氣液反應及反應器

1、 氣液反應及反應器氣液反應及反應器 本章內(nèi)容本章內(nèi)容概述概述氣液反應的宏觀動力學氣液反應的宏觀動力學氣液反應器的設計氣液反應器的設計123 1.1概述概述1.1.1氣液反應氣液反應氣液反應：指氣相中的組分必須進入到液相中才能進行的反應。液相可以是液體反應物，也可以是催化劑溶液。反應舉例： 1、化學吸收: CO2 (g)+NaOH(L) Na2CO3 +H2O 2、生化反應：好氧發(fā)酵 3、環(huán)保：CO2、H2S等脫除。2、有機合成反應： 氧化反應：如： 氯化反應：如：O2OHO+Cl2FeCl3Cl+ HCl1.1.2 氣液反應器型式氣液反應器型式塔式：填料塔，板式塔，鼓泡塔等釜式：機械攪拌鼓泡釜

2、其它：環(huán)流反應器、噴射型反應器、文丘里型反應器等1.1.3氣液反應的特點氣液反應的特點（1）為非均相反應，氣液兩相間存在相界面，反應的進行是以兩相界面的傳質(zhì)為前提。 （2）由于氣液兩相均為流動相，不存在固定不變的相界面，這一點與氣-固催化反應不同。 1.1.4氣液反應的步驟氣液反應的步驟（1）氣相組分A從氣相主體擴散到液相相界面，在相界面上達到氣液平衡 PAi =HA CAi （2）組分A由相界面向液膜內(nèi)擴散，并與由液相主體擴散到液膜的組分B進行反應。此時反應與擴散同時進行。 （3）未反應的A繼續(xù)向液相主體擴散。并同B在液相主體中反應。 （4）液相產(chǎn)物向液相主體擴散（氣相產(chǎn)物向界面擴散） )l

3、 (R)l (B)g(ARB圖11鑒于雙膜理論的氣液反應步驟圖雙膜理論（模型） (滲透模型，表面更新模型)宏觀反應速率： 液膜傳質(zhì)系數(shù)式中：無化學反應： k LLA0LAALAiLAALAiLLAZALAAD)CC(k)CC(D)dZdC(DN本征反應速率擴散速率由于有了化學反應，相當于降低了液膜阻力。增強因子其中質(zhì)系數(shù)有化學反應時的液膜傳式中：有化學反應： , ; k )( )()(RLA0RLLALAAAAALALALRLALAALAiLAALAiRLAZALAAkkNNNNkkDkCCkCCDdZdCDN1.2氣液反應宏觀動力學氣液反應宏觀動力學1.2.1擴散擴散-反應方程（物料衡算式）

4、反應方程（物料衡算式）在液膜內(nèi)任一處取單位截面積的微層，微層體積 對該微層作A組分的物衡：dZdVr1圖12氣液反應的擴散反應圖在定常態(tài)下：擴散進入的量擴散出去的量反應掉的量)R()R()dZCd(DB)R(A)R()dZCd(DdZ)R()dCC(dZdD)dZdC(DABBBLBAAALAAAALAALA2222 得：組分作物衡，同理：對體積為基準本征反應速率，以液相式中：反應方程的擴散化簡，得：1.2.2 各種情況下的各種情況下的A、B組分濃度分布和宏觀反應速率組分濃度分布和宏觀反應速率1.2.2.1一級不可逆反應1瞬間不可逆反應其可分為在液膜內(nèi)反應和在相界面上反應。1）反應面在液膜內(nèi)：

5、（1）本征反應速率擴散速率。（2）A、B組分不共存。（3）反應發(fā)生在液膜內(nèi)的某一個面上。圖13瞬間不可逆反應，反應面在液膜內(nèi)的濃度分布圖原來的擴散反應方程可寫為： 只在反應面上反應。 dZCdD ,ZdZCdD ,ZBLBLRALAR0002222LBBLBBLBALABARAiACC ,ZdZdCDdZdCD- 0C 0,C ,ZCC ,0Z邊界條件：LAiBBLLALBAiAZCCDD1CC 1可解得：上式，CAZ 成直線關系。在定常態(tài)下，單位時間、單位截面積上A從相界面上擴散進入的量應等于A在液膜內(nèi)反應掉的量，即：A從相界面上擴散進入的速率應等于A的反應速率。其中：dtdnS1 N A0

