【正文】 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： ? 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)傳遞方式是分子擴散； ? 擴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)傳遞方式是湍流擴散，不存在濃度梯度； ? 相界面的傳質(zhì)阻力可以忽略，氣液達平衡，且服從亨利定律。 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)。 此時床層稱為固定床 。 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 0分 8 . 1 理論簡述 所謂氣液相反應(yīng)，是氣相中的組分必須進入到液相中才能進行的反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 8 新聞報道 ? 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試驗項目 “低滲透油藏二氧化碳驅(qū)提高采收率”先導試驗的重要組成部分，著眼于解決油田 CO2驅(qū)氣源不足，利用化學吸收法，將勝利發(fā)電廠燃煤煙氣中的二氧化碳進行捕集、提純、液化。但由一個反應(yīng)面伸展為反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)A、 B同時存在，反應(yīng)區(qū)外的液面中， A、 B不能同時存在。 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) ? 化學反應(yīng)能力遠遠小于傳質(zhì)能力，擴散阻力可忽略不計。 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。 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。 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在上世紀二十年代提出，是較早出現(xiàn)的傳質(zhì)理論。 0???zALAA dzdcDN雙膜理論是把復雜的相際傳質(zhì)過程模擬成串聯(lián)的兩層穩(wěn)定薄膜中的分子擴散。 如反應(yīng)速率遠大于傳質(zhì)速率，則稱為傳質(zhì)控制（氣膜或液膜擴散控制），宏觀反應(yīng)速率在形式上就是相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程。 (b) 瞬間反應(yīng)，反應(yīng)面在相界面上。 反應(yīng)極其緩慢，傳質(zhì)阻力可忽略，在液相中組分 A 和 B 是均勻的反應(yīng)速率完全取決于化學反應(yīng)動力學 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 56 2021年 6月 17日 7時 0分 基礎(chǔ)方程 可由雙膜理論和 Fick定律導出。反應(yīng)在液相中進行： 式中， k1=kcBL，在一定溫度下可做常數(shù)處理，假定反應(yīng)區(qū)域充滿整個液膜。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 65 2021年 6月 17日 7時 0分 除在液膜中 cB有變化之外，其余與擬一級中速反應(yīng)相同，其基礎(chǔ)方程為： 邊界條件與擬一級中速反應(yīng)相同，方程無解析解，只有近似解。 判據(jù)： γ2 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。 β的定義 以界面為基準的吸收速率 NA和基準物理吸收速率NA′ 之比值稱之為化學吸收增強因子 ,記作 β 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 72 2021年 6月 17日 7時 0分 反應(yīng)速率的實驗測定 測定氣液相反應(yīng)速率常用的實驗裝置是雙混和反應(yīng)器，如圖。 慢速反應(yīng)：液相主體是進行反應(yīng)的主要場所，選擇反應(yīng)器則首先是持液量大的反應(yīng)器，如鼓泡塔等。 可選擇持液量大的攪拌釜或鼓泡塔反應(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。 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。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 88 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 89 2021年 6月 17日 7時 0分 P )lb B ( ( g )A ??填料塔具有較高的相界面，氣、液逆流接觸傳質(zhì)推動力大，主要用于傳質(zhì)速率為控制步驟的氣液反應(yīng)。 高度計算公式可簡化為 ?? ?????? 1221 )()(BBAAccABTppAAardcbcLardppGH反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 96 2021年 6月 17日 7時 0分 [例 ]在一逆流操作的填料塔中用化學吸收法把進料氣中的有害組合含量從 %降低到 %，試比較以下幾種情況，求出所需填料層的高度。h), 氣相總壓 p=1atm,液相的總濃度 cT=56kmol/m3. 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 97 2021年 6月 17日 7時 0分 （ 1）用純水吸收； （ 2）用 cB1=，反應(yīng)極快， kLA=kLB=kL,液相總濃度 cT=56mol/m3,b=1 （ 3） cB1=0..03kmol/m3，其余同（ 2） （ 4） cB1=，其余同（ 2） . 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 98 2021年 6月 17日 7時 0分 解：這是低濃度吸收過程，故 ppyY AAA /??（ 1）物理吸收 可按化工原理介紹的方法計算。 塔底 全塔物料衡算 4411 ????????? ?BLBAGA ackbapk反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 107 2021年 6月 17日 7時 0分 3422 ???????? ?BLBAGA ackbapk3435451A2AT1B2Bl / mmo )10210(1107128)pp(LpGccc??????????????故塔底不是界面反應(yīng)。 填料塔高度 （ 2）快速反應(yīng)化學吸收 cB1= kmol/m3 a. 判斷反應(yīng)界面 （逆流吸收） 塔頂：氣相濃度最低，液相濃度最高，如該處不是界面反應(yīng)，則全塔都不是界面反應(yīng)。 a=32kmol/(h 填料層高度計算 設(shè) 化學吸收填料塔的計算 化學吸收填料塔 物料衡算 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 90 2021年 6月 17日 7時 0分 設(shè)有氣液相不可逆二級反應(yīng) P )lb B ( ( g )A ??反應(yīng)為瞬間或快速反應(yīng)，故在液相主體中 A組分的濃度cAL=0。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。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。s ， 已知DAL= 105cm2/s， cBL= 103mol/cm3， kLA= cm/s。 氣液相反應(yīng)器選型 氣液反應(yīng)器的主要類型示意圖 填料塔 噴淋塔 板式塔 鼓泡塔 攪拌反應(yīng)釜 管式反應(yīng)器 表 8 一 2 氣液相接觸設(shè)備的性能比較 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 78 2021年 6月 17日 7時 0分 氣 液相反應(yīng)器選型一般要考慮如下因素： ①氣液接觸形式 即氣體和液體在器內(nèi)的流動模式。 上部氣相與下部液相中各裝有攪拌裝置，使兩相均處于全混流狀態(tài)，改變攪拌速度可改變氣膜與液膜的厚度，并因此改變傳質(zhì)阻力。 γ 屬于慢反應(yīng)。 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 67 2021年 6月 17日 7時 0分 （ 8）極慢反應(yīng) A與 B的反應(yīng)極慢， A、 B在液膜中的濃度與它們在液相主體中的濃度相同，擴散速率 反應(yīng)速率，傳質(zhì)阻力可忽略不計，屬于反應(yīng)控制，氣液相宏觀反應(yīng)速率等于液相主體中的本征反應(yīng)速率。 A和 B的濃度均隨膜厚變化。 AA rdzr ?? ，)( 反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 57 2021年 6月 17日 7時 0分 BABBLBBAAALAckcrdzcdDckcrdzcdD????????2222對物流 B作物流衡算： 整理可得： 002222??????BABLBBAALAcb k cdzcdDckcdzcdD反應(yīng)工程 第八章 氣液反應(yīng)工程 58 2021年 6