反應(yīng)工程第六章課件

概述在化學(xué)工業(yè)中，氣－液反應(yīng)廣泛地應(yīng)用于加氫、磺化、鹵化、氧化等化學(xué)加工過程。氣體的凈化、廢氣及污水的處理常用氣－液反應(yīng)。工業(yè)應(yīng)用氣－液反應(yīng)實(shí)例見表6－1。氣－液反應(yīng)是氣相中的反應(yīng)組分A越過相界面進(jìn)入液相，和液相中的組分B進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)過程如下。產(chǎn)物A（氣相）第六章氣－液反應(yīng)及反應(yīng)器A（液相）＋B（液相）概述產(chǎn)物A（氣相）第六章氣－液反應(yīng)及反應(yīng)器A（液相）＋B（液11.反應(yīng)特點(diǎn)1)反應(yīng)物2)反應(yīng)區(qū)在液相內(nèi)，包括相界面;3)多相反應(yīng)，反應(yīng)過程由傳遞過程和化學(xué)反應(yīng)組成;4)反應(yīng)平衡,包括相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡：產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）氣體A液相中組分B，B不揮發(fā)1.反應(yīng)特點(diǎn)產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）氣體A22.反應(yīng)目的1）凈化原料氣例如：H2S+NH3·H2ONH4HS+H2O2）制取產(chǎn)品CO2+K2CO3+H2O2KHCO32.反應(yīng)目的NH4HS+H2O2）制取產(chǎn)品CO2+K2CO33.主要內(nèi)容1)氣－液反應(yīng)平衡2)氣－液相間物質(zhì)傳遞3)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征4)氣－液反應(yīng)器概述

46－1氣－液相平衡氣－液反應(yīng)的相平衡關(guān)系如下，包括氣－液相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡，先討論相平衡。設(shè)氣相中組分i溶解于液相中，當(dāng)氣－液相平衡時(shí)，組分i在氣相和液相中的逸度相等，即第一節(jié)氣－液反應(yīng)平衡

式中：－分逸度；－i的摩爾分率；－i的逸度系數(shù)（6－1）6－1氣－液相平衡第一節(jié)氣－液反應(yīng)平衡式5對于稀溶液，可用亨利定律表示：

式中：－亨利系數(shù)－i在液相中的摩爾分率

（6－2）對于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：－亨利系數(shù)－i在液相6

（6－3）1.氣－液平衡的一般關(guān)系為：（6－3）1.氣－液平衡的一般關(guān)系為：72)氣相為理想氣體混合物低壓下：1)氣相為理想溶液，氣－液相平衡關(guān)系為：

（6－4）

2)氣相為理想氣體混合物1)氣相為理想溶液，氣－液相平8

（6－5）－容積摩爾濃度；－溶解度系數(shù)式中：3）低壓下：（6－6）（6－5）－容92.Ηi和Ei的關(guān)系由式（6－4）和（6－6），得到

（6－7）對于稀溶液，M近似等于溶劑的分子量M0，可得Hi和Ei的近似關(guān)系：式中，ρ－溶液密度，M－溶液平均分子量2.Ηi和Ei的關(guān)系103.Ηi、Ei和溫度的關(guān)系

（6－8）1935年蘇聯(lián)學(xué)者克里契夫斯基提出如下關(guān)系式：（6－9）－i在溶液中的偏摩爾容積，可查文獻(xiàn)得到。4.Ηi、Ei和壓力的關(guān)系

3.Ηi、Ei和溫度的關(guān)系116－2溶液中氣體溶解度的估算亨利定律只適用于稀溶液和純?nèi)軇?，但在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液相中含有其他電解質(zhì)和非電解質(zhì)，亨利定律并不適用。

6－2溶液中氣體溶解度的估算126－2溶液中氣體溶解度的估算人們采用多種方式來表示氣－液相平衡關(guān)系。目前采用范克雷文論和霍夫蔕澤爾的工作（1948），保留亨利定律的簡單形式，但把溶液中電解質(zhì)和非電解質(zhì)對氣－液平衡的影響歸并到中。稱為經(jīng)過修正的亨利系數(shù)和溶解度系數(shù)。6－2溶液中氣體溶解度的估算中。稱為經(jīng)過修正的亨利系數(shù)和13電解質(zhì)溶液的（6－10） 電解質(zhì)溶液的（6－10） 14

式（6－10）和式（6－11）中的系數(shù)可查表（6－2）至（6－5）而得。2.非電解質(zhì)溶液的（6－11） 式（6－10）和式（6－11）中的系數(shù)可查表（6－2）至2156－4氣－液相間物質(zhì)傳遞一、雙膜論雙膜論是W.G..Whitman于1923年提出的。1.模型要點(diǎn)1）呈滯流的雙膜假定在相界面的兩側(cè)存在著氣膜和液膜。流體在雙膜中呈滯流。2）氣－液的相間阻力假定氣－液相主體濃度不變。氣－液間阻力簡化集中在氣膜和液膜內(nèi)。6－4氣－液相間物質(zhì)傳遞2）氣－液的相間阻力166－4氣－液相間物質(zhì)傳遞一、雙膜論

3）界面平衡氣－液兩相在界面上達(dá)到平衡。4）傳質(zhì)速率氣相一側(cè)：傳質(zhì)速率＝穩(wěn)定的分子擴(kuò)散速率液相一側(cè)：傳質(zhì)速率＝穩(wěn)定的分子擴(kuò)散速率把滯流膜作為靜止膜，忽略流動過程對傳質(zhì)的貢獻(xiàn)。6－4氣－液相間物質(zhì)傳遞3）界面平衡172.計(jì)算公式氣－液相間傳質(zhì)速率界面上消去界面濃度。

（6－20）2.計(jì)算公式界面上消去界面濃度。182.計(jì)算公式

（6－21）（6－22）（6－23）3.優(yōu)缺點(diǎn)1）數(shù)學(xué)處理簡單2）膜厚不可能為定值式中2.計(jì)算公式（6－21）19二、常見傳質(zhì)模型的主要特征目前普遍認(rèn)為氣相一側(cè)的傳質(zhì)過程可用雙膜論描述，界面上達(dá)到平衡。不同的傳質(zhì)模型對液相一側(cè)的傳質(zhì)過程進(jìn)行修正，傳質(zhì)速率形式上跟雙膜論相同NA=kL（CAi－CAL），但不同傳質(zhì)模型的kL定義不同，如表6－6所示。－新鮮液體在界面上的停留時(shí)間；

