非均相化学反应器课件

第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂二、固相催化反应过程三、固相催化反应的本征动力学四、固相催化反应的宏观动力学五、固相催化反应器的设计与操作本节的主要内容第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂本节的主第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂（一）催化反应的特征及其在环境工程中的应用催化剂：能改变反应的速率，而本身在反应前后并不发生变化

的物质。催化反应：均相催化反应、非均相催化反应应用：有机废气的催化氧化处理(Pt，Mn－Cu，Mn－Fe)；低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2)；高浓度有机废水的催化湿式氧化；硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂催化催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。 催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。第一节固相催化反应器催化反应的基本特征：催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般第一节固相催化反应器(1)活性物质：催化剂中真正起催化作用的组分，它常被分散固定在多孔物质的表面。（金属、金属氧化物）(2)载体（担体）：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。(3)促进剂：改善催化剂活性（氨催化合成铁催化剂＋CaO）(4)抑制剂：抑制催化剂活性，增强稳定性（银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化）（二）固体催化剂1、固体催化剂的组成活性物质、载体、助催化剂、抑制剂影响催化剂寿命的主要因素？第一节固相催化反应器(1)活性物质：催化剂中真正起催化作非均相化学反应器课件第一节固相催化反应器(1)比表面积(as)(SpecificSurfaceArea)包括外表面积和内表面积)称为比表面积,以as表示。大多数固体催化剂的比表面积在5～1000m2/g之间。(2)孔体积(Vg)和孔隙率(εp)每克催化剂内部微孔所占的体积。孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。(3)固体密度(ρs)和颗粒密度(ρP)：固体密度(ρs)：指催化剂固体物质本身的密度。颗粒密度(ρP)：指单位体积固体催化剂颗粒（包括孔体积）的质量。2.固体催化剂的物理性状第一节固相催化反应器(1)比表面积(as)(Specif第一节固相催化反应器(4)微孔的结构与孔体积分布(5)颗粒堆积密度(ρb)固体催化剂填充层的密度（重量与填充层体积之比）(6)填充层空隙率(εb)固体催化剂填充层内空隙体积与总体积之比。第一节固相催化反应器(4)微孔的结构与孔体积分布固体催化剂微孔内表面二、固相催化反应过程第一节固相催化反应器固相催化反应的发生场所：①反应物的外扩散、②反应物的内扩散、③反应物的吸附、④表面反应、⑤产物的脱附、⑥产物的内扩散、⑦产物的外扩散A流体主体边界层1A2A3A4P5P6P7P扩散过程动力学过程(表面过程)催化剂的表面（外、内表面）固体催化剂微孔内表面二、固相催化反应过程第一节固相催化反①多步骤串连过程②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤(ratecontrollingstep)

扩散控制(传质控制)、动力学控制④反应达到定常态时，各步骤的速率相等第一节固相催化反应器固相催化反应的特点①多步骤串连过程第一节固相催化反应器固相催化反应的特点第一节固相催化反应器三、固相催化反应的本征动力学（一）化学吸附与脱附速率固相催化反应的本质:化学吸附→表面反应→脱附气固反应为例化学吸附反应活性中心A与活性中心的络合物脱附速率吸附率吸附速率空位率第一节固相催化反应器三、固相催化反应的本征动力学（一）化表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率第一节固相催化反应器达到吸附平衡时：吸附速率＝脱附速率吸附平衡方程（KA为吸附平衡常数）(14.1.11)表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率第一节固相催化反应器达到（二）表面化学反应第一节固相催化反应器表面反应方程各反应组分与活性中心的络合物表观反应速率＝正反应速率－副反应速率反应达到平衡时：正反应速率＝副反应速率(14.1.17)(14.1.18)（二）表面化学反应第一节固相催化反应器表面反应方程各反（三）本征动力学第一节固相催化反应器基本假设：①三个反应步骤中必然存在一个控制步骤；②除控制步骤外，其他步骤处于平衡状态；③吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用兰格谬尔吸附模型来描述。反应的基本过程（三）本征动力学第一节固相催化反应器基本假设：反应第一节固相催化反应器A的吸附速率：(14.1.22)表观反应速率：(14.1.23)P的脱附速率：(14.1.24)(14.1.25)各过程的速率方程（气固相反应）第一节固相催化反应器A的吸附速率：(14.1.22)表观1.反应物吸附过程控制第一节固相催化反应器表面反应和产物的脱附达到平衡(14.1.31)1.反应物吸附过程控制第一节固相催化反应器表面反应和产物2.表面反应过程控制第一节固相催化反应器反应物吸附和产物的脱附达到平衡(14.1.38)2.表面反应过程控制第一节固相催化反应器反应物吸附和产物3.产物脱附过程控制第一节固相催化反应器反应过程、反应物的吸附达到平衡(14.1.45)3.产物脱附过程控制第一节固相催化反应器反应过程、(14第一节固相催化反应器幂函数型的速率方程特点：形式简单，计算方便，比较适用于反应的控制不如双曲线型的速率方程能反映反应的机理第一节固相催化反应器幂函数型的速率方程特点：第一节固相催化反应器（四）本征动力学方程的实验测定固相催化反应本征动力学实验的关键：排除外扩散和内扩散过程的影响排除外扩散影响的方法：加大流体速度，提高流体湍流程度，可以减小边界层的厚度，使边界层的扩散阻力小到足以忽略的程度

