气液反应器剖析课件.pptVIP

第7章气液两相反应器

7.1概述在一定的反应温度范围内，反应物之一处于气相状态，而另一种反应物处于液相状态，则这两种反应物之间的反应称为气-液相反应。气液相反应也是一类重要的非均相反应，涉及到相间传质过程。常见的气液相反应可分为两大类?1．化学吸收?2．制取化学产品

1．化学吸收?液相吸收剂中的活性组分与被吸收气体中某组分发生化学反应而生成产物，称为化学吸收，可用于脱除气体中的有害组分，或回收气相中的有用组分。当工艺要求气相中某活性组分浓度很低而用物理吸收方法难以达到时，常采用化学吸收的方法。?用作化学吸收剂的基本要求：无毒、不腐蚀、成本低、便于回收。

?例如：?空气深泠分离过程中用化学吸收脱除CO以防2止干冰堵塞管道；?催化反应前用化学吸收除去反应原料气中微量的HS以免催化剂中毒。2?与常规的物理吸收相比较，化学吸收推动力大，可以更快速彻底地吸收掉气相中的组分，如每1m33水在1.8MPa的压力下仅能吸收2.5~3.0m（标准状态）的CO，而在常压下用1m溶液可吸收30m的CO。32乙醇胺32

2．制取化学产品?气相和液相反应物之间发生催化反应或非催化反应而生成产物，广泛应用于石油化工和有机化工中。?用气态环氧乙烷通入液态氨水溶液以制取乙醇胺的反应：CHOCH(g)+NOH(l)-----CHOHCHNH+HO224222气态乙烯与氧气在液相催化剂存在下反应生成乙醛：2CH(g)+1/2O(g)------CHO24224?气态反应物和液态反应物有时需借助于固体催化剂而发生反应，如催化剂是悬浮在液体中的小颗粒，则称为浆态床反应器。例苯加氢生成环乙烷的反应：3H(g)+CH(l)CH(l)266612

气液相反应设备（塔类、釜式反应器）?塔类设备包括填料塔、板式塔和鼓泡塔。?填料吸收塔：具有较大的相界面积和较小的持液量；?板式吸收塔：塔体与塔板结构与一般精馏塔相同，同时具有较大的相界面积和较大的贮液量；?鼓泡塔：通常是一个空的筒体，内装液相反应物，以鼓泡形式通过液层并与液相组分发生反应。鼓泡塔中气液相界面积决定于气泡表面，故单位体积反应器所具有的相界面积较小，但其贮液量比前两种塔式反应器大。

?用于化学吸收的填料塔通常是两塔串联操作，如图。左边吸收塔，右边为解吸塔，吸收塔中气相反应物被吸收剂吸收进入吸收液，吸收液在解吸塔中因压力降低温度升高而发生解吸，被吸收的气相组分得到浓缩提纯，而液体吸收剂则返回吸收塔循环使用。

?釜式气液相反应器：有代表性的是鼓泡搅拌釜。气体由搅拌釜的下部分布器流入，呈气泡向上运动，分布器上方有快速转动的搅拌桨，将气泡打碎成无数小气泡，从而大大增加了单位体积中的气泡总表面积，强化了气液两相间的传质，同时具有较大的贮液量，这种鼓泡搅拌釜用于烃类的氯化，并广泛应用于生化发酵罐中，其体积有大至100~200m的。3

气液传质的双膜模型?双膜模型?涡流扩散模型?表面更新模型后两种模型发展较晚，比较接近实际情况，但其模型参数不易确定。而双膜模型实际应用较多，其优点是简明易懂，便于进行数学处理。

双膜模型?假定气液相界面两侧存在着气膜与液膜（很薄的静止层或滞留层）。当气相组分向液相扩散时，必须先到达气液相界面，并在相界面上达到气液平衡，即符合亨利定律pAi是气相组分A在相界面上成平衡的气相分压C是气相组分A在相界面上成平衡的液相浓度AiH为亨利常数A

?双膜模型又假定在气膜之外的气相主体和液膜之外的液相主体中，达到完全的混合均匀，即全部传质阻力都集中在膜内。?在无反应的情况下，组分A由气相主体扩散而进入液相主体需经历以下途径：气相主体→气膜→界面气液平衡→液膜→液相主体。

作单位气液相界面积上物料衡算，由Fick扩散定律?扩散入：?扩散出：?积累量：0?反应量：0?物料平衡式：扩散入=扩散出

边界条件：界面处液膜表面处z=δ,C=C。z=0,C=CAAiLAAL上式积分两次，代入边界条件，可得到液膜内A组分的浓度分布方程为当扩散达定常态时方对上式微分得：程右侧各项均为常数，可知此时液膜内浓度梯度处处相等。

根据双膜模型的假定，全部液相传质阻力都集中在液膜内，单位时间内通过单位传质表面的A组分的量可表示为kLA为A组分在液膜中的传质系数，而根据Fick扩散定律，液膜中的传质速度即是其中的扩散速度，由式（7.1-5）可得对照两式可得到扩散系数与传质系数之间的关系气膜传质系数与气膜扩散系数也成正比关系

如定义与液相中C平衡的气相分压为P，与气相中PALAA平衡的液相浓度为C。则传质通量又可表示为A可得

气液相反应的宏观动力学?气液反应A(g)+bB(l)→P，气相组分A与液相组