－界面更新率，二、常見傳質(zhì)模型的主要特征－新鮮液體在界面上的停留時(shí)間；－界20二、常見傳質(zhì)模型的主要特征

1）不同傳質(zhì)模型的吸收速率NA計(jì)算公式相同，其中kL的定義不同；2）滲透論較為精確，但數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜；雙膜論數(shù)學(xué)計(jì)算簡單，結(jié)果和滲透論相近，工程計(jì)算中一般用雙膜論；3）表面更新論停留在理論階段，因?yàn)槟壳癝無法測定。二、常見傳質(zhì)模型的主要特征1）不同傳質(zhì)模型的吸收速率NA計(jì)21三、氣－液反應(yīng)模型在雙膜論的基礎(chǔ)上范克雷文論和霍夫蔕澤爾（Van.KreveLen,Hoftiper）提出了等溫?cái)U(kuò)散－反應(yīng)膜模型。產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）設(shè)反應(yīng)三、氣－液反應(yīng)模型產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）設(shè)反22三、氣－液反應(yīng)模型等溫?cái)U(kuò)散－反應(yīng)膜模型。1.反應(yīng)步驟1）氣膜擴(kuò)散穩(wěn)定的分子擴(kuò)散，A從氣相主體到達(dá)相界面，PAG→PAi；2）界面上平衡3）擴(kuò)散－反應(yīng)過程A在液膜內(nèi)擴(kuò)散－反應(yīng)，CAi→CAL；三、氣－液反應(yīng)模型1.反應(yīng)步驟232）界面上平衡CAi=HAPAi3）液相一側(cè)吸收速率NA=以界面為基準(zhǔn)液相方向的擴(kuò)散速率=2.計(jì)算公式1）氣相一側(cè)吸收速率（直線DD′的斜率）2）界面上平衡2.計(jì)算公式（直線DD′的斜率）24（CAi－CAL）=-DAL（直線DE的斜率）6－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用當(dāng)溶解的氣體和B發(fā)生反應(yīng)時(shí)，在液膜內(nèi)A的濃度分布為曲線。如果沒有化學(xué)反應(yīng)，A的濃度分布為直線DE，物理吸收速率為:NA′=kL（CAi－CAL）

（CAi－CAL）=-DAL（直線DE的斜率）6－5化學(xué)256－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用

︱DD′的斜率︱＞︱DE的斜率︱，則有NA＞NA′。

化學(xué)反應(yīng)加強(qiáng)了氣－液相間的傳遞過程。“加強(qiáng)”的基準(zhǔn)是相同條件下的物理吸收速率NA′?；瘜W(xué)反應(yīng)在整個(gè)傳遞過程中的作用可以區(qū)分為多種情況。6－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用︱DD′的斜率︱26一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程氣體A的吸收量＝液相中反應(yīng)量＋物理溶解量當(dāng)液相中反應(yīng)量<<物理溶解量化學(xué)反應(yīng)的作用可以忽略不計(jì)，化學(xué)吸收作為純物理吸收處理。對于化學(xué)反應(yīng)可以忽略的判別條件，不同的反應(yīng)其形式有所不同。以一級不可逆反應(yīng)為例討論。

一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程化學(xué)反應(yīng)的作用可以忽略不計(jì)，化學(xué)吸27一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程

對于一級不可逆反應(yīng)，rA=k1CA，其判別條件為：Vk1CA<<QLCA式中：V－反應(yīng)器中積液量；QL－液體流量令式中t為液體在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間，則有k1t<<1對于一級不可逆反應(yīng)，當(dāng)k1t大大小于1時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的作用可忽略不計(jì)。一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程對于一級不可逆反應(yīng)，rA=k1CA28二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程如果A和B的化學(xué)反應(yīng)比較緩慢，在液膜內(nèi)不能完成，絕大部分在液相主體內(nèi)完成，判別條件為

液膜中反應(yīng)量<<液膜擴(kuò)散量

二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程29二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程對于一級不可逆反應(yīng)，以最大值比較則有k1CAi<<kLCAiM為無因次吸收準(zhǔn)數(shù)：二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程k1CAi<<kLCA30三、液膜中快速反應(yīng)過程如果A和B的化學(xué)反應(yīng)比較快，在液膜內(nèi)就能完成，則判別條件為：

液膜中反應(yīng)量>>液膜擴(kuò)散量

三、液膜中快速反應(yīng)過程31三、液膜中快速反應(yīng)過程對于一級不可逆反應(yīng)，判別條件為

M>>1對于一級不可逆反應(yīng)，無因次準(zhǔn)數(shù)M的大小，可以判定氣液反應(yīng)的類型。各種情況列于表6－7中。三、液膜中快速反應(yīng)過程32的定義以界面為基準(zhǔn)的吸收速率NA和基準(zhǔn)物理吸收速率NA′之比值稱之為化學(xué)吸收增強(qiáng)因子,記作四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子1.化學(xué)吸收增強(qiáng)因子反映了化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)過程的加強(qiáng)程度。的定義四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子1.33四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子2.基準(zhǔn)的選取和β的大小引進(jìn)后，吸收速率：的大小和NA′的選取有關(guān)。以界面為基準(zhǔn)的吸收速率四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子2.基準(zhǔn)的選取和β的大小引進(jìn)后，吸收速341)可逆反應(yīng)(1)基準(zhǔn)

NA′=kL（CAi－CAL），由于E點(diǎn)是隨反應(yīng)不同而上下浮動的，故稱為浮動坐標(biāo)。2.基準(zhǔn)的選取和β的大小(2)1)可逆反應(yīng)2.基準(zhǔn)的選取和β的大小(2)352.基準(zhǔn)的選取和β的大小2)不可逆反應(yīng)(1)基準(zhǔn)

NA′=kL·CAi固定坐標(biāo)(2)瞬間反應(yīng)、快速反應(yīng)：β>1中速反應(yīng)：β>1或β<1

緩慢反應(yīng)：β<12.基準(zhǔn)的選取和β的大小2)不可逆反應(yīng)瞬間反應(yīng)、快速反363)的作用對于物理吸收過程的研究以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算已經(jīng)較為成熟，可以直接引用。對于化學(xué)吸收而言，只需求出即可引進(jìn)

