于氣相濃度高，氣液比小的快速反應(yīng) 鼓泡塔 20 20 4000~104 極慢反應(yīng)，也可用于中速反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 37 2021年 6月 17日 7時 0分 一、工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求 工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求有如下幾點。 ?具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度 根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的特性選擇反應(yīng)器，使反應(yīng)器具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度。 1）氣膜控制系統(tǒng)，應(yīng)選擇氣相容積傳質(zhì)系數(shù)大的反應(yīng)器，例如噴射塔和文丘里反應(yīng)器等。 2）快速反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)在界面附近的液膜中進(jìn)行，應(yīng)選擇表面積較大的反應(yīng)器，例如填料塔和板式反應(yīng)器。 氣－液反應(yīng)器概述 3）緩慢反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)在液流主體中進(jìn)行，應(yīng)選擇液相容積大的設(shè)備，例如鼓泡反應(yīng)器和攪拌鼓泡反應(yīng)器。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 38 2021年 6月 17日 7時 0分 2. 有利于提高反應(yīng)的選擇性 對于多重反應(yīng)，選擇的反應(yīng)器要有利于主反應(yīng)，而要抑制副反應(yīng)。例如對于平行反應(yīng)，主反應(yīng)快而副反應(yīng)慢，則要選擇儲液量較少的反應(yīng)器來抑制副反應(yīng)的發(fā)生。 3. 有利于降低能耗 為了使氣－液兩相分散接觸，需要消耗一定的動力，就比表面積而言，噴射吸收器所需的能耗最小，其次是攪拌反應(yīng)器和填料塔，文氏管和鼓泡反應(yīng)器所需的能耗最大。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 39 2021年 6月 17日 7時 0分 4. 有利于控制反應(yīng)溫度 氣液反應(yīng)大部分是放熱反應(yīng)，如何排除反應(yīng)熱控制好操作溫度是十分重要的。例如板式塔可以安置冷卻盤管，但在填料塔中，排除反應(yīng)熱就比較麻煩，通常只能提高液體噴淋量把濕熱帶走，但動力消耗大量提高。 液體流率小，液相轉(zhuǎn)化率高，動力消耗也小，但液體流率的大小應(yīng)符合反應(yīng)器的基本要求。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 40 2021年 6月 17日 7時 0分 1. 填充床反應(yīng)器 填充床反應(yīng)器具有操作適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、能耐腐蝕等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于帶有化學(xué)反應(yīng)的氣體凈化過程，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。 2. 板式反應(yīng)器 板式反應(yīng)器可以將軸向返混降低至最小程度，在單塔中獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率，并可安裝冷卻或加熱元件，維持所需的溫度，適用于快速和中速反應(yīng)過程。 二、氣－液反應(yīng)器的形式和特點 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 41 2021年 6月 17日 7時 0分 3. 降膜反應(yīng)器 降膜反應(yīng)器具有壓降小和沒有返混的優(yōu)點，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。降膜管的安裝垂直度要求較高，液體成膜和均布是降膜塔的關(guān)鍵問題。 4. 噴霧反應(yīng)器 噴霧反應(yīng)器由空塔構(gòu)成，適用于有污泥、沉淀和固相產(chǎn)物的反應(yīng)過程，適用于受氣膜控制的瞬間反應(yīng)。 5. 鼓泡反應(yīng)器 鼓泡反應(yīng)器具有較高的儲液量，適用于慢反應(yīng)。軸向返混嚴(yán)重，常采用半間歇操作和多級串聯(lián)操作。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 42 2021年 6月 17日 7時 0分 6. 攪拌鼓泡反應(yīng)器 攪拌鼓泡反應(yīng)器適用于高粘度的非牛頓型液體，例如廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)和高分子材料工業(yè)，一般為慢速反應(yīng)過程。 7. 高速湍動反應(yīng)器 噴射反應(yīng)器、文氏反應(yīng)器、湍動浮球反應(yīng)器等屬于高速湍動反應(yīng)器，適用于氣膜控制的瞬間反應(yīng)過程。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 43 2021年 6月 17日 7時 0分 攪拌鼓泡反應(yīng)器 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 44 2021年 6月 17日 7時 0分 雙膜理論 ：由 Lewis和 Whitman在上世紀(jì)二十年代提出，是較早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。