排除内扩散影响的方法：尽量减小催化剂的颗粒直径第一节固相催化反应器（四）本征动力学方程的实验测定固相催第一节固相催化反应器有外扩散阻力填充量m2（层高度h2）高流速区无外扩散阻力填充量m1（层高度h1）消除外扩散影响的实验条件的确定方法(h1>h2)第一节固相催化反应器有外扩散阻力填充量m2高流速区无外扩第一节固相催化反应器有内扩散阻力无内扩散阻力消除内扩散影响的实验条件的确定方法第一节固相催化反应器有内扩散阻力无内扩散阻力消除内扩散影第一节固相催化反应器思考题：固体催化剂颗粒内部各处的反应速率是否相同？为什么?内部各处浓度不同、温度也有可能不同。本征动力学方程不便于应用第一节固相催化反应器思考题：固体催化剂颗粒内部各处的反应第一节固相催化反应器四、固相催化反应的宏观动力学(一)宏观反应速率宏观反应速率(－RA)：催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率。本征反应速率、催化剂颗粒大小、形状、扩散速率影响因素：－RA与－rA之间的关系：(14.1.46)第一节固相催化反应器四、固相催化反应的宏观动力学宏观反应第一节固相催化反应器（二）催化剂的有效系数(effectivefactor、亦称效率因子)反应物A在催化剂表面的浓度以颗粒体积为基准的反应速率常数第一节固相催化反应器（二）催化剂的有效系数(effect流体边界层0R催化剂颗粒cAbcAscA＋dcAcA半径位置0rRrR0流体中浓度drr（三）固相催化反应的宏观动力学球形固体催化剂内反应物A的浓度分布流体边界层0R催化剂cAbcAscA＋dcAcA半径位置0r第一节固相催化反应器1.球形催化剂的基本方程0RdrrA从r＋dr面的进入量：A从r面的排出量：A的反应量：根据物料衡算式整理可得(z＝r/R)：（边界条件参见讲义）(14.1.48)第一节固相催化反应器1.球形催化剂的基本方程0RdrrA第一节固相催化反应器2.球形催化剂内的浓度分布方程球形催化剂的最大反应速率（n级反应）球形催化剂的内部最大扩散速率式催化剂内部球心处的A的浓度为零，浓度梯度达到最大第一节固相催化反应器2.球形催化剂内的浓度分布方程球形催ΦS称西勒(Thiele)模数第一节固相催化反应器ΦS称西勒(Thiele)模数第一节固相催化反应器第一节固相催化反应器以催化剂颗粒体积为基准的最大反应速率与最大内扩散速率的比值。反映了反应过程受内扩散及本征反应的影响程度。内扩散阻力越大，De越小，ΦS值则越大。