后，可以把NA表示成

和NA′的乘積。計(jì)算出NA。3)的作用對于物理吸收過程的研究以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算已經(jīng)較37(1)對于可逆反應(yīng)氣相一側(cè)界面液相一側(cè)

CAi=HAPAi(1)對于可逆反應(yīng)CAi=HAPAi38

氣－液相間吸收速率KG、KL和物理吸收的KG、KL相比，其中增加了化學(xué)吸收增強(qiáng)因子。式中(2)不可逆反應(yīng)氣－液相間吸收速率KG、KL和物理吸收39第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程以不可逆反應(yīng)A+νB→Q為例介紹擴(kuò)散－反應(yīng)方程。擴(kuò)散－反應(yīng)方程在液膜內(nèi)任取厚度為dX的微元體積。對A作物料衡算：〔擴(kuò)散進(jìn)入量〕－〔擴(kuò)散離開量〕＝〔化學(xué)反應(yīng)量〕第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過40第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程

擴(kuò)散－反應(yīng)方程〔擴(kuò)散進(jìn)入量〕－〔擴(kuò)散離開量〕＝〔化學(xué)反應(yīng)量〕(6-29)第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過41第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程

擴(kuò)散－反應(yīng)方程對于B，在液膜內(nèi)的擴(kuò)散－反應(yīng)方程為：(6-30)第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過42

上式表示A向液流主體擴(kuò)散的量等于液相主體所反應(yīng)的量。V為單位傳質(zhì)表面的積液體積，上式表示A向液流主體擴(kuò)散的量等于液相主體所反應(yīng)的量。V為單43

2.液相一側(cè)吸收速率液相一側(cè)吸收速率NA等于A在界面上向液相方向的擴(kuò)散速率：(6-31)2.液相一側(cè)吸收速率(6-31)446－7一級不可逆反應(yīng)一、液相一側(cè)吸收速率

1.擴(kuò)散－反應(yīng)方程rA=k1CA，擴(kuò)散－反應(yīng)方程為：邊界條件(6-32)(6-33)6－7一級不可逆反應(yīng)邊界條件(6-32)(6-33)456－7一級不可逆反應(yīng)一、液相一側(cè)吸收速率

1.擴(kuò)散－反應(yīng)方程

2.方程的無因次化邊界條件(6-33)6－7一級不可逆反應(yīng)2.方程的無因次化邊界條件(463.方程的解（6－35）

3.方程的解（6－35）47

4.液相一側(cè)吸收速率（6－36）（6－37）4.液相一側(cè)吸收速率（6－36）（6－37）48二、氣－液相間吸收速率二、氣－液相間吸收速率49三、液相反應(yīng)利用率氣－液反應(yīng)首先應(yīng)用于凈化氣體，一般稱之為化學(xué)吸收。70年代以后隨著石油化工的迅速發(fā)展，氣－液反應(yīng)開始應(yīng)用于制取產(chǎn)品。對于氣液反應(yīng)器，人們考慮液膜中的傳質(zhì)過程對化學(xué)反應(yīng)的影響程度,和氣－固相催化反應(yīng)相似，提出了液相反應(yīng)利用率η。三、液相反應(yīng)利用率50

三、液相反應(yīng)利用率1.η的定義

三、液相反應(yīng)利用率1.η的定義512）的基準(zhǔn)是按三、液相反應(yīng)利用率1）的基準(zhǔn)是相同條件下的物理吸收速率，的大小反映了化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)過程的加強(qiáng)程度；計(jì)算的理論反應(yīng)速率，的大小反映了傳質(zhì)過程對化學(xué)反應(yīng)的限制程度；

3）和是從不同的角度來研究氣－液反應(yīng)的。2）的基準(zhǔn)是按三、液相反應(yīng)利用率52四、一級不可逆反應(yīng)的特例1.在液膜內(nèi)完成的快速反應(yīng)當(dāng)M>>1時(shí)，反應(yīng)在液膜內(nèi)完成1）提高反應(yīng)速率常數(shù)k1和界面濃度CAi能有效的提高吸收速率；NA與kL無關(guān)，加強(qiáng)液相湍動程度，不能提高吸收速率。四、一級不可逆反應(yīng)的特例1）提高反應(yīng)速率常數(shù)k1和界面濃度C53四、一級不可逆反應(yīng)的特例1.在液膜內(nèi)完成的快速反應(yīng)

2）反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，液相反應(yīng)濃度四、一級不可逆反應(yīng)的特例2）反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，液相反應(yīng)濃度542.

很大的中速反應(yīng)對于中速反應(yīng)，反應(yīng)在液膜和液流主體中進(jìn)行。當(dāng)很大時(shí)，反應(yīng)在液流主體中能反應(yīng)完畢，很大意味著積液量大，具有充足的反應(yīng)空間。

2.很大的中速反應(yīng)很大時(shí)，反應(yīng)在液流主體中能反應(yīng)完552.

很大的中速反應(yīng)

當(dāng)且時(shí)，式（3－37）簡化為對于中速反應(yīng)，增大積液量，使較大，可使反應(yīng)在液流主體中進(jìn)行完畢，但較小。2.很大的中速反應(yīng)當(dāng)563.在液流主體中進(jìn)行的緩慢反應(yīng)當(dāng)M<<1時(shí)，反應(yīng)將在液流主體中進(jìn)行，此時(shí)，式（6－37）簡化為（6－41）（6－42）3.在液流主體中進(jìn)行的緩慢反應(yīng)，式（6－37）簡化為571）液相反應(yīng)速率>>液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)在液流主體中進(jìn)行完畢

加強(qiáng)湍動程度，提高

可以提高

1）液相反應(yīng)速率>>液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)在液流58提高

有利于提高

2）液相反應(yīng)速率<<液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)不完全，較大。

，而加強(qiáng)湍動程度則是無用的。提高有利于提高59反應(yīng)工程第六章課件606－8不可逆瞬間反應(yīng)設(shè)反應(yīng)為不可逆瞬間反應(yīng)，反應(yīng)過程如圖所示。A達(dá)到界面后向液膜中擴(kuò)散，Β從液膜邊界向界面方向擴(kuò)散，A和B在處相遇，立即反應(yīng)，瞬間完成。

