多相反應(yīng)及反應(yīng)器ppt課件(已修改)
2025-05-10 22:21 本頁(yè)面
【正文】 8 氣液相反應(yīng)及反應(yīng)器 ?氣液反應(yīng)是化工、煉油等過程工業(yè)經(jīng)常遇到的多相反應(yīng)，根據(jù)使用目的的不同可以分為兩大類。 ?一類是通過氣液反應(yīng)以制備所需的產(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)。 還有烴類氧化制氯代烴、異丙苯氧化制過氧化氫異丙苯、乙烯氧化制乙醛、乙醛氧化成乙酸等等。 氣液相反應(yīng)及反應(yīng)器 ?另一類是通過氣液反應(yīng)凈化氣體，例如用銅氨水溶液除去氣體中的一氧化碳，用堿溶液脫除煤氣中的硫化氫，用氫氧化鈉吸收二氧化碳，乙醇胺吸收二氧化碳等 。 ?由于這類氣體吸收過程中有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，為與氣體的物理吸收過程相區(qū)別，常稱之為化學(xué)吸收 。 氣液吸收反應(yīng)器 ?脫硫塔 氣液吸收反應(yīng)器 ?尿素合成塔 氣液吸收反應(yīng)器 ?二氧化碳吸收塔 氣液反應(yīng)過程的特點(diǎn) ?反應(yīng)發(fā)生前氣液兩相中的反應(yīng)組分首先需要接觸，氣相反應(yīng)組分通過氣液界面?zhèn)魅胍合?，并與液相中的組分進(jìn)行反應(yīng)。 ?化學(xué)吸收過程既與反應(yīng)速率有關(guān)又與氣液平衡有關(guān)。 ?描述氣液反應(yīng)過程總速率的宏觀反應(yīng)速率方程將是本征化學(xué)反應(yīng)速率和氣液傳質(zhì)速率的組合。 氣液反應(yīng)模型 ?由于氣相和液相均為流動(dòng)相，兩相間的界面不是固定不變的，它由反應(yīng)器的型式及反應(yīng)器中的流體力學(xué)條件所決定。 ?氣液相間的物質(zhì)傳遞對(duì)于氣液反應(yīng)過程速率有重要影響，這種相間傳遞過程通?？梢杂脗髻|(zhì)模型來描述。 ?氣液反應(yīng)過程的傳質(zhì)模型有多種， 如雙膜模型， 表面更新模型與溶質(zhì)滲透模型等， 但用之以處理具體問題時(shí)，結(jié)果都相差不多。 雙膜模型 ?氣液兩側(cè)的傳質(zhì)阻力分別集中于相界面兩側(cè)的氣膜與液膜之內(nèi)； ?相界面處氣液處于平衡狀態(tài) cAi＝ HPAi ?定態(tài)時(shí)，氣相的傳質(zhì)速率與液相傳質(zhì)速率相等。 溶質(zhì)滲透模型 ?Higbie提出的溶質(zhì)滲透理論假定物質(zhì)主要借湍流旋渦運(yùn)動(dòng)由流體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)至界面，隨后在很短時(shí)間內(nèi)又由界面向流體進(jìn)行不穩(wěn)態(tài)的分子擴(kuò)散，位于界面的原來的旋渦又被其它旋渦取代，如此反復(fù)進(jìn)行這一過程。 ?根據(jù)溶質(zhì)滲透理論得出的平均傳質(zhì)速率取決于界面上旋渦的暴露時(shí)間以及在這段時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散組分穿過界面?zhèn)鬟f進(jìn)入旋渦的量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 溶質(zhì)滲透模型 ?其中 為氣液接觸時(shí)間。由于 一般未知，所以溶質(zhì)滲透理論的應(yīng)用受到限制。傳質(zhì)系數(shù) 與分子擴(kuò)散系數(shù)的平方根成正比，這一點(diǎn)已由實(shí)驗(yàn)證實(shí)是正確的，證明溶質(zhì)滲透理論比雙膜理論更能代表兩相間的傳質(zhì)機(jī)理。 表面更新模型 ?Dankwerts通過對(duì)溶質(zhì)滲透理論的修正而發(fā)展出表面更新理論。丹克伍茨假定表面單元暴露的時(shí)間不同，而質(zhì)量傳遞的平均速率取決于各種年齡期的表面單元的分率，平均吸收速率是將不同年齡期的表面分率乘以該表面的瞬時(shí)吸收速率，然后將所有表面單元的表達(dá)式相加得到。由此得到 ： 表面更新模型 ?Ｓ為表面更新分率，必須由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。從該式可以看出， 與 DAB 的平方根成正比，與赫格比獲得的結(jié)果完全一致。 ?雖然溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論能夠比雙膜論更接近氣液相間傳質(zhì)的真實(shí)情況，但由于氣液接觸時(shí)間 和表面更新分率Ｓ均不易獲得，而且在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)使過程的數(shù)學(xué)描述復(fù)雜化。所以， 目前對(duì)于很多實(shí)際過程的描述仍采用雙膜理論，這樣可以使過程的數(shù)學(xué)描述簡(jiǎn)化，而計(jì)算結(jié)果的誤差也是可以接受的。 氣液反應(yīng)歷程 ? 設(shè)所進(jìn)行的氣液反應(yīng)為 : A(g)+?BB(1)→v RR(1) ? 根據(jù)雙膜模型其氣液反應(yīng)歷程如圖所示為 : ?
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