化学反应工程第六章气-液反应及反应器.docx

化学反应工程第六章气-液反应及反应器.docx第六章气一液反应及反应器概述在化学工业中,气一液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等化学加工过程。气休的净化、废气及污水的处理常用气一液反应。工业应用气一液反应实例见表6-U气一液反应是气相中的反应组分A越过相界面进入液相,和液相中的组分B进行的反应,反应过程如下。A(液相)+B(液相)55_产物A(气相)1、反应特点⑴反映物⑵反应区在液相内,包括相界面。⑶多相反应,反应过程由传递过程和化学反应组成。⑷反应平衡。包括相平衡和化学反应平衡:A(液相)+bB(1)一-产物A(气相)2、反应目的⑴净化原料气例如:H2S+NH3•H20 NH4HS+H2OCO2+K2CO3~"2KHCO3⑵制取产品3、主要内容讨论气一液反应和平衡、气一液相间物质传递和气一液反应动力学特征。第一节气一液反应平衡6—1气一液相平衡气一液反应的相平衡关系如下,包括气一液相平衡和化学反应平衡,先讨论相平衡。设气和中组分i溶解于液相中,当气一液相平衡时,组分i在气和和液和中的逸度相等,即fi(s)=fw 九(&)=fpy^i式中:fpy,~分逸度;牙一,的摩尔分率;0—,的逸度系数;兀⑴=/(兀),对丁•稀溶液,可用亨利定律表示:fi(L)=EjXj式中:耳一亨利系数,无一j在液相中的摩尔分率。气一液平衡关系为:fpy®=e“(6—3)其中办对混合气体中各组分间非理想性的数值,0是对i组分非理想性的数值。1、亨利定律的其他形式⑴气相为理想溶液(各组分间是非理想的,而各组分是理想的)0=1,气一液相平衡关系为:fPyi=E&⑵气相为理想气体混合物(低压)fp=^t=Py:=E“j(6-4)或者c严HR(6-5)式屮:Cj—容积摩尔浓度;0—溶解度系数2、/和&的关系由式(6-4)和(6-5),得到C,二=比式屮C()=£,Q—溶液密度,M—溶液平均分子量,对丁稀溶液,M近M似为溶剂分子量m°,故a•和耳的近似关系为:(6_6)3、耳、a•和温度的关系(6-8)4、Ej、0•和压力的关系1935年苏联学者克里契夫斯基提出如卜•关系式:(6—9)~dP~~~dP~~RJ式屮:W—i在溶液屮的偏摩尔溶积,可查文献得到。6-2溶液屮气体溶解度关系的估算亨利定律适用于纯溶剂,但在工业生产过程中,液相中含有其他电解质和非电解质,亨利定律并不适用。人们采用多种方式來表示气一液相平衡关系,目前采用范克雷文论和霍夫蒂泽尔的工作(1948),保留亨利定律的简单形式,但把溶液中电解质和非电解质对气一液平衡的影响归到Et和耳中,Ej和比称为经过修正的亨利系数和溶解度系数。1、电解质溶液的耳和log£=logE()+(I11I1+I12I2+…)基本项修正项logH=logH°-基本项(I11I1+I12I2+…)修正项(6—10)2、非电解质溶液的厶和0logEJogE°+hsCslogH=logH°-hsCs (6-11)式(6—10)和式(6—11)中的系数可查表6~2和6—5而得。6-3带化学反应的气一液平衡设气体A溶解于液相中,和液相中的B起化学反应,生成产物M和N,当反应达到平衡时,A服从相平衡和化学平衡关系qA(气)1讨论相平衡和化学平衡的关联式。1、被吸收组分和溶剂相互作用A(液)+B(溶剂)亠^M(液)A(气)设A在溶液中的总浓度C;,C\c=Ca+Cm相平衡:Ca=HaP; P*兀(1+3)(6-15)气一液平衡关系表观上服从亨利定律,但溶解度系数壇大了(1+ICb)倍。2、被吸收组分在溶液中离解组分A从气相溶解进入液相后离解,平衡关系为:KrA(液)M++NA(气)相平衡:CA=hap;物理量离解量(6—17)收组分与溶液中活性组分的作用设3的初始浓度C;,平衡转化率/?,则有化学平鶴宀龙相平衡:ca=hap;(6-18)p*-R「5(1-刃令a=k'HA,代入上式,贝IJ有砂;1+<(6-19)图6-2 化学吸收的平衡关系讨论:1、物理吸附时,C:〜P;为直线;2、化学吸附时,C;〜为曲线,C;渐进于以。a)气一液反应历程气一液反应的通式为:A(液相)+B(液相)一产物(液相)fA(气相)气一液反应包描传质过程和化学反应过程。气一液反应较早主要用于化学吸收,故气一液反应一般称之为化学吸收,其反应速率称之为化学吸收速率。讨论气一液反应中的传质过程。6-4气一液相间物质传递一、..Whitman于1923年提出的。1、模型要点⑴呈滞流的双膜假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。①和爲为定值。⑵气一液的相间阻力假定气一液相主体浓度不变。气一液间阻力简化集中在气膜和液膜内,\P,=PA-PAi.^CA=CAi-CALo⑶界面平衡气一液两相在界面上达到平衡。⑷传质速率气相一侧:传质速率=稳定的分子扩散速率液相一