一．反應(yīng)特點(diǎn)1.液膜內(nèi)A和B不共存；2.反應(yīng)區(qū)為平面；3.化學(xué)吸收速率與本征動力學(xué)無關(guān)。

6－8不可逆瞬間反應(yīng)設(shè)反應(yīng)61二、吸收速率氣膜傳質(zhì)速率

2.液膜傳質(zhì)速率

（6－43）（6－44）二、吸收速率氣膜傳質(zhì)速率2.液膜傳質(zhì)速率62二、吸收速率

2.液膜傳質(zhì)速率

式中沒有反應(yīng)速率常數(shù)。該式由八田在1928年通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。（6－45）二、吸收速率2.液膜傳質(zhì)速率633.氣－液相間吸收速率

（6－49）3.氣－液相間吸收速率（6－49）64三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系

三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系65三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系

時(shí)，在界面上的氣膜擴(kuò)散速率達(dá)到最大值，即

稱之為氣膜擴(kuò)散控制，其條件為：

當(dāng)時(shí)，即為氣膜擴(kuò)散控制。

（6－47）三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系時(shí)，在界面上的氣膜擴(kuò)散速率達(dá)到最666－9二級不可逆反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)，1.特定條件快速反應(yīng)，反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，B不揮發(fā):2.近似解

，近似解與數(shù)值解相比，誤差10%設(shè)反應(yīng)6－9二級不可逆反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)，1.特定條件B不67(6-52)(6-52)68

⑴M》1快速反應(yīng)，CAL=0M《1緩慢反應(yīng)⑴M》1快速反應(yīng)，CAL=069其形式和瞬間不可逆反應(yīng)相同通過計(jì)算

(2)，直接查圖6－8得到其形式和瞬間不可逆反應(yīng)相同(2)，直接查圖6－8703.氣－液相間吸收速率界面：液相一側(cè)：氣相一側(cè)：3.氣－液相間吸收速率界面：液相一側(cè)：氣相一側(cè)：71三、討論《1《1.三、討論《1《1.72液膜中B的最大反應(yīng)速率《液膜中B的最大擴(kuò)散速率B在液膜中的濃度不變:反應(yīng)為擬一級不可逆快速反應(yīng)。時(shí):落在45°斜線之上。從圖中可以看出，當(dāng)液膜中B的最大反應(yīng)速率《液膜中B的最大擴(kuò)散速率B在液膜732.當(dāng)時(shí)A和B在液膜內(nèi)不共存，為瞬間不可逆反應(yīng)。落在右面的水平線上。液膜中B的最大反應(yīng)速率》液膜中B的最大擴(kuò)散速率，從圖中可以看出，當(dāng)2.當(dāng)時(shí)A和B在液膜內(nèi)不共存，為瞬間不可逆反應(yīng)。落在右面743.當(dāng)為二級不可逆快速反應(yīng)，落在45°斜線和水平線之間。由上述討論，一級不可逆快速反應(yīng)、二級不可逆快速反應(yīng)和瞬間不可逆快速反應(yīng)在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。3.當(dāng)為二級不可逆快速反應(yīng)，落在45°斜線和756－10可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)的吸收過程比較復(fù)雜，下面討論幾種特殊情況。一、組分B、Q的濃度作常量處理即簡化為一級不可逆反應(yīng)。

6－10可逆反應(yīng)即簡化為一級不可逆反應(yīng)。766－10可逆反應(yīng)

擴(kuò)散－反應(yīng)方程上式和一級不可逆反應(yīng)的微分方程（6－32）完全相同，以代替，可解得

(6-53)6－10可逆反應(yīng)擴(kuò)散－反應(yīng)方程上式和一級不可逆反77二、一級可逆快速反應(yīng)

二、一級可逆快速反應(yīng)78二、一級可逆快速反應(yīng)擴(kuò)散－反應(yīng)

式中

(6-55)二、一級可逆快速反應(yīng)擴(kuò)散－反應(yīng)式中(6-55)79三、瞬間可逆反應(yīng)為瞬間可逆反應(yīng)，反應(yīng)在液膜中任一點(diǎn)都達(dá)到了平衡狀態(tài)，則按化學(xué)計(jì)量關(guān)系，液膜中的擴(kuò)散－反應(yīng)方程為（6－56）

（6－57）

設(shè)反應(yīng)三、瞬間可逆反應(yīng)為瞬間可逆反應(yīng)，反應(yīng)在液膜中任一點(diǎn)都達(dá)到了80三、瞬間可逆反應(yīng)

三、瞬間可逆反應(yīng)81解上述擴(kuò)散－反應(yīng)方程，液相一側(cè)吸收速率為

或者：(6-61)(6-62)解上述擴(kuò)散－反應(yīng)方程，液相一側(cè)吸收速率為或者：(6-61)(826－12工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求有如下幾點(diǎn)。具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的特性選擇反應(yīng)器，使反應(yīng)器具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度。1）氣膜控制系統(tǒng)，應(yīng)選擇氣相容積傳質(zhì)系數(shù)大的反應(yīng)器，例如噴射塔和文丘里反應(yīng)器等。2）快速反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)在界面附近的液膜中進(jìn)行，應(yīng)選擇表面積較大的反應(yīng)器，例如填料塔和板式反應(yīng)器。第四節(jié)氣－液反應(yīng)器概述6－12工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求第四節(jié)氣－液反應(yīng)器836－12工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求

3）緩慢反應(yīng)系統(tǒng)，反應(yīng)在液流主體中進(jìn)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。第四節(jié)氣－液反應(yīng)器概述6－12工業(yè)生產(chǎn)對氣－液反應(yīng)器的要求第四節(jié)氣－液反應(yīng)器842.有利于提高反應(yīng)的選擇性對于多重反應(yīng)，選擇的反應(yīng)器要有利于主反應(yīng)，而要抑制副反應(yīng)。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。3.有利于降低能耗為了使氣－液兩相分散接觸，需要消耗一定的動力，圖6－12是常見的氣－液反應(yīng)器比表面積和功率消耗的關(guān)系圖。就比表面積而言，噴射吸收器所需的能耗最小，其次是攪拌反應(yīng)器和填料塔，文氏管和鼓泡反應(yīng)器所需的能耗最大。2.有利于提高反應(yīng)的選擇性854.有利于控制反應(yīng)溫度氣液反應(yīng)大部分是放熱反應(yīng)，如何排除反應(yīng)熱控制好操作溫度是十分重要的。例如板式塔可以安置冷卻盤管，但在填料塔中，排除反應(yīng)熱就比較麻煩，通常只能提高液體噴淋量把濕熱帶走，但動力消耗大量提高。5.能在較小液體流率下操作液體流率小，液相轉(zhuǎn)化率高，動力消耗也小，但液體流率的大小應(yīng)符合反應(yīng)器的基本要求。4.有利于控制反應(yīng)溫度861.填充床反應(yīng)器

