六章气-液反应工程.ppt
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1、第六章第六章 气液反应工程气液反应工程 在化学工在化学工业中,气液反中,气液反应广泛地广泛地应用于加用于加氢、磺化、磺化、卤化、氧化等化学加工化、氧化等化学加工过程。程。 气体的气体的净化、化、废气及气及污水的水的处理常用气液反理常用气液反应。工工业应用气液反用气液反应实例例见表表61。 气液反气液反应是气相中的反是气相中的反应组分分A越越过相界面相界面进入液相,入液相,和液相中的和液相中的组分分B进行的反行的反应,反,反应过程如下。程如下。产物物A(气相)(气相)A(液相)(液相)B(液相)(液相)1.1.反应特点反应特点1) 反应物反应物2) 反应区在液相内,包括相界面反应区在液相内,包括
2、相界面;3) 多相反应,反应过程由传递过程和化学反应组成多相反应,反应过程由传递过程和化学反应组成;4)反应平衡反应平衡,包括相平衡和化学反应平衡:包括相平衡和化学反应平衡:气体气体A液相中组分液相中组分B, B不挥发不挥发产物物A(气相)(气相)A(液相)(液相)bB(液相)(液相)2)制取)制取产品品1)净化原料气化原料气例如:例如: H2S + NH3H2ONH4HS+H2O CO2+K2CO3+H2O2KHCO32.2.反应目的反应目的 3.3.主要内容主要内容 1) 气液反应平衡气液反应平衡 2) 气液相间物质传递气液相间物质传递 3) 气液反应动力学特征气液反应动力学特征 4) 气
3、液反应器概述气液反应器概述 一、气液相平衡一、气液相平衡气液反应的相平衡关系如下,包括气液相平衡和化学气液反应的相平衡关系如下,包括气液相平衡和化学反应平衡,先讨论相平衡。反应平衡,先讨论相平衡。 设气相中组分设气相中组分i溶解于液相中,当气液相平衡时,组分溶解于液相中,当气液相平衡时,组分i在气相和液相中的逸度相等,即在气相和液相中的逸度相等,即第一节第一节 气液反应平衡气液反应平衡 式中:式中:分逸度;分逸度;i的摩的摩尔尔分率;分率;i的逸度系数的逸度系数(61)对于稀溶液,可用亨利定律表示:于稀溶液,可用亨利定律表示: 式中:式中:亨利系数亨利系数i在液相中的摩在液相中的摩尔尔分率分率
4、 (62)(63)1. 气液平衡的一般关系为:气液平衡的一般关系为:2) 气相气相为理想气体混合物理想气体混合物 低低压下:下: 1) 气相气相为理想溶液理想溶液,气液相平衡关系,气液相平衡关系为: (64) (65)溶溶剂摩摩尔尔浓度;度;溶解度系数溶解度系数式中:式中: 3)低压下:低压下:(66)2.i和和Ei的关系的关系 由式(由式(64)和()和(66),得到),得到 (67)对于稀溶液,对于稀溶液,M近似等于溶剂的分子量近似等于溶剂的分子量M0,可得,可得Hi和和Ei的近似关系:的近似关系: 式中式中,溶液密度,溶液密度,M溶液平均分子量溶液平均分子量3. i、Ei和温度的关系和温
5、度的关系 (68)1935年年苏联学者克里契夫斯基提出如下关系式:学者克里契夫斯基提出如下关系式:(69)i在溶液中的偏摩在溶液中的偏摩尔尔容容积,可,可查文献得到。文献得到。4. i、Ei和和压力的关系力的关系 二、溶液中气体溶解度的估算二、溶液中气体溶解度的估算 亨利定律只适用于稀溶液和纯溶剂,但在工业生产过程中,亨利定律只适用于稀溶液和纯溶剂,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。液相中含有其他电解质和非电解质,亨利定律并不适用。人人们采用多种方式来表示气液相平衡关系。目前采用范克采用多种方式来表示气液相平衡关系。目前采用范克雷文雷文论和霍夫蔕和霍夫蔕泽尔
6、尔的工作(的工作(1948),保留亨利定律的),保留亨利定律的简单形式,但把溶液中形式,但把溶液中电解解质和非和非电解解质对气液平衡的影响气液平衡的影响归并到并到称称为经过修正的亨利系数和溶解度系数。修正的亨利系数和溶解度系数。1. 电解解质溶液的溶液的(610)式(式(610)和式()和式(611)中的系数可)中的系数可查表(表(62)至)至(65)而得。)而得。2. 非电解质溶液的非电解质溶液的 (611)1. 双膜论双膜论 双膜论是双膜论是W.G.Whitman于于1923年提出的。年提出的。(1)(1)模型要点模型要点 1) 呈滞流的双膜呈滞流的双膜 假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜
7、。流体在双膜中呈滞流。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。 2) 气液的相间阻力气液的相间阻力 假定气液相主体浓度不变。假定气液相主体浓度不变。 气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。 第二节第二节 气液反应历程气液反应历程一、气液相间物质传递一、气液相间物质传递3)界面平衡)界面平衡 气液两相在界面上达到平衡。气液两相在界面上达到平衡。4)传质速率)传质速率 气相一侧:传质速率稳定的分子扩散速率气相一侧:传质速率稳定的分子扩散速率 液相一侧:传质速率稳定的分子扩散速率液相一侧:传质速率稳定的分子扩散速率 把滞流膜作为静止膜,忽略流动过程对传质
8、的贡献。把滞流膜作为静止膜,忽略流动过程对传质的贡献。(2) 计算公式算公式 气液相气液相间传质速率速率界面上界面上 消去界面消去界面浓度。度。 (620)(621)(622)(623)(3) 优缺点优缺点 1)数学处理简单数学处理简单 2)膜厚不可能为定值膜厚不可能为定值式中式中2. 常常见传质模型的主要特征模型的主要特征 目前普遍目前普遍认为气相一气相一侧的的传质过程可用双膜程可用双膜论描述,界描述,界面上达到平衡。面上达到平衡。 不同的不同的传质模型模型对液相一液相一侧的的传质过程程进行修正,行修正,传质速率形式上跟双膜速率形式上跟双膜论相同相同 NA=kL(CAiCAL),但不同),但
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