ΦS称西勒(Thiele)模数的物理意义第一节固相催化反应器以催化剂颗粒体积为基准的最大反应速率第一节固相催化反应器对于1级反应n＝1基本方程变形为：颗粒内部浓度分布积分得(14.1.59)第一节固相催化反应器对于1级反应n＝1基本方程变形为第一节固相催化反应器3.球形催化剂内的宏观速率方程（1级反应）(14.1.62)第一节固相催化反应器3.球形催化剂内的宏观速率方程（1级第一节固相催化反应器由催化剂的有效系数的定义：(14.1.64)(14.1.62)第一节固相催化反应器由催化剂的有效系数的定义：(14.1

利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油的催化分解反应，该反应可以认为一级反应，且在630℃时的本征动力学方程为-rA=7.99×10-7pAmol/(s•cm3)。已知粗柴油的有效扩散系De=7.82×10-4cm2/s，试计算该催化反应的催化剂的有效系数。

例题14.1.1第一节固相催化反应器利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油根据气体方程：所以本征动力学方程的反应常数为：一级反应的西勒数为：第一节固相催化反应器解：根据气体方程：所以本征动力学方程的反应常数为：一级反应的西勒第一节固相催化反应器4.西勒模数对固相催化反应过程的影响(14.1.64)值越小：反应速率与扩散速率的比值越小，宏观反应速率受扩散的影响就越小。<0.1-0.3,1值越大：反应速率与扩散速率的比值越大，宏观反应速率受扩散的影响就越大。>5-9,1/(<0.1)反应动力学控制扩散控制第一节固相催化反应器4.西勒模数对固相催化反应过程的影响第一节固相催化反应器操作方式：固定床催化反应器多用于气－固催化反应，其一般操作方式是气体从上而下通过床层。应用：石油化工、有机化工、废水/废气的催化处理特点：催化反应大多数都伴随着热效应，反应器的温度控制是反应器操作的关键反应器类型：热交换方式可分为绝热式反应器、换热式反应器、自热式反应器等。五、固相催化反应器的设计与操作（一）固定床催化反应器第一节固相催化反应器操作方式：固定床催化反应器多用于气－第一节固相催化反应器对已知原料组成和要实现的转化率,计算求出反应器的体积、催化剂的需要量、床层高度以及有关的工艺参数等。设计简化模型：一维拟均相理想模型（最简单的模型）的基本假设：①流体在反应器内径向温度、浓度均一，仅沿轴向变化，流体流动相当于推流式反应器。②流体与催化剂在同一截面处的温度、反应物浓度相同

固定床反应器设计的主要任务：第一节固相催化反应器对已知原料组成和要实现的转化率,计算第一节固相催化反应器1.等温反应器的设计反应速率方程设计方程(14.1.72)物料衡算式(14.1.71)根据设计方程可求出m、继而可求出床层高度第一节固相催化反应器1.等温反应器的设计反应速率方程设第一节固相催化反应器物料衡算式的推导对于厚度为dl的床层微体积单元A的进入量：qn

AA的流出量：qn

A＋dqnAA的反应量：A的积累量：0第一节固相催化反应器物料衡算式的推导对于厚度为dl的床层

三氯乙烯(TCE:C2HCl3)与TiO2接触反应时，大部分转化成CO2和HCl(Cl-)，还生成少量的COCl2和CHCl3。TCE浓度为c0=0.02mol/m3的地下水用填充TiO2的反应器分解，流量为Q=0.05m3/s，分解反应的速度是：式中反应速度常数a、b分别为:a=0.029m3/(s•kg)，

b=109m3/mol。求TCE浓度减少80%所需催化剂重量W。例题14.1.2第一节固相催化反应器三氯乙烯(TCE:C2HCl3)与TiO2接解：代入数据求得：第一节固相催化反应器得：由式14.1.72解：代入数据求得：第一节固相催化反应器得：由式14.1.第一节固相催化反应器物料衡算式反应速率方程(温度、转化率)2.非等温固定床催化反应器的设计热量衡算式温度分布第一节固相催化反应器物料衡算式2.非等温固定床催化反应器第一节固相催化反应器（二）流化床反应器的设计与操作Lm固定式Lmf临界流态化Lf散式流态化Lf聚式流态化节涌气体输送颗粒的流化及流化态的各种形式

