多流体相的反应过程-ppt课件

1、第八章 多流体相的反响过程l多流体相反响过程是指同时存在两个或更多相态的反多流体相反响过程是指同时存在两个或更多相态的反响系统所进展的反响过程。如气响系统所进展的反响过程。如气液相、液液相和液相、液液相和气气液液固相等。本章主要引见气液相反响过程及其固相等。本章主要引见气液相反响过程及其反响器。反响器。 l所谓气液相反响，是指气相中的组分必需进入到液相所谓气液相反响，是指气相中的组分必需进入到液相中才干进展的反响，反响组分能够是一在气相一在液中才干进展的反响，反响组分能够是一在气相一在液相，也能够都在气相，但需进入含有催化剂的溶液中相，也能够都在气相，但需进入含有催化剂的溶液中才干进展反响。才

2、干进展反响。 8.1 实际简述实际简述1气气-液相反响器定义：用来进展气液相反响器定义：用来进展气-液相反响的安装称液相反响的安装称之。之。2气气-液相反响器用途液相反响器用途:气气-液相反响器主要运用于以下液相反响器主要运用于以下两个方面：两个方面： 气体净化，即从气体原料或产物中除去有害的气体组气体净化，即从气体原料或产物中除去有害的气体组分。众所周分。众所周 知的化学吸收，就是气液相反响过程的一种。如合成氨消知的化学吸收，就是气液相反响过程的一种。如合成氨消费中除去费中除去 二氧化碳，硫化氢等，以及从各种尾气中回收有用组分或二氧化碳，硫化氢等，以及从各种尾气中回收有用组分或除去有害除去有

3、害 组分等。这些吸收过程伴有化学反响，故不同于物理吸收。组分等。这些吸收过程伴有化学反响，故不同于物理吸收。 制取某种化学品。如用乙烯与氧气通入制取某种化学品。如用乙烯与氧气通入PdCl2CuCl2的醋酸水的醋酸水溶液以制取乙醛；用氧气通入含醋酸锰的乙醛溶液以制取溶液以制取乙醛；用氧气通入含醋酸锰的乙醛溶液以制取醋酸；乙醋酸；乙烯通入含三氯化铝的苯中合成乙苯；异丙苯空气氧化以制烯通入含三氯化铝的苯中合成乙苯；异丙苯空气氧化以制取过氧化取过氧化氢异丙苯、氯化石蜡和黑药的制备等都属气液相反响过程。氢异丙苯、氯化石蜡和黑药的制备等都属气液相反响过程。3 3气液相反响器气液相反响器 型式简介型式简介G

4、GGGLLLLLLGGGLLLLGGGLLGGGLLG(4) 双膜实际双膜实际也称双膜传质实际，亦称为双阻力实际或阻力叠加实际。双膜实际最早是由刘易斯Lewis和惠特曼Whitman在1923年提出来的。它把复杂的相际传质过程模拟成串联的两层稳定薄膜中的分子分散。简单易懂，便于数学处置。双膜实际假设 气液相界面两侧各存在一个静止膜：气膜，液膜。静止膜是 很薄的静止层或层流层。 气相组分向液相分散时，必需先到达气液相界面，并在相界 面上到达气液平衡，即服从亨利定律。 在气膜之外的气相主体和液膜之外的液相主体中，到达完全 的混合均匀，即全部传质阻力都集中在膜内。 l双膜实际的数学模型l假设以NA表

5、示组分A的物理吸收速率，即单位时间、单位相界面积吸收组分A的摩尔数，那么：LGZdzAPAiPAiCALCAC界面气膜液膜()()AGAAAiLAAiALNkPPkCC根据亨利定律AiAAiPH C111AALAAALAAAAGALAGALAPCPH CHNHH kkkk()()AAGAAAALLAALAPNKPH CKCH11AGAGALAHKkk111LAAG ALAKHkk液相主体气相主体8-6l我们也可以根据分子分散实际写出它们的分散速率方程单位面积：()()AGALAAAiAiALGLDDNPPCC()AiALLCCA GG AGDkA LL ALDk8-3比较8-2和8-3可得：8

6、-48-2为浓度梯度溶质浸透实际、外表更新实际等非稳定态模型略。8.2 伴有不可逆与可逆反响的传质1气液两相流反响系统的宏观动力学分析 在气-液相反响中，至少有一个反响组分存在于气相，它首先须经过相界面的传质进入液相，然后再与液相中的反响组分在液相中发生化学反响。如对于反响： 其宏观反响历程为： 反响组分A从气相主体向气液相界面分散； 气态反响组分A在界面处溶解，并在界面上达气液相平衡； 在界面处溶解的反响组分A从气液相界面向液相主体分散，并 且同时与液相中的反响组分B发生化学反响； 液相反响产物R向浓度下降方向分散，气相产物D向界面分散； 气相产物D从界面向气相主体分散。 (All g)+b