6、A的反應速率，以相界面積為基準式中：AAAZALARRRdZdCDAiAiAiBBLLALBLAZALAACCCCDDDdZdCDRLAL0k 1增強系數(shù)瞬間不可逆反應的 1 AiBBLLALBCCDD擴散經(jīng)過的液膜厚度瞬間不可逆反應時無反應時的液膜厚度率無反應時的最大傳質(zhì)速反應速率瞬間不可逆反應的最大ACkCkkkRLAiLAAiLALALA)0(成線性關系?；蚺c由上式可見，下式消去常不可測量，但可通過中包含了在BLAGABBLALALBAGGALAAGABBLALALBAGLAAGAAiAAGLAAAiAGAAiAGAAiLAAiAGGAAAiAiACPRCHDDPKkHkCHDDPkHk

7、CHPkHCHkPPRCkPPkRCCR)( )(1 1) 1(1)()()(,)(則：圖14 瞬間不可逆反應，反應速率隨 的變化關系BLAGCP或的變化關系010GAAGAiAGAik,CC,PP，則若氣膜阻力為)()(BBLLALBAAGLAAGLAACDDHPkCkR2）反應面在相界面上當CBLR反應面向相界面移動當CBL剛好足夠大時，R0, 反應面與相界面重合，此時，CBi=0，CBL=(CBL)C當CBL進一步增大，反應面將不再移動，但CBi不再為0，CBi=CBL(CBL)C，而CAi總等于0。將CBi=0時所對應的CBL稱為(CBL)C（B組分的臨界濃度）圖15瞬間不可逆反應，反

8、應面在相界面上的濃度分布圖下面介紹（CBL）C的求取： 反應面在相界面上 液膜對A的擴散無阻力。 宏觀反應速率=氣膜擴散速率AGGABLCBLLBBLBBBAiAGGAAAPk-CDdZdCDN-R P PkN-R L00即AGLBLALAGABLALALLBAGGABCBLPDkDkDDDPkC 2快速反應 特點：（1）本征反應速率 傳質(zhì)速率 （2）反應發(fā)生在液膜內(nèi)，但CAL=0 圖16 擬一級快速反應時反應組分的濃度分布圖 若本征反應速率（-RA）=k2CACB，此時若組分B大大過量，即CB 可作為常數(shù)，則（-RA）=kCA.，為擬一級反應，代入擴散反應物衡式，得ALA2A2AA2A2LA

9、CDkdZCd kC-RdZCdD即：LA2L22LAiADkdd ,Z ,CC 代入上式，得無因次化：222eAPSLALMdZd DkR-Hatta-DkM 則：數(shù)（八田數(shù)），類似于令：M-MM-112ALAiAM-2M1e-eeC 0, 1,C-1C 1, 0,0C ,ZCC 0,Z eCeC 邊界條件：通解：MSinh-1MSinhe-eee ee-eeee-ee MM1M1MMMMMMMMM特解：AiLAAiLAAiLA0AiLLA0ZALAAACkMtanhMCkMSinhMCoshMCk ddCD-dZdC-DNR- 數(shù)快速反應的增強系 MtanhM AiLAALALALALAL

10、LALAiLAACkD R- kkDkDDDkM CkM R- M 1,M tanh3,M 而則若上式說明： 與 無關，即與 無關，因而改變液相的流動狀況，并不能改變宏觀反應速率。)(ARLAkA3中速反應特征：（1）本征反應速率與傳質(zhì)速率相當（2）液膜和液相主體都發(fā)生反應， CAL0圖17 擬一級中速反應時反應組分的濃度分布圖擬一級反應，（-RA）=kCA.，擴散反應方程式仍為：ALA2A2AA2A2LACDkdZCd kC-RdZCdD即：LA2L22LAiADkdd ,Z ,CC 代入上式，得無因次化：M-2M1eCeC 通解： 1D- ,Z CC 0,Z LALAiA aakCdZdC