填充床反應(yīng)器具有操作適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、能耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于帶有化學(xué)反應(yīng)的氣體凈化過程，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。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。6－13氣－液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)1.填充床反應(yīng)器6－13氣－液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)873.降膜反應(yīng)器

降膜反應(yīng)器具有壓降小和沒有返混的優(yōu)點(diǎn)，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。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。6－13氣－液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)4.噴霧反應(yīng)器

噴霧反應(yīng)器由空塔構(gòu)成，適用于有污泥、沉淀和固相產(chǎn)物的反應(yīng)過程，適用于受氣膜控制的瞬間反應(yīng)。5.鼓泡反應(yīng)器

鼓泡反應(yīng)器具有較高的儲液量，適用于慢反應(yīng)。軸向返混嚴(yán)重，常采用半間歇操作和多級串聯(lián)操作。3.降膜反應(yīng)器6－13氣－液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)4.886.攪拌鼓泡反應(yīng)器攪拌鼓泡反應(yīng)器適用于高粘度的非牛頓型液體，例如廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)和高分子材料工業(yè)，一般為慢速反應(yīng)過程。7.高速湍動反應(yīng)器

噴射反應(yīng)器、文氏反應(yīng)器、湍動浮球反應(yīng)器等屬于高速湍動反應(yīng)器，適用于氣膜控制的瞬間反應(yīng)過程。反應(yīng)工程第六章課件89一、基本概念溶液中氣體溶解度估算；傳質(zhì)模型的主要特征；吸收準(zhǔn)數(shù)M；化學(xué)吸收增強(qiáng)因子β；液相反應(yīng)利用率η；不同反應(yīng)在氣膜和液膜中的濃度分布；臨界濃度二、核心內(nèi)容1．氣體在液膜中的擴(kuò)散－反應(yīng)方程；2．不同反應(yīng)擴(kuò)散－反應(yīng)方程及β的求解；3．不同反應(yīng)氣液相間的吸收速率方程；提高吸收速率的基本措施；4．氣液反應(yīng)器型式和特點(diǎn)。本章小結(jié)二、核心內(nèi)容本章小結(jié)90概述在化學(xué)工業(yè)中，氣－液反應(yīng)廣泛地應(yīng)用于加氫、磺化、鹵化、氧化等化學(xué)加工過程。氣體的凈化、廢氣及污水的處理常用氣－液反應(yīng)。工業(yè)應(yīng)用氣－液反應(yīng)實(shí)例見表6－1。氣－液反應(yīng)是氣相中的反應(yīng)組分A越過相界面進(jìn)入液相，和液相中的組分B進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)過程如下。產(chǎn)物A（氣相）第六章氣－液反應(yīng)及反應(yīng)器A（液相）＋B（液相）概述產(chǎn)物A（氣相）第六章氣－液反應(yīng)及反應(yīng)器A（液相）＋B（液911.反應(yīng)特點(diǎn)1)反應(yīng)物2)反應(yīng)區(qū)在液相內(nèi)，包括相界面;3)多相反應(yīng)，反應(yīng)過程由傳遞過程和化學(xué)反應(yīng)組成;4)反應(yīng)平衡,包括相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡：產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）氣體A液相中組分B，B不揮發(fā)1.反應(yīng)特點(diǎn)產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）氣體A922.反應(yīng)目的1）凈化原料氣例如：H2S+NH3·H2ONH4HS+H2O2）制取產(chǎn)品CO2+K2CO3+H2O2KHCO32.反應(yīng)目的NH4HS+H2O2）制取產(chǎn)品CO2+K2CO933.主要內(nèi)容1)氣－液反應(yīng)平衡2)氣－液相間物質(zhì)傳遞3)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征4)氣－液反應(yīng)器概述

946－1氣－液相平衡氣－液反應(yīng)的相平衡關(guān)系如下，包括氣－液相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡，先討論相平衡。設(shè)氣相中組分i溶解于液相中，當(dāng)氣－液相平衡時(shí)，組分i在氣相和液相中的逸度相等，即第一節(jié)氣－液反應(yīng)平衡

式中：－分逸度；－i的摩爾分率；－i的逸度系數(shù)（6－1）6－1氣－液相平衡第一節(jié)氣－液反應(yīng)平衡式95對于稀溶液，可用亨利定律表示：

式中：－亨利系數(shù)－i在液相中的摩爾分率

（6－2）對于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：－亨利系數(shù)－i在液相96

（6－3）1.氣－液平衡的一般關(guān)系為：（6－3）1.氣－液平衡的一般關(guān)系為：972)氣相為理想氣體混合物低壓下：1)氣相為理想溶液，氣－液相平衡關(guān)系為：

（6－4）

2)氣相為理想氣體混合物1)氣相為理想溶液，氣－液相平98

（6－5）－容積摩爾濃度；－溶解度系數(shù)式中：3）低壓下：（6－6）（6－5）－容992.Ηi和Ei的關(guān)系由式（6－4）和（6－6），得到

（6－7）對于稀溶液，M近似等于溶劑的分子量M0，可得Hi和Ei的近似關(guān)系：式中，ρ－溶液密度，M－溶液平均分子量2.Ηi和Ei的關(guān)系1003.Ηi、Ei和溫度的關(guān)系

（6－8）1935年蘇聯(lián)學(xué)者克里契夫斯基提出如下關(guān)系式：（6－9）－i在溶液中的偏摩爾容積，可查文獻(xiàn)得到。4.Ηi、Ei和壓力的關(guān)系

3.Ηi、Ei和溫度的關(guān)系1016－2溶液中氣體溶解度的估算亨利定律只適用于稀溶液和純?nèi)軇诠I(yè)生產(chǎn)過程中，液相中含有其他電解質(zhì)和非電解質(zhì)，亨利定律并不適用。