7、B( )D g)+R( )l气液相反响的宏观反响速率l 由于气液相反响是一个多步骤反响过程，所以，其实践表现出来的反响速率是包适这些传送过程在内的综合反响速率，即宏观反响速率。l控制步骤l 当传送速率远大于化学反响速率时，实践反响速率就完全取决于后者，这就叫做动力学控制；反之，假设化学反响的速率很快，而某一步的传送速率很慢时，这就叫做这一步的分散控制。假设两者的速率具有一样数量级那么两者都对过程速率具有显著影响。l所以，研讨气液相反响，首先要了解的是气液相间的传质问题。再用传质模型来描画气液间的传质。 2气-液相反响分类 将双膜实际用于气-液相反响过程，根据分散速率与反响速率的相对大小，可把气

8、-液相反响分为四类： 极慢反响； 慢反响； 快反响； 极快反响瞬间反响。l 瞬间反响的宏观动力学l快速反响，由于反响速率足够地快，以致于分散进入到液相的反响组分尚在一个反响带内就已全部反响掉了，反响组分到达不了液相主体。l而瞬间反响，反响速率更快，以致于分散进入到液相的反响组分A一旦与B接触，那么立刻被反响掉，A、B在液相中不能共存。只存在一个反响面。l 在反响面上，至少有一个组分的浓度为零。整个过程的速率完全由传质过程控制。(3) 根底方程 极慢反响的宏观动力学极慢反响是指化学反响速率远远小于气膜、液膜的分散速率的化学反响过程。反响极其缓慢，传质阻力可以忽略不计，在液相中组分A和B是均匀的，

9、整个反响过程的反响速率完全取决于化学反响动力学。 LGZAPAiPAiCALC界面气膜液膜BLC液相主体气相主体(3) 根底方程AiAALAiAAPPCCHHmnLmnALBLf kCC1mnGmnALBLk C CmnAALBLNkCC8-20G反响系统气含率Lf反响系统液含率 慢速反响的宏观动力学 慢速反响的反响速率缓慢，反响仍主要发生在液相主体，液膜中的反响量可忽略不计。但液相主体内的反响速率曾经远大于A在液膜中传质速率。A的液膜分散曾经成为速率控制步骤。所以，整个过程的反响速率等于A的液膜分散速率：LGZAPAiPAiCALC界面气膜液膜BLC()()AAaLAaAiALrNkCC()

10、AiLAaALAPkCH工业反响器气膜阻力常可忽略。即有： AA iPP()()AAAaLAaALAPrNkCH0ALC()AAAaLAaAPrNkH当反响速率相对足够大时，有 那么： 快速反响的宏观动力学 对于快速反响，假设CB的浓度足够高，那么液膜内CB的变化可以忽略。即CB=CBL。此时，由于反响速率足够地快，以致于分散进入到液相的反响组分A尚在液膜内就已全部反响掉了，即反响组分A到达不了液相主体，整个化学反响全部发生在液膜内部，而在液膜内构成一个反响带，在反响带内A、B并存。所以，整个反响过程的速率主要受液膜内的传质过程所控制。但由于液膜内存在化学反响，所以，其传质速率并不等于其物理分

11、散速率： ()()AAaLAaAiALLAaAirNkCCkCl要确定其传质速率，我们取液膜内单位相界面上的一个厚度为dZ的体积微元进展物料衡算单位时间内：2,2()0mnAAALALAm nABLdCdCd CDDdZkC CdZdZdZdZ 反响掉的量分散进入量分散出的量整理可得：2,2mnALAm nABLd CDkC CdZ00BAAidCZCCdZ00ALAdCZCdZ12(1)mnAABLLAdCkCCdZmD 利用边境条件求解，初始BLCLGZdzAPAiPAiC0ALCAC界面气膜液膜AAdCCdzdz反响带p234l根据菲克定律写出单位相界面上的分散速率：12()0(1)mn

12、AAiBLLAdCkCCZdZmD 102()(1)mnAALAZLAAiBLLAdCNDDkCCdZmD 12(1)mnLAAiBLAiDkCCCm显然：12(1)mnLALAAiBLkD kCCm 仿照物理吸收速率写为LAAikC8-1-26 8-1-27与纯物理吸收速率比较1(0)ALAAiALNkCCl引入加强因子 ，令：L AL Akk那么有1L AAL AAkNkN液膜中存在化学反应时的传质速率(化学吸收)纯物理吸收时的传质速率(物理吸收)所以，加强因子 实践上表示的是在液膜中存在化学反响时化学吸收使纯物理吸收的传质速率增大的倍数，通常也称之为加强系数。因此，对于快速反响，其速率方