11、LAAL邊界條件：有的相界面積單位液相體積所具式中：LVSa 上式說明：單位時間、單位相界面積，從液膜擴散到液相主體中A的量應等于在液相主體中反應掉的A的量。液膜體積液相體積式中：即邊界條件為：LLL21SVa1 1-Mdd 1,1 0, Msinh-MMcosh-1Msinh-M-1Mcosh 11特解：中速反應的增強系數(shù)1111MtanhM1-Mtanh)(MM CkMtanhM1-Mtanh)(MMCk ddCD-dZdC-DNR- AiLAAiLA0AiLLA0ZALAAA4慢速反應特點：（1）本征反應速率 傳質(zhì)速率 （2）反應發(fā)生在液相主體 圖18 擬一級慢速反應時反應組分的濃度分布

12、圖氣膜傳質(zhì)速率液膜傳質(zhì)速率液相主體反應速率5極慢反應特征：（1）本征反應速率4,（2）(膜內(nèi)反應量大于4倍膜內(nèi)傳質(zhì)量)瞬間反應,快速反應（2）0.0424 (0.22) 中速反應（3）0.000420.04 (0.020.2)慢速反應（4）20.0004 (0.02)極慢反應 的物理意義：表示下面為了書寫方便，用 M膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)量質(zhì)經(jīng)界面可能的最大傳量液膜內(nèi)可能的最大反應 1111122AilALAiAiAilALlALLLALlALaCkaCkaCaCkkkkDkDk膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)量質(zhì)經(jīng)界面可能的最大傳量液膜內(nèi)可能的最大反應 aCkaCkCAiLALBLAi21.2.4 二級不可逆反應本征速度

13、： 當 很大，即 時，令 擬一級反應，結(jié)果與一級反應相同。此時 BAACkCR)(BLCAiBBLCCAABLCk)R(,kCk11LABLLALABLLkkCDDkCM1 快速反應 基礎方程式 邊界條件： （組分B不揮發(fā)）BABBLBBAALACkCdzCdDCkCdzCdD222200dzdC,CC,zBAiA 0BLBALCC,C,z 即使在上述簡單的邊界條件下，基礎方程式也不能直接得到解析解，而只能得到近似解析解。這是一個關于 的隱函數(shù)關系，不能直接計算出 值，為了便于直接得出 值，可以作出以 為參變量的 圖： AiLAAACkNR 1tanh )1(MM M若已知： , 可讀出 。

14、（誤差10%） M圖110 二級不可逆反應的 圖M由圖1-10可見(為了書寫方便， 用 表示)：1) 一定， ， 最后 （水平線）2） ，屬瞬間不可逆反應3） , 各點十分接近對角線，屬快速擬一級反應，4） ，各點處于曲線上升區(qū)， 屬快速二級反應5） 隨著 ，二級反應呈中速 慢速反應狀態(tài)， 值用式 （*）計算。M,105 . 03, 3105 . 0, 3下降2. 中速反應：邊界條件：無解析解，只有數(shù)值解，其結(jié)果可用以 為參數(shù)的 圖來表示。中速反應： 0.2 200dzdC,CC,zBAiABALAlABLBLCkC)(dzdCD,CC,z1 1） 一定， （膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)，反應能力或傳質(zhì)能力）

15、 （在液膜內(nèi)反應量）2） 一定， （液相體積或液膜體積） 3） 一定， （液相體積或液膜體積） ,CAL ,AlC ,3 慢反應與極慢反應1）慢反應 仍需考慮傳質(zhì)。 氣阻 液阻 反應阻力傳質(zhì)過程與反應過程為串聯(lián)關系。 2）極慢反應 動力學控制 BLAiLAAiGAAAkCHakHakp)R( 1BLALACkC)R( 1.2.5 氣液反應的有效因子液相利用率（反應相內(nèi)部利用率） 瞬間：快速：21LL1L1DkCkaCklAAiAiA反應速度液相中可能具有的最大宏觀速度201001101,111 tanh)(tanh)(中速：公式，得由中速，：慢速 an20020 ht,.1111122)a(極