6－2溶液中氣體溶解度的估算1026－2溶液中氣體溶解度的估算人們采用多種方式來表示氣－液相平衡關(guān)系。目前采用范克雷文論和霍夫蔕澤爾的工作（1948），保留亨利定律的簡單形式，但把溶液中電解質(zhì)和非電解質(zhì)對氣－液平衡的影響歸并到中。稱為經(jīng)過修正的亨利系數(shù)和溶解度系數(shù)。6－2溶液中氣體溶解度的估算中。稱為經(jīng)過修正的亨利系數(shù)和103電解質(zhì)溶液的（6－10） 電解質(zhì)溶液的（6－10） 104

式（6－10）和式（6－11）中的系數(shù)可查表（6－2）至（6－5）而得。2.非電解質(zhì)溶液的（6－11） 式（6－10）和式（6－11）中的系數(shù)可查表（6－2）至21056－4氣－液相間物質(zhì)傳遞一、雙膜論雙膜論是W.G..Whitman于1923年提出的。1.模型要點(diǎn)1）呈滯流的雙膜假定在相界面的兩側(cè)存在著氣膜和液膜。流體在雙膜中呈滯流。2）氣－液的相間阻力假定氣－液相主體濃度不變。氣－液間阻力簡化集中在氣膜和液膜內(nèi)。6－4氣－液相間物質(zhì)傳遞2）氣－液的相間阻力1066－4氣－液相間物質(zhì)傳遞一、雙膜論

3）界面平衡氣－液兩相在界面上達(dá)到平衡。4）傳質(zhì)速率氣相一側(cè)：傳質(zhì)速率＝穩(wěn)定的分子擴(kuò)散速率液相一側(cè)：傳質(zhì)速率＝穩(wěn)定的分子擴(kuò)散速率把滯流膜作為靜止膜，忽略流動過程對傳質(zhì)的貢獻(xiàn)。6－4氣－液相間物質(zhì)傳遞3）界面平衡1072.計(jì)算公式氣－液相間傳質(zhì)速率界面上消去界面濃度。

（6－20）2.計(jì)算公式界面上消去界面濃度。1082.計(jì)算公式

（6－21）（6－22）（6－23）3.優(yōu)缺點(diǎn)1）數(shù)學(xué)處理簡單2）膜厚不可能為定值式中2.計(jì)算公式（6－21）109二、常見傳質(zhì)模型的主要特征目前普遍認(rèn)為氣相一側(cè)的傳質(zhì)過程可用雙膜論描述，界面上達(dá)到平衡。不同的傳質(zhì)模型對液相一側(cè)的傳質(zhì)過程進(jìn)行修正，傳質(zhì)速率形式上跟雙膜論相同NA=kL（CAi－CAL），但不同傳質(zhì)模型的kL定義不同，如表6－6所示。－新鮮液體在界面上的停留時(shí)間；

－界面更新率，二、常見傳質(zhì)模型的主要特征－新鮮液體在界面上的停留時(shí)間；－界110二、常見傳質(zhì)模型的主要特征

1）不同傳質(zhì)模型的吸收速率NA計(jì)算公式相同，其中kL的定義不同；2）滲透論較為精確，但數(shù)學(xué)計(jì)算復(fù)雜；雙膜論數(shù)學(xué)計(jì)算簡單，結(jié)果和滲透論相近，工程計(jì)算中一般用雙膜論；3）表面更新論停留在理論階段，因?yàn)槟壳癝無法測定。二、常見傳質(zhì)模型的主要特征1）不同傳質(zhì)模型的吸收速率NA計(jì)111三、氣－液反應(yīng)模型在雙膜論的基礎(chǔ)上范克雷文論和霍夫蔕澤爾（Van.KreveLen,Hoftiper）提出了等溫?cái)U(kuò)散－反應(yīng)膜模型。產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）設(shè)反應(yīng)三、氣－液反應(yīng)模型產(chǎn)物A（氣相）A（液相）＋bB（液相）設(shè)反112三、氣－液反應(yīng)模型等溫?cái)U(kuò)散－反應(yīng)膜模型。1.反應(yīng)步驟1）氣膜擴(kuò)散穩(wěn)定的分子擴(kuò)散，A從氣相主體到達(dá)相界面，PAG→PAi；2）界面上平衡3）擴(kuò)散－反應(yīng)過程A在液膜內(nèi)擴(kuò)散－反應(yīng)，CAi→CAL；三、氣－液反應(yīng)模型1.反應(yīng)步驟1132）界面上平衡CAi=HAPAi3）液相一側(cè)吸收速率NA=以界面為基準(zhǔn)液相方向的擴(kuò)散速率=2.計(jì)算公式1）氣相一側(cè)吸收速率（直線DD′的斜率）2）界面上平衡2.計(jì)算公式（直線DD′的斜率）114（CAi－CAL）=-DAL（直線DE的斜率）6－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用當(dāng)溶解的氣體和B發(fā)生反應(yīng)時(shí)，在液膜內(nèi)A的濃度分布為曲線。如果沒有化學(xué)反應(yīng)，A的濃度分布為直線DE，物理吸收速率為:NA′=kL（CAi－CAL）

（CAi－CAL）=-DAL（直線DE的斜率）6－5化學(xué)1156－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用

︱DD′的斜率︱＞︱DE的斜率︱，則有NA＞NA′。

化學(xué)反應(yīng)加強(qiáng)了氣－液相間的傳遞過程?！凹訌?qiáng)”的基準(zhǔn)是相同條件下的物理吸收速率NA′?；瘜W(xué)反應(yīng)在整個(gè)傳遞過程中的作用可以區(qū)分為多種情況。6－5化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用︱DD′的斜率︱116一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程氣體A的吸收量＝液相中反應(yīng)量＋物理溶解量當(dāng)液相中反應(yīng)量<<物理溶解量化學(xué)反應(yīng)的作用可以忽略不計(jì)，化學(xué)吸收作為純物理吸收處理。對于化學(xué)反應(yīng)可以忽略的判別條件，不同的反應(yīng)其形式有所不同。以一級不可逆反應(yīng)為例討論。

一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程化學(xué)反應(yīng)的作用可以忽略不計(jì)，化學(xué)吸117一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程