第一节固相催化反应器（二）流化床反应器的设计与操作Lm固流化床反应器：催化剂颗粒处于流态化状态的反应器1.固体粒子的流化态与流化床反应器第一节固相催化反应器流化床的主要优点：①热能效率高，床内温度易于维持均匀；②传质效率高；③颗粒一般较小，可以消除内扩散的影响；④反应器的结构简单。流化床的主要不足：①能量消耗大；②颗粒间的磨损和带出造成催化剂的损耗；③气固反应的流动状态不均匀，会降低气固接触面积；④颗粒的流动基本上时全混流，同时造成流体的返混，影响反应速率。流化床反应器：催化剂颗粒处于流态化状态的反应器1.固体粒子的流化床反应器设计的简化模型均相模型（全混流模型、活塞流模型）

第一节固相催化反应器2.流化床的设计流化床反应器的设计模型物料平衡式热量平衡式流体力学方程动力学方程流化床反应器设计的简化模型第一节固相催化反应器2.流化床(1)催化反应有哪些基本特征？(2)固体催化剂的一般组成是什么？载体在固体催化剂中起什么作用？(3)固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤？(4)固相催化反应有哪些基本特点？(5)固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤？(6)在进行本征动力学速率方程的实验测定中，如何消除外扩散和内扩散的影响？分别如何确定实验条件？

本节思考题第一节固相催化反应器(1)催化反应有哪些基本特征？本节思考题第一节固相催化(7)催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？(8)催化西勒(Thiele)模数的物理意义是什么？具体说明西勒(Thiele)模数的大小如何影响催化剂的有效系数？(9)简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。(10)什么是流化床反应器？与固定床反应器相比，它有哪些优缺点？本节思考题第一节固相催化反应器(7)催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？本节思考第二节气－液相反应器第十四章非均相化学反应器第二节气－液相反应器第十四章非均相化学反应器一、气－液相反应二、气液相反应动力学三、气液相反应器的设计第二节气液相反应器本节的主要内容一、气－液相反应第二节气液相反应器本节的主要内容气－液相反应：反应物中的一个和一个以上组分在气相中，其它组分均处于液相状态的反应称为气液相反应。特点：反应一般只发生在液相中，气相不发生反应。应用：有害气体的化学吸收；饮用水、污水的臭氧氧化、印染废水的臭氧脱色；硝酸盐污染地下水的氢气还原处理等；污水好氧生物处理中的曝气；有机、还原性气体的生物处理。一、气－液相反应（一）气－液相反应及其应用第二节气液相反应器气－液相反应：反应物中的一个和一个以上组分在气相中，其它组分（二）气液相反应过程气泡液相第二节气液相反应器（二）气液相反应过程气泡液相第二节气液相反应器气膜液膜气相主体液相主体相界面AA1A2BBP3P4A5①A从气相主体通过气膜扩散到气液相界面；②A从相界面进入液膜，同时B从液相主体扩散进入液膜；③A、B在液膜内发生反应；④生成物P的扩散；⑤液膜中未反应完的A扩散进入液相主体，在液相主体与B发生反应。

几点注意传质和反应的综合本征反应速率宏观反应速率反应控制传质控制第二节气液相反应器气膜液膜气相主体液相主体相界面AA1A2BBP3P4A5①A气相主体气膜液膜液相主体相界面二、气液相反应动力学（一）气液相反应的基本方程第二节气液相反应器气相主体气膜液膜液相主体相界面二、气液相反应动力学第二节气气相主体气膜液膜液相主体相界面二级不可逆气液相反应本征反应速率方程为：（注意：液相中的反应，即单位液体，而不是混合液体积的反应速率）A的扩散进入量：反应量：积累量：定常态(0)A的扩散出去量：第二节气液相反应器气相主体气膜液膜液相主体相界面二级不可逆气液相反应本征反应速反应物A的物料衡算式：(14.2.1)(14.2.2)(14.2.3)二级不可逆气液相反应同理，B的基本方程第二节气液相反应器反应物A的物料衡算式：(14.2.1)(14.2.2)(14反应速率与界面扩散速率的关系：A的消失速率＝通过气液相界面的扩散速率则以相界面积为基准的反应速率可表示为：(14.2.7)基本方程的应用：根据反应条件，求出反应组分在液膜中的分布在反应达到定常态时第二节气液相反应器反应速率与界面扩散速率的关系：A的消失速率＝通过气液相界面的(二)不同类型气液相反应的宏观速率方程按本征反应速率的快慢分类瞬间反应快速反应中速反应慢速反应反应控制步骤不同反应区域及浓度分布模式各不相同边界条件、宏观速率方程不同第二节气液相反应器(二)不同类型气液相反应的宏观速率方程按本征反应速率的快慢分1.瞬间反应(1)瞬间反应的特点及其反应区域与浓度分布反应过程为？？？控制。相界面液膜反应面气膜δδL

