【正文】 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 1 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 第八章 多流體相的反應(yīng)過(guò)程 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 2 流化床的基本概念 ? 當(dāng)通過(guò)床層的流體流量較小時(shí) ， 顆粒受到的升力 （浮力與曳力之和 ） 小于顆粒自身重力時(shí) ， 顆粒在床層內(nèi)靜止不動(dòng) ， 流體由顆粒之間的空隙通過(guò) 。 此時(shí)床層稱(chēng)為固定床 。 ? 隨著流體流量增加 ， 顆粒受到的曳力也隨著增大 。若顆粒受到的升力恰好等于自身重量時(shí) ， 顆粒受力處于平衡狀態(tài) ， 故顆粒將在床層內(nèi)作上下 、 左右 、前后的激烈運(yùn)動(dòng) ， 這種現(xiàn)象被稱(chēng)為固體的流態(tài)化 ，整個(gè)床層稱(chēng)為流化床 。 2 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 3 3 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 4 流化床的優(yōu)點(diǎn) ? 1 顆粒流動(dòng)類(lèi)似液體，易于處理，控制； ? 2 固體顆粒迅速混合，整個(gè)床層等溫； ? 3 顆?？梢栽趦蓚€(gè)流化床之間流動(dòng)、循環(huán)，使大量熱、質(zhì)有可能在床層之間傳遞； ? 4 宜于大規(guī)模操作； ? 5 氣體和固體之間的熱質(zhì)傳遞較其它方式高； ? 6 流化床與床內(nèi)構(gòu)件的給熱系數(shù)大。 4 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 5 流化床的缺點(diǎn) ? 1氣體的流動(dòng)狀態(tài)難以描述，偏離平推流，氣泡使顆粒發(fā)生溝流，接觸效率下降； ? 2顆粒在床層迅速混合，造成停留時(shí)間分布不均勻； ? 3脆性顆粒易粉碎被氣流帶走； ? 4顆粒對(duì)設(shè)備磨損嚴(yán)重； ? 5對(duì)高溫非催化操作，顆粒易于聚集和燒結(jié)。 5 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 6 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 8 . 1 理論簡(jiǎn)述 所謂氣液相反應(yīng)，是氣相中的組分必須進(jìn)入到液相中才能進(jìn)行的反應(yīng)。 氣 液相反應(yīng)是一類(lèi)重要的非均相反應(yīng)。主要分為二種類(lèi)型： 化學(xué)吸收： 例如原料氣凈化、產(chǎn)品提純、廢氣處理等。 制取化工產(chǎn)品 : 例如 水吸收二氧化氮以生產(chǎn)硝酸，乙烯在氯化鈀水溶液中氧化制乙醛，前者為非催化反應(yīng)，后者則是液相絡(luò)合催化反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 7 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 化學(xué)吸收 液相吸收劑中的活性組分與被吸收氣體中某組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成產(chǎn)物的化學(xué)吸收，可用于脫除氣體中的有害組分，或回收氣相中的有用組分。 當(dāng)工藝要求氣相中某活性組分濃度很低而用物理吸收方法難以達(dá)到時(shí)，常采用化學(xué)吸收法。 與物理吸收相比，化學(xué)吸收推動(dòng)力大，可更快速?gòu)氐椎匚諝庀嘀械哪承┙M分。 化學(xué)吸收的基本要求：無(wú)毒無(wú)害無(wú)腐蝕、成本低易回收。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 8 新聞報(bào)道 ? 燃煤發(fā)電廠煙氣二氧化碳捕集純化技術(shù)，是中石化股份公司重大科技先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目 “低滲透油藏二氧化碳驅(qū)提高采收率”先導(dǎo)試驗(yàn)的重要組成部分，著眼于解決油田 CO2驅(qū)氣源不足，利用化學(xué)吸收法，將勝利發(fā)電廠燃煤煙氣中的二氧化碳進(jìn)行捕集、提純、液化。 ? 這套裝置投入運(yùn)行后，每天生產(chǎn)液態(tài)二氧化碳100余噸，全年能夠捕集、液化二氧化碳 3萬(wàn)至 4萬(wàn)噸，成為目前中國(guó)國(guó)內(nèi)最大的燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集純化裝置。捕集處理后的二氧化碳純度達(dá)百分之 %以上，可全部應(yīng)用于目前勝利油田正在開(kāi)展的“低滲透油藏二氧化碳驅(qū)油”重大先導(dǎo)試驗(yàn)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 9 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 乙醇胺水溶液吸收 CO2 液體分布器 吸收液 尾氣 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 10 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 氣液相反應(yīng)器的型式 塔式反應(yīng)器 板式塔 填料塔 釜式 反應(yīng)器如鼓泡攪拌釜 鼓泡塔、噴霧塔 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 11 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 填料塔 板式塔 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 12 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 規(guī)整填料 塑料絲網(wǎng)波紋填料 散裝填料 塑料鮑爾環(huán)填料 DC環(huán) 共軛環(huán) 聚丙烯花環(huán) 聚丙烯階梯環(huán). 聚丙烯鮑爾環(huán) 海爾環(huán) 聚丙烯共軛環(huán) 階梯環(huán) 共軛環(huán) 改型鮑爾環(huán) 各種散裝填料 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 14 一、雙膜理論 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 15 雙膜理論基本點(diǎn)： ? 在氣液相界面兩側(cè)，各有一定厚度的氣膜和液膜，氣膜和液膜內(nèi)的物質(zhì)傳遞方式是分子擴(kuò)散； ? 