對于一級不可逆反應(yīng)，rA=k1CA，其判別條件為：Vk1CA<<QLCA式中：V－反應(yīng)器中積液量；QL－液體流量令式中t為液體在反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間，則有k1t<<1對于一級不可逆反應(yīng)，當(dāng)k1t大大小于1時(shí)，化學(xué)反應(yīng)的作用可忽略不計(jì)。一、化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程對于一級不可逆反應(yīng)，rA=k1CA118二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程如果A和B的化學(xué)反應(yīng)比較緩慢，在液膜內(nèi)不能完成，絕大部分在液相主體內(nèi)完成，判別條件為

液膜中反應(yīng)量<<液膜擴(kuò)散量

二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程119二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程對于一級不可逆反應(yīng)，以最大值比較則有k1CAi<<kLCAiM為無因次吸收準(zhǔn)數(shù)：二、液相主體中進(jìn)行緩慢化學(xué)反應(yīng)過程k1CAi<<kLCA120三、液膜中快速反應(yīng)過程如果A和B的化學(xué)反應(yīng)比較快，在液膜內(nèi)就能完成，則判別條件為：

液膜中反應(yīng)量>>液膜擴(kuò)散量

三、液膜中快速反應(yīng)過程121三、液膜中快速反應(yīng)過程對于一級不可逆反應(yīng)，判別條件為

M>>1對于一級不可逆反應(yīng)，無因次準(zhǔn)數(shù)M的大小，可以判定氣液反應(yīng)的類型。各種情況列于表6－7中。三、液膜中快速反應(yīng)過程122的定義以界面為基準(zhǔn)的吸收速率NA和基準(zhǔn)物理吸收速率NA′之比值稱之為化學(xué)吸收增強(qiáng)因子,記作四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子1.化學(xué)吸收增強(qiáng)因子反映了化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)過程的加強(qiáng)程度。的定義四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子1.123四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子2.基準(zhǔn)的選取和β的大小引進(jìn)后，吸收速率：的大小和NA′的選取有關(guān)。以界面為基準(zhǔn)的吸收速率四、化學(xué)吸收增強(qiáng)因子2.基準(zhǔn)的選取和β的大小引進(jìn)后，吸收速1241)可逆反應(yīng)(1)基準(zhǔn)

NA′=kL（CAi－CAL），由于E點(diǎn)是隨反應(yīng)不同而上下浮動的，故稱為浮動坐標(biāo)。2.基準(zhǔn)的選取和β的大小(2)1)可逆反應(yīng)2.基準(zhǔn)的選取和β的大小(2)1252.基準(zhǔn)的選取和β的大小2)不可逆反應(yīng)(1)基準(zhǔn)

NA′=kL·CAi固定坐標(biāo)(2)瞬間反應(yīng)、快速反應(yīng)：β>1中速反應(yīng)：β>1或β<1

緩慢反應(yīng)：β<12.基準(zhǔn)的選取和β的大小2)不可逆反應(yīng)瞬間反應(yīng)、快速反1263)的作用對于物理吸收過程的研究以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算已經(jīng)較為成熟，可以直接引用。對于化學(xué)吸收而言，只需求出即可引進(jìn)

后，可以把NA表示成

和NA′的乘積。計(jì)算出NA。3)的作用對于物理吸收過程的研究以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算已經(jīng)較127(1)對于可逆反應(yīng)氣相一側(cè)界面液相一側(cè)

CAi=HAPAi(1)對于可逆反應(yīng)CAi=HAPAi128

氣－液相間吸收速率KG、KL和物理吸收的KG、KL相比，其中增加了化學(xué)吸收增強(qiáng)因子。式中(2)不可逆反應(yīng)氣－液相間吸收速率KG、KL和物理吸收129第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程以不可逆反應(yīng)A+νB→Q為例介紹擴(kuò)散－反應(yīng)方程。擴(kuò)散－反應(yīng)方程在液膜內(nèi)任取厚度為dX的微元體積。對A作物料衡算：〔擴(kuò)散進(jìn)入量〕－〔擴(kuò)散離開量〕＝〔化學(xué)反應(yīng)量〕第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過130第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程

擴(kuò)散－反應(yīng)方程〔擴(kuò)散進(jìn)入量〕－〔擴(kuò)散離開量〕＝〔化學(xué)反應(yīng)量〕(6-29)第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過131第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程

擴(kuò)散－反應(yīng)方程對于B，在液膜內(nèi)的擴(kuò)散－反應(yīng)方程為：(6-30)第三節(jié)氣－液反應(yīng)動力學(xué)特征6－6伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過132

上式表示A向液流主體擴(kuò)散的量等于液相主體所反應(yīng)的量。V為單位傳質(zhì)表面的積液體積，上式表示A向液流主體擴(kuò)散的量等于液相主體所反應(yīng)的量。V為單133

2.液相一側(cè)吸收速率液相一側(cè)吸收速率NA等于A在界面上向液相方向的擴(kuò)散速率：(6-31)2.液相一側(cè)吸收速率(6-31)1346－7一級不可逆反應(yīng)一、液相一側(cè)吸收速率

1.擴(kuò)散－反應(yīng)方程rA=k1CA，擴(kuò)散－反應(yīng)方程為：邊界條件(6-32)(6-33)6－7一級不可逆反應(yīng)邊界條件(6-32)(6-33)1356－7一級不可逆反應(yīng)一、液相一側(cè)吸收速率

1.擴(kuò)散－反應(yīng)方程

2.方程的無因次化邊界條件(6-33)6－7一級不可逆反應(yīng)2.方程的無因次化邊界條件(1363.方程的解（6－35）

3.方程的解（6－35）137

4.液相一側(cè)吸收速率（6－36）（6－37）4.液相一側(cè)吸收速率（6－36）（6－37）138二、氣－液相間吸收速率二、氣－液相間吸收速率139三、液相反應(yīng)利用率氣－液反應(yīng)首先應(yīng)用于凈化氣體，一般稱之為化學(xué)吸收。70年代以后隨著石油化工的迅速發(fā)展，氣－液反應(yīng)開始應(yīng)用于制取產(chǎn)品。對于氣液反應(yīng)器，人們考慮液膜中的傳質(zhì)過程對化學(xué)反應(yīng)的影響程度,和氣－固相催化反應(yīng)相似，提出了液相反應(yīng)利用率η。三、液相反應(yīng)利用率140