雙膜理論的基本論點： 1）氣液界面的兩側(cè)分別有一呈層流流動的氣膜和液膜，膜的厚度隨流動狀態(tài)而變化。 2）組分在氣膜和液膜內(nèi)以分子擴(kuò)散形式傳質(zhì)，服從費克定律。 3）通過氣膜傳遞到相界面的溶質(zhì)組分瞬間溶于液相且達(dá)到平衡，符合亨利定律，相界面上不存在傳質(zhì)阻力。 4）氣相和液相主體內(nèi)混合均勻，不存在傳質(zhì)阻力。全部傳質(zhì)阻力都集中在二層膜內(nèi)，各膜內(nèi)的阻力可以串聯(lián)相加。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 45 2021年 6月 17日 7時 0分 假設(shè)： 溶劑不揮發(fā)，氣體中溶質(zhì)以外的組分不溶解。 反應(yīng)完全發(fā)生在液膜和液相主體中。 0???zALAA dzdcDN雙膜理論是把復(fù)雜的相際傳質(zhì)過程模擬成串聯(lián)的兩層穩(wěn)定薄膜中的分子擴(kuò)散。相際傳質(zhì)的總阻力，被簡化為雙膜阻力的疊加。 pAG,pA,pAI分別為組分 A在氣相主體 ,氣膜和相界面的分壓； cAL,cA,cAI分別為組分 A在液相主體，液膜和相界面的濃度； Z為擴(kuò)散途徑的坐標(biāo)， δG， δL分別為氣膜和液膜的厚度。 雙膜模型組分 A相際傳質(zhì)示意圖 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 47 2021年 6月 17日 7時 0分 相關(guān)鏈接：亨利定律 Exp e ?即當(dāng)總壓不太高，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線。即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。 ExpA*溶質(zhì) A在氣相中的平衡分壓； 液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)； 比例系數(shù)，稱為亨利系數(shù)。 Exp A ?? 或?qū)懽? 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 48 2021年 6月 17日 7時 0分 亨利定律的另一表示方法 氣相組成 用溶質(zhì) A的平衡分壓 表示，液相組成用溶質(zhì)的濃度 cA表示時，亨利定律可表示為： HcpAA*溶質(zhì) A在氣相中的平衡分壓； 液相中溶質(zhì)的摩爾濃度； 溶解度系數(shù)。 Hcp A*A ??Ap反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 49 2021年 6月 17日 7時 0分 氣液相反應(yīng)是傳質(zhì)與反應(yīng)過程的綜合，其宏觀反應(yīng)速率取決于其中速率最慢的一步，即控制步驟。 如反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于傳質(zhì)速率，則稱為傳質(zhì)控制（氣膜或液膜擴(kuò)散控制），宏觀反應(yīng)速率在形式上就是相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。 如傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于反應(yīng)速率，稱為反應(yīng)控制，宏觀反應(yīng)速率就等于本征反應(yīng)速率。 如果傳質(zhì)速率與反應(yīng)速率相當(dāng)，則宏觀反應(yīng)速率要同時考慮傳質(zhì)和反應(yīng)的影響。 了解氣液反應(yīng)的控制步驟，是對過程進(jìn)行分析和設(shè)備選型的重要依據(jù)。 伴有不可逆與可逆反應(yīng)的傳質(zhì) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 50 2021年 6月 17日 7時 0分 氣液相反應(yīng)的類型 BAA ckc)r( P )lbB ( ( g)A ????根據(jù)反應(yīng)速率相對快慢，分為以下八種類型。 （ 1）瞬間快速反應(yīng) （ 2）界面反應(yīng) （ 3）二級快速反應(yīng) （ 4）擬一級快速反應(yīng) （ 5）二級中速反應(yīng) （ 6）擬一級中速反應(yīng) （ 7）二級慢速反應(yīng) （ 8）極慢反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 51 2021年 6月 17日 7時 0分 （ 1）瞬間快速反應(yīng) 相當(dāng)于 (a) 反應(yīng)面擴(kuò)展為反應(yīng)區(qū)，A 、 B 并存。尚屬快反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)仍在液膜內(nèi)，并不進(jìn)入液相主體。 (a)瞬間反應(yīng)，反應(yīng)面在液膜內(nèi) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 52 2021年 6月 17日 7時 0分 （ 2）界面反應(yīng) 反應(yīng)面就在氣液相分界面上，總反應(yīng)速率取決于氣膜內(nèi) A 的擴(kuò)散速率。 (b) 瞬間反應(yīng)，反應(yīng)面在相界面上。 （ 3）二級快速反應(yīng) （ 4）擬一級快速反應(yīng) AABA ckckcr 1)()( ???（ c）二級快反應(yīng)，反應(yīng)區(qū)在液膜內(nèi) 相當(dāng)于 (a) 反應(yīng)面擴(kuò)展為反