16、慢反應: ( )11.2.6 宏觀動力學的實驗研究宏觀動力學的實驗研究 1.2.6.1 宏觀動力學狀態(tài)的實驗判別 1不同狀態(tài)的宏觀動力學特征 一般表達式： 1） 瞬間不可逆反應： a.反應面在液膜內(nèi) AiLAAAiLAAACkSdtdnCkN)R( AiBBLLALBCCDD1（1）與本征動力學型式無關，即與 （或 ）動力學常數(shù)無關，對溫 度不敏感。 （2） ，與 無關；（3）與 有關。 b.反應面在相界面： （1）（2）與上同，（3）與 無關。SdtdnALVBLLACk,AGAApSkdtdnBLLACk,1kk2） 快速反應： 一級： 二級：（1）與本征動力學型式有關，即與 或 有關，對

17、溫度敏感；（2） ，與 有關 ；（3）一級與 無關，二級與 有關。 1tanh )1(1kkSdtdnALVLAkLAk3）中速反應： 一級： 二級：無解析解（有近似解析解） （1）同快反應； （2） 與 均有關； （3）與 有關。111tanh)(tanh)(dtdnALVS,LAk4）慢速反應： （1）（2）（3）均同中速反應。二級一級 1111BLALAAGALAGAkCkkkHakHakVPdtdn5）極慢反應： 一級： 二級： （1）與本征動力學型式有關，即與 有關，對 敏感； （2） ，與 無關； （3）與 均無關。ALLACkVdtdn1BLALLACkCVdtdnkk 或或1T

18、LVndtdASGALAkk,實驗判別瞬間、快速反應不變改變Sdtd,Sdtd,VAALn n 快速響極大影瞬間響不大影，改變 n n T dtddtdAA1.2.6.2. 宏觀動力學常數(shù)的測定： 1綜合測定： 需測定的常數(shù)包括： ， ， ， （或k）。 1)通過實驗，改變 ，考察 的變化規(guī)律，判 別所處的動力學狀態(tài)。 參見右圖（雙混 釜示意圖）：aGAkLAk1kTkkSVGALAL,dtdnA 2） 選取相應的宏觀動力學表達式3） 測定不同條件的反應速率 式中：I惰性氣體4） 由實驗數(shù)據(jù)求取宏觀動力學參數(shù))()(1)(0IAIALIALAppppRTVPQdtdnVRLBBLBLBVCCQ

19、dtdnVR)(1)(02. 分別測定： 1）動力學常數(shù) 的測定 本征動力學常數(shù)測定必須在消除氣、液膜阻力的條件下進行： a.當用雙混釜測定時，可改變氣、液兩相的攪拌速度和相面面積， 如果 不隨 n 和 s 變化，則屬動力學控制； b.當用鼓泡攪拌釜時，可改變攪拌轉(zhuǎn)速n和通氣量，當在較高通氣 量下，反應速度不隨n 變化時，可認為消除了內(nèi)外擴散。)(1kork)R(A 兩個臨界轉(zhuǎn)速： 下臨界轉(zhuǎn)速：是指攪拌槳的轉(zhuǎn)速必須達到此值，氣體才能分布均勻。 在此轉(zhuǎn)速以上，釜內(nèi)氣、液都趨于完全混合，傳質(zhì)系數(shù) 主要受攪拌速度所支配，氣速大小已無直接影響。 上臨界轉(zhuǎn)速：當轉(zhuǎn)速達上臨界轉(zhuǎn)速時，增加轉(zhuǎn)速并不增加反應速

20、率， 此時過程已為反應動力學控制。 兩種情況下的動力學速率計算式同前。2） 的測定： 是與設備結(jié)構(gòu)和操作條件有關，測定方法有物理法和化學法。 這里討論的是化學法： 選擇一快速反應體系（一級或擬一級），其動力學常數(shù)已知。LAGAkka,LAGAkka, akCakCaCDkaCkkkDaCkaCkRAiLAAAiLAAAiLAAiLALALAAiLAAiLAA直直線線斜斜率率即即為為作作圖圖或或 ,D)R( , D)R()2()(1111 改變 快反應 最大相對誤差8.6%?，F(xiàn)利用更新模型的結(jié)果改變催化劑用量擬一級改變擬一級一級改變)(C),(TkBL1 21an表面更新模型膜模型ht21D1L