擴(kuò)散阻力全部集中在氣膜、液膜內(nèi)，而在氣液相主體中物質(zhì)傳遞方式是湍流擴(kuò)散，不存在濃度梯度； ? 相界面的傳質(zhì)阻力可以忽略，氣液達(dá)平衡，且服從亨利定律。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 16 組分 A的擴(kuò)散速率 ? 總傳質(zhì)系數(shù)與膜傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系為 ? ? ? ? ? ?AL*AALALAiALALAiLALA CCKCCkCCZDN ??????ALAAGAG kHk1K1 ?? ALAGAAL k1kH1K1 ??反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 17 二、宏觀動(dòng)力學(xué)方程式的建立 對(duì)于等溫二級(jí)不可逆氣液相反應(yīng) ? ? ? ? （產(chǎn)物）液氣 RbBA ??要實(shí)現(xiàn)這樣的反應(yīng)，需經(jīng)歷以下步驟： 1．氣相反應(yīng)物 A由氣相主體擴(kuò)散到相界面，在界面上假定達(dá)到氣液相平衡； 2．氣相反應(yīng)物 A從氣液相界面擴(kuò)散入液相主體，并在液相內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)； 3．在液相主體內(nèi)，液相產(chǎn)物沿濃度梯度下降方向擴(kuò)散，氣相產(chǎn)物則由液相主體擴(kuò)散到相界面，再擴(kuò)散到氣相主體。 注：液相反應(yīng)物 B或催化劑不能揮發(fā)進(jìn)入氣相，只在液相中與 A進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 18 五種反應(yīng)類(lèi)型 ? 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)能力和擴(kuò)散能力相對(duì)大小的不同，把上述氣液相反應(yīng)過(guò)程分為 ? 極快反應(yīng) ? 快速反應(yīng) ? 中速反應(yīng) ? 慢速反應(yīng) ? 極慢反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 19 1. 極快反應(yīng) ? 此時(shí)化學(xué)反應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于擴(kuò)散能力，化學(xué)反應(yīng)瞬間完成，液相中 A、 B不能同時(shí)存在，化學(xué)反應(yīng)僅在液膜內(nèi)某個(gè)反應(yīng)面上發(fā)生，與界面大小有關(guān)，和液體體積無(wú)關(guān)，此時(shí)，宏觀速度取決于擴(kuò)散速度，稱(chēng)擴(kuò)散控制過(guò)程。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 20 極快反應(yīng)的兩種情況 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 21 2. 快速反應(yīng) ? 化學(xué)反應(yīng)能力低于極快反應(yīng)，但仍比傳質(zhì)能力強(qiáng)，傳質(zhì)和反應(yīng)均影響宏觀速度，反應(yīng)仍?xún)H發(fā)生于液膜內(nèi)。但由一個(gè)反應(yīng)面伸展為反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)A、 B同時(shí)存在，反應(yīng)區(qū)外的液面中， A、 B不能同時(shí)存在。生產(chǎn)能力和界面大小及液膜體積有關(guān)，與液體總量無(wú)關(guān)，當(dāng)極高時(shí)，反應(yīng)區(qū)由相界面開(kāi)始延伸到液膜內(nèi)某個(gè)面為止。若假設(shè)在液膜內(nèi)基本不變，二級(jí)反應(yīng)可簡(jiǎn)化為擬一級(jí)反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 22 快速反應(yīng)的兩種情況 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 23 2021年 6月 17日 7時(shí) 0分 乙醇胺水溶液吸收 CO2 液體分布器 吸收液 尾氣 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 24 3. 中速反應(yīng) ? 化學(xué)反應(yīng)能力和擴(kuò)散能力基本相等，化學(xué)反應(yīng)在整個(gè)液膜內(nèi)進(jìn)行。未反應(yīng)部分 A擴(kuò)散進(jìn)液相中體，在液相主體中繼續(xù)反應(yīng)。生產(chǎn)能力不僅與相界面大小有關(guān)，還與液體體積有關(guān)。當(dāng)足夠高時(shí)，二級(jí)反應(yīng)可簡(jiǎn)化為擬一級(jí)反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 25 中速反應(yīng)的兩種情況 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 26 4. 慢速反應(yīng) ? 化學(xué)反應(yīng)能力比擴(kuò)散能力低，化學(xué)反應(yīng)主要在液相主體中進(jìn)行，此時(shí)為動(dòng)力學(xué)控制 。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 27 慢速反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 28 5. 極慢反應(yīng) ? 化學(xué)反應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳質(zhì)能力，擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)。組分 A和 B濃度在整個(gè)液相中很均勻，反應(yīng)發(fā)生在整個(gè)液相，過(guò)程為動(dòng)力學(xué)控制，總速度等于化學(xué)反應(yīng)速度，相當(dāng)于液相均相反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 29 極慢反應(yīng) 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 30 三、測(cè)定液相反應(yīng)速度的方法 ? 在實(shí)驗(yàn)室常用的反應(yīng)器為半間歇操作或連續(xù)操作的釜式反應(yīng)器，在半間歇釜式反應(yīng)器內(nèi)要求反應(yīng)溫度一定，氣體流量一定，液相體積保持不變，分析不同反應(yīng)時(shí)間下的氣相進(jìn)、出口的組成或從釜