三、液相反應(yīng)利用率1.η的定義

三、液相反應(yīng)利用率1.η的定義1412）的基準(zhǔn)是按三、液相反應(yīng)利用率1）的基準(zhǔn)是相同條件下的物理吸收速率，的大小反映了化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)過程的加強(qiáng)程度；計(jì)算的理論反應(yīng)速率，的大小反映了傳質(zhì)過程對化學(xué)反應(yīng)的限制程度；

3）和是從不同的角度來研究氣－液反應(yīng)的。2）的基準(zhǔn)是按三、液相反應(yīng)利用率142四、一級不可逆反應(yīng)的特例1.在液膜內(nèi)完成的快速反應(yīng)當(dāng)M>>1時(shí)，反應(yīng)在液膜內(nèi)完成1）提高反應(yīng)速率常數(shù)k1和界面濃度CAi能有效的提高吸收速率；NA與kL無關(guān)，加強(qiáng)液相湍動程度，不能提高吸收速率。四、一級不可逆反應(yīng)的特例1）提高反應(yīng)速率常數(shù)k1和界面濃度C143四、一級不可逆反應(yīng)的特例1.在液膜內(nèi)完成的快速反應(yīng)

2）反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，液相反應(yīng)濃度四、一級不可逆反應(yīng)的特例2）反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，液相反應(yīng)濃度1442.

很大的中速反應(yīng)對于中速反應(yīng)，反應(yīng)在液膜和液流主體中進(jìn)行。當(dāng)很大時(shí)，反應(yīng)在液流主體中能反應(yīng)完畢，很大意味著積液量大，具有充足的反應(yīng)空間。

2.很大的中速反應(yīng)很大時(shí)，反應(yīng)在液流主體中能反應(yīng)完1452.

很大的中速反應(yīng)

當(dāng)且時(shí)，式（3－37）簡化為對于中速反應(yīng)，增大積液量，使較大，可使反應(yīng)在液流主體中進(jìn)行完畢，但較小。2.很大的中速反應(yīng)當(dāng)1463.在液流主體中進(jìn)行的緩慢反應(yīng)當(dāng)M<<1時(shí)，反應(yīng)將在液流主體中進(jìn)行，此時(shí)，式（6－37）簡化為（6－41）（6－42）3.在液流主體中進(jìn)行的緩慢反應(yīng)，式（6－37）簡化為1471）液相反應(yīng)速率>>液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)在液流主體中進(jìn)行完畢

加強(qiáng)湍動程度，提高

可以提高

1）液相反應(yīng)速率>>液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)在液流148提高

有利于提高

2）液相反應(yīng)速率<<液膜傳質(zhì)速率，反應(yīng)不完全，較大。

，而加強(qiáng)湍動程度則是無用的。提高有利于提高149反應(yīng)工程第六章課件1506－8不可逆瞬間反應(yīng)設(shè)反應(yīng)為不可逆瞬間反應(yīng)，反應(yīng)過程如圖所示。A達(dá)到界面后向液膜中擴(kuò)散，Β從液膜邊界向界面方向擴(kuò)散，A和B在處相遇，立即反應(yīng)，瞬間完成。

一．反應(yīng)特點(diǎn)1.液膜內(nèi)A和B不共存；2.反應(yīng)區(qū)為平面；3.化學(xué)吸收速率與本征動力學(xué)無關(guān)。

6－8不可逆瞬間反應(yīng)設(shè)反應(yīng)151二、吸收速率氣膜傳質(zhì)速率

2.液膜傳質(zhì)速率

（6－43）（6－44）二、吸收速率氣膜傳質(zhì)速率2.液膜傳質(zhì)速率152二、吸收速率

2.液膜傳質(zhì)速率

式中沒有反應(yīng)速率常數(shù)。該式由八田在1928年通過實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。（6－45）二、吸收速率2.液膜傳質(zhì)速率1533.氣－液相間吸收速率

（6－49）3.氣－液相間吸收速率（6－49）154三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系

三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系155三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系

時(shí)，在界面上的氣膜擴(kuò)散速率達(dá)到最大值，即

稱之為氣膜擴(kuò)散控制，其條件為：

當(dāng)時(shí)，即為氣膜擴(kuò)散控制。

（6－47）三、反應(yīng)面位置和的關(guān)系時(shí)，在界面上的氣膜擴(kuò)散速率達(dá)到最1566－9二級不可逆反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)，1.特定條件快速反應(yīng)，反應(yīng)在液膜內(nèi)完成，B不揮發(fā):2.近似解

，近似解與數(shù)值解相比，誤差10%設(shè)反應(yīng)6－9二級不可逆反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)，1.特定條件B不157(6-52)(6-52)158

⑴M》1快速反應(yīng)，CAL=0M《1緩慢反應(yīng)⑴M》1快速反應(yīng)，CAL=0159其形式和瞬間不可逆反應(yīng)相同通過計(jì)算

(2)，直接查圖6－8得到其形式和瞬間不可逆反應(yīng)相同(2)，直接查圖6－81603.氣－液相間吸收速率界面：液相一側(cè)：氣相一側(cè)：3.氣－液相間吸收速率界面：液相一側(cè)：氣相一側(cè)：161三、討論《1《1.三、討論《1《1.162液膜中B的最大反應(yīng)速率《液膜中B的最大擴(kuò)散速率B在液膜中的濃度不變:反應(yīng)為擬一級不可逆快速反應(yīng)。時(shí):落在45°斜線之上。從圖中可以看出，當(dāng)液膜中B的最大反應(yīng)速率《液膜中B的最大擴(kuò)散速率B在液膜1632.當(dāng)時(shí)A和B在液膜內(nèi)不共存，為瞬間不可逆反應(yīng)。落在右面的水平線上。液膜中B的最大反應(yīng)速率》液膜中B的最大擴(kuò)散速率，從圖中可以看出，當(dāng)2.當(dāng)時(shí)A和B在液膜內(nèi)不共存，為瞬間不可逆反應(yīng)。落在右面1643.當(dāng)為二級不可逆快速反應(yīng)，落在45°斜線和水平線之間。由上述討論，一級不可逆快速反應(yīng)、二級不可逆快速反應(yīng)和瞬間不可逆快速反應(yīng)在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。3.當(dāng)為二級不可逆快速反應(yīng)，落在