21、ALAkkAiLALALAAaCkkk)(21D1R LALALAAiALALAAiAkaakakCakkaC和和可同時求出可同時求出截距即為截距即為，直線斜率即為直線斜率即為作圖，作圖， ,)( D )R()()D()R(22122122 LAiiLALAiAiAkaakakC ,)( D )R(2212和和可可同同時時求求出出截截距距即即為為，直直線線斜斜率率即即為為作作圖圖， （更大較好），)kkH(a)P(akHakP)(GALAAAAGLAAGAAGA1 1R1R2LALAkk1D )11D(1RGALAAAAGkkHaP 標繪。注意：1）前兩種標繪，液膜控制， ，易求。 2）為使標

22、繪盡可能準確些，要求 的變化范圍大。 3）除改變 外，其它操作條件及物料（ ）盡可能恒定。1111 RD AGAAGALAGAPHaa kkak作圖，直線斜率即為，截距即為，可同時求得和。DanckwertsAAGAiHPC1k1kLAADH 1.3 氣液反應器氣液反應器1.3.1 常見氣液反應器的特點常見氣液反應器的特點 1.3.1.1 填料塔： 氣相連續(xù)相 液相分散相 相界面大，儲液量小。適用于瞬間、快速反應；同軸向返混比可以忽略，故液相轉(zhuǎn)化率高。壓降小，操作適應性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作費用低，但不適用于慢反應。 1.3.1.2 噴霧塔： 氣相連續(xù)相 液相分散相 相界面大，儲液量極小。適用于瞬

23、間快速反應，過程受氣膜控制的情況（且僅適用于此情況）。結(jié)構(gòu)更簡單，壓降更小，但氣液兩相返混很嚴重。 1.3.1.3 板式塔： 氣相分散相 液相連續(xù)相 軸向返混小，液體流率小，轉(zhuǎn)化率高，傳質(zhì)系數(shù)大。適用于快速和中速反應，壓降大結(jié)構(gòu)復雜。 1.3.1.4 鼓泡塔： 氣相分散相 液相連續(xù)相 軸向返混嚴重，液相全混，儲液量大，適用于慢反應和放熱量大的反應。轉(zhuǎn)化率低。 1.3.1.5攪拌鼓泡塔： 與鼓泡塔相比，除具有其特點外，尤其對高粘性的氣體和非牛頓液 體（粘性液體、漿料等）間的反應更為適用。因為有攪拌，所以氣體 分散好，氣液混合均勻，相界面和傳質(zhì)系數(shù)增大。1.3.1.6環(huán)流反應器： 環(huán)流反應器是一種

24、高效的氣-液,液-固或氣-液-固多相反應器,是在鼓泡反應器的基礎上發(fā)展而來。由于環(huán)流反應器具有結(jié)構(gòu)簡單,反應器內(nèi)流體作定向流動,環(huán)流液速快,氣體停留時間長,氣含率高,氣泡比表面積大,相間接觸好以及體積傳質(zhì)系數(shù)較大等優(yōu)點。1.3.2 氣液反應器的選型氣液反應器的選型 氣液反應器的重要特性參數(shù)為：液含率 ，比相界面積a，液相傳質(zhì)系數(shù)kL和氣相傳質(zhì)系數(shù)kG。這些參數(shù)值的大體范圍見表 1 1。表中值適用于流體性質(zhì)與空氣和水差別不大、液體不起泡的情況。)1(GLL反應器類型填料塔 逆流 并流板式塔 泡罩 篩板鼓泡塔填充鼓泡塔 管式反應器 水平 或 蛇管 豎式噴霧塔機械攪拌鼓泡釜浸沒式和插入式噴嘴水力旋風

25、式反應器噴射型反應器文丘里型反應器0.020.250.020.950.100.950.100950.600.980.100.980.050950.050.950.020200.200.950.940.990.700.93/0.500.300.0320.130.520.560.520.520.540.580.52/2100.420.42151201414110250.71.50.340.150.51030/5100.13.50.11714120.560.530.571200.111200.21.20.20.51201.6250.0470.041021201400.5240.5120.570210

26、00.071.50.3800.030.6215/825LatmscmmolkG24/10 scmkL/10232/ cmcma1-2s 10akL表表11 氣液反應器的一些重要特性參數(shù)氣液反應器的一些重要特性參數(shù) 如何選擇合適的反應器，主要從反應體系特性和反應器特性兩個方面 進行綜合考慮。 從反應體系看：物性為HA，DLA, DGA 反應性能如反應速率常數(shù)k 操作條件如PA, CBL, T等 將影響反應發(fā)生的場所（液膜、液相主體和相界面）和反應過程主要阻力所在。 Levenspiel總結(jié)指出：除極慢反應外，所有的宏觀動力學狀態(tài)均以膜阻為主或膜阻控制。氣膜控制發(fā)生在易溶氣體 如氨以及任何溶解度的