13、程可表示为：1()AA aA aL AA irNNkCpsrr与催化剂的有效系数的定义相比较： 可看出其类似性。所以，求快速反响的实践反响速度可转化为求加强因子 的问题。 l加强因子l对零级、一级反响，上面物料衡算微分方程可直接求解，对于一级反响可得：12(1)mnL AA iB LL AL AL ADkCCmkkk对于快速反响，可直接按上式求出加强系数(因子)，再确定其实践反响速率。/nL AB LL AnL AB LL ADkCkDkCT a n hk8-30T a n h8-26nL AB LL ADkCk称为八田准数l八田准数(Hatta) l 从式8-26可以看出，加强因子 是八田准

14、数 的函数，只l要求到八田准数即可求出加强因子从图8-5可查出。l八田准数 的物理意义l所以，八田准数反映的是化学反响速率和液膜传质速率的相对大l小。八田准数越大，化学反响速率越大。类似于气固相反响中的l梯尔模数。根据八田准数我们可判别反响类型。2222nnnL AA iB LLL AA iB LL AB LL AL AA iL AA iDk a CCkk a CCDk Ckka Cka CnA iB LLL AA ikCCaka C液 膜 最 大 可 能 的 反 应 速 率通 过 界 面 的 最 大 可 能 的 传 质 速 率求供l根据八田准数判别反响类型l ，即为快速反响、极快反响的情况，

15、式8-1-33等价于式8-1-29。l 当 时，为中速反响；l 当 时，为慢速反响；l 当 时，为极慢反响。3,1,Tanh当0.230.020.2 0 .0 2 瞬间反响的宏观动力学快速反响，由于反响速率足够地快，以致于分散进入到液相的反响组分尚在一个反响带内就已全部反响掉了，反响组分到达不了液相主体。而瞬间反响，反响速率更快，以致于分散进入到液相的反响组分A一旦与B接触，那么立刻被反响掉，A、B在液相中不能共存。只存在一个反响面。 在反响面上，至少有一个组分的浓度为零。整个过程的速率完全由传质过程控制。l当 时，传质速率为: LGZAPAiPAiC界面气膜反响面BLC液膜气相主体液相主体(

16、)AiLBBLAGAAAiLALAAiLCDCNkPpDkCb11(1)LBBLLLAAiDCDbCLALLADk1(1)AiLBBLALALLAAiLLAAiCDCNDkCDbC(1)LBBLLAAiLAAiDCkCDbCLAAiLAAik Ck C(1)LBBLLAAiDCDbCl改动B组分在液相中的浓度，可改动反响面在液膜中的位置。l 当B组分的浓度增大到使反响面l与界面重合，此时B组分的浓度称之l为当B的临界浓度CBLC。属气膜控制l 当CBL CBLC ，属气膜控制。l 当气膜阻力可忽略，属B组分的l液膜控制。LGZAP界面气膜BLBLCCC液膜气相主体液相主体LGZAP界面气膜BL

17、BLCCC液膜气相主体液相主体LGZAP界面气膜BLC液膜气相主体液相主体(4) 反响速率的实验测定理想的实验室气-液相反响器应满足如下要求： 气-液两相均处于稳定操作形状，并能消除分散阻力； 气-液相界面大小可调； 液相体积大小可调； 反响温度可调； 气-液两相进料组成及流量 可调。经过测定气-液两相进出口的 组成及流量，计算反响速率。PAVG，PA0CB0CB，CBVLVgSl气-液相反响类型的判别快速反响变VL反响系统极慢反响慢速反响快速反响极快反响变S慢速反响快速反响极快反响变TL极快反响+经过调理相界面积S、液相体积VL和液相反响温度TL调查其对反响速率的影响来进展判别。(5) 反响器型式的选择气-液相反响器型式的选择根据 反响本身的动力学特性； 各种类型反响器的构造特点； 反响过程的工艺特性。反响过程的工艺特性主要思索系统的温度、压力、物料特性、操作特性延续或间歇等要素对反响器的要求。各类气各类气-液相反响的特点液相反响的特点反应类型反应类型主要反应区域主要反应区域反应性能要求反应性能要求极快反应液膜 大的相界面积 大气相扩散系数快速反应液膜 大的相界面积 一定的液相体积 大液相扩散系数慢速反应液相主体 大的液相体积 较大相界面积 大液相扩散系数极慢反应液相主体 大的液相体积各类气液相反响器的特点各类气液相反响器的特点反应器型式反应器型式相界面积