27、極快反應。液膜控制發(fā)生在難溶氣體 如氧溶于水，以及快速反應。bGGLLGLLLda , ,k,ku u和將影響，操作條件，物性)/1(3molmPaHA)/10(35molmPaHA 從反應器看，選擇反應器型式時考慮的主要因素有： 兩相流型：這決定了停留時間分布和反應物濃度、溫度分布。填料塔和 塔板數(shù)大于10的板式塔，其氣液相流動近似平推流。機械攪 拌鼓泡釜中氣、液相流動近似全混流。鼓泡塔內(nèi)通常氣相近 似平推流，液相近似全混流。半連續(xù)操作的機械攪拌鼓泡釜 則液相不流動，濃度分布均一，氣相全混流或平推流 。流動 成平推流型則具有最大的傳質(zhì)推動力，反之全混流時推動力 最小。 液含率（氣含率），它影

28、響氣液兩相的停留時間長短，氣含率高，氣液 接觸時間長，液含率高，在液相主體進行的反應轉(zhuǎn)化率高。傳遞特性： ，一般說，液滴分散于氣相，則 氣泡 分散于液相，則 流動速率：填料塔操作時，液相和氣相的摩爾流速比最好應達到10左右 （常壓下），而其它型式的反應器容許的液氣比范圍比較寬。 反應場所和反應過程阻力在膜內(nèi)，即 的瞬間或快速反應，選用相界面積a大的反應器如機械攪拌鼓泡釜，或液膜體積大、液相主體體積小的反應器，如填料塔、膜式反應器等。氣膜控制一般用噴霧塔，而不用鼓泡塔，液膜控制不用噴霧塔。 反應場所主要在液相主體、反應過程阻力在膜或主體的中速、慢速和極慢反應，適宜采用 如鼓泡塔、機械攪拌鼓泡釜等

29、。GLkk 和、a小，大，LGkk大。小，LGkk3M大的反應器大aL 從提高復雜反應的選擇性角度出發(fā)，如平行反應，若主反應為快速、副反應為慢速，則應選用 。如連串反應，中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物時，為避免主副反應同時在膜內(nèi)進行，應選用 ，使副反應或主副反應移到液相主體中進行。小的反應器L大的反應器Lk 反應器選擇還需考慮：形成單位相界面積的能耗要低，氣相壓降不太大，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉等。在這些方面，鼓泡塔有其優(yōu)勢，故應用廣泛，甚至有體積大到3000m3的鼓泡反應器用于生物化工。20000m3的鼓泡反應器用于廢水處理。氣升式內(nèi)環(huán)流反應器，由于內(nèi)置導流筒，加上氣體入口的噴射動能，使原先液體的

30、自然對流強化為一個流場穩(wěn)定的循環(huán)流動，減少了反應器內(nèi)的死區(qū)和短路，使物料得到充分的混合，形成的氣泡由于受循環(huán)液體的剪切力，不易聚并，氣泡小而均勻，使比相界面積a增大，kL值增大到機械攪拌鼓泡釜的水平。被認為是單位能耗所取得傳質(zhì)效果最好的一類反應器，且流行穩(wěn)定，利于放大.1.3.3 填料塔計算填料塔計算 假定： 1）氣液連續(xù)逆流定常態(tài)操作； 2）氣液兩相均為平推流； 3）一維、等溫、等壓。 取微元體積： ， 截面積 其相間面積： 物衡： 氣相中消失的A量=液相中反應的A量dzdVrrrAdzaAadVrr 單位塔截面的惰氣 流量 單位塔截面的液 流量 左邊 右邊 于是：GLmolmolhrmkm

31、ol2hrmkmol22211AArAArAArpPPdpGA)y(dyGAyydGAdzaARrAdzaARpPPdpGArAAAr21220AAPPAAAHpPa)R(dpGPdzH 其中 是 的系數(shù)， 與 之間的關系可由塔內(nèi)任一截面與塔底（或塔頂）作物衡得到： 根據(jù)各種不同狀態(tài)的宏觀動力學表達式 ，可求得填料塔之高。 其中 液相中惰性組分的總 濃度, AR BLACp ,BLCApBLBLIBAAAABLBLIBAAAACCCLpPppPpGCCCLyyyyG222222:11 或)R(A ICmol3mkmol 對全塔： 由此式可計算氣相或液相塔頂、塔底分壓或濃度變化。 對稀氣體： 單

32、位截面上氣體總 流量 或 對稀溶液： 液相總 濃度, 單位截面上液相總 流量 于是： 與平推流反應器計算式形式一致122211PPBLBLIBAAAACCCLppppG G11 AyPpPA TICC mol3mkmol LmolA1A2PPPAA)R(dpaGHBLBLTBAACCCLppG22P幾種特殊情況： 1瞬間不可逆反應： 1）反應在界面： 2）反應在液膜：21AAGAAGAApplnaPkGHpk)R(LSGLSGBCpBCp)LSG(lnPaGkHkHkHkCHDDpRBLABlALAAGALAAGABBLALALBAA11112221 其中： 的求?。?解得： 由此可將 的區(qū)間

33、與 區(qū)分開來。 LALBTADDPCHSLABLBADDHB cBLCcBLBLTBAAALBLALAGABcBLCCCLppPGpDDkkC22GSLkHkBpCSGLGSLkHkBpCSGLCGAALAABLGAALAABLcBL1122 cBLBLCC cBLBLCC 注意：某一塔截面的反應發(fā)生在何處，應該用該截面處的 判別， 2快速一級（或擬一級）反應： 1）一級反應或 不變的擬一級反應值BLC,AP否則發(fā)生在液膜內(nèi)。則反應發(fā)生在相界面，,)(CCCBLBL擬一級一級BLLALAkCkkConstkDk111 211P11 : AAGALAAGAGAAGAApplnaKGHDkHkKp

34、KR其中 2） 變化的擬一級反應BLC 由于填料塔僅適用于瞬間、快速反應，故這里僅討論相應的結(jié)果。對快速二級反應，無填料高度H的解析結(jié)果。1.3.4 鼓泡塔的計算鼓泡塔的計算 1.3.4.1 鼓泡塔的特點： 1相界面為通過塔的氣泡表面組成； 2氣液混合為氣泡運動所致，液相返混較大； 3 1.3.4.2 鼓泡塔的反應模型 鼓泡塔的反應模型，包括理想模型和軸向擴散模型。大的反應適用于慢反應和放熱量大 ,1)a(L 1理想模型： 1）連續(xù)操作： 氣 液 2）半連續(xù)操作：（氣相連續(xù)、液相間歇） 氣 液大小OGOGuCSTRuCSTRPFRPFRCSTR CSTRCSTRPFR 平推流： 氣相： 其中

35、空塔氣速 液相： 其中 空塔液速aRCCakudzdCddCAGiGAGAOGGAGA)( OGuAGAGAHkkBOLBLBLudzdCddCR1OLu 全混流： 氣相： 液相： 其中 分別為氣、液平均停留時間。 以上是理想模型方程，還要結(jié)合具體的動力學方程，才能對反應器進行初步的設計計算。GiGAGAGGAiGACCakCC00 BLBLiBLRCC 0LG , 2軸向擴散模型：（一維） 參數(shù)： 氣相軸向有效擴散系數(shù) 液相軸向有效擴散系數(shù) 取微元并進行物料衡算，可得到： 氣相： 定常態(tài)下：GDLD 積積累累傳傳遞遞至至液液相相主主體體流流動動擴擴散散tCCCakzCuzCDGAGiGAGAGAOGGAG 22 GiGAGAGAOGGAGCCakzCuzCD 22 液相： 定常態(tài)下： 積積累累反反應應主主體體流流動動擴擴散散tCRzCuzCDBLBBLOLBLL 22 BBLOLBLLRzCuzCD 1221.3.4.3 鼓泡塔計算： 1氣相 液相 當反應器的高度較低或操作壓力較高時，操作壓力沿高度的變化可忽略，此時為等壓反應過程。與填料塔類似。 對氣相： ,PFRCSTR12211AAyyAAAAAAyaRdyG