传质

组分A和组分B之间的反应瞬间完成，A与B不能共存。在液膜内的某一个面上A和B的浓度均为0，该面称“反应面”，“反应面”的位置随液相中B的浓度的升高向气膜方向移动。第二节气液相反应器1.瞬间反应(1)瞬间反应的特点及其反应区域与浓度分布反应过相界面（反应面）当液相浓度升高到某一数值时，反应面与气液界面重合，这种情况称“界面反应”。界面反应第二节气液相反应器相界面（反应面）当液相浓度升高到某一数值时，反应面与气液界面(2)瞬间反应的宏观速率方程反应过程为传质控制过程宏观反应速率与扩散速率相等瞬间反应解析的核心是如何计算扩散速率A、B在液膜中的扩散速率(14.2.10)(14.2.11)相界面液膜反应面气膜δδL第二节气液相反应器(2)瞬间反应的宏观速率方程反应过程为传质控制过程A、B在液在反应边界(14.2.15)利用A、B的扩散速率间的关系，消除难以测定的A在液膜中的传质系数相界面液膜反应面气膜δδL第二节气液相反应器在反应边界(14.2.15)利用A、B的扩散速率间的关系，消物理吸收时的最大传质速率(14.2.16)瞬间反应的增强系数(enhancementfactor)(14.2.18)第二节气液相反应器物理吸收时的最大传质速率(14.2.16)瞬间反应的增强系数利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界面浓度可得:(14.2.25)(14.2.26)KGA为气相总扩散系数第二节气液相反应器利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界

瞬间反应A(g)+αB(l)→P的反应平面随液相中B的浓度的升高而向气液界面移动。当B的浓度高于某临界浓度cBL,C以上时，反应平面与气液界面重合，此时的反应称界面反应。试推导出cBL,C的表达式，并给出气液界面反应的宏观速率方程。例题14.2.1第二节气液相反应器瞬间反应A(g)+αB(l)→P的反应平面随液解：(1)根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零由得故A在气膜中的扩散速率：根据NA和NB的关系式：故B在液膜中的扩散速率：第二节气液相反应器解：(1)根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零由得故A在另解(1)：由(14.2.22)式得：整理可得界面反应：即：故第二节气液相反应器另解(1)：由(14.2.22)式得：整理可得界面反应：即：(2)界面反应的宏观速率等于A在气膜中的扩散速率，故以气液界面面积为基准的宏观反应速率方程为：宏观反应速率方程第二节气液相反应器(2)界面反应的宏观速率等于A在气膜中的扩散速率，故以气液界

废气中的0.1%硫化氢用乙醇胺溶液(RNH2:CBL=1.2mol/m3)吸收，吸收反应为瞬间反应：求总反应吸收速度。气相扩散阻力很小(pAi=pA)时，求化学吸收增强因子。已知：液相传质系数kLA=4.3×10-5m/s，气相传质系数kGA=5.9×10-7mol/(m2•s•Pa)，组分A的液相扩散系数DLA=1.48×10-9m2/s，组分B的液相扩散系数DLB=0.95×10-9m2/s，组分A的亨利常数HA=12.2Pa•m3/mol，压力为101.3kPa，温度为293K。例题14.2.2第二节气液相反应器废气中的0.1%硫化氢用乙醇胺溶液(RNH2:解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由于cBL=1.2mol/m3<cBL,C，因此反应在液膜内进行。

由例题14.2.1(1)的结果得：第二节气液相反应器解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由于cBL=1.2mo总传质系数KG的计算由式14.2.26得：第二节气液相反应器总传质系数KG的计算由式14.2.26得：第二节气液相反由式14.2.17得:由于反应，吸收速度增加了10%。第二节气液相反应器由式14.2.17得:由于反应，吸收速度增加了10%。第二节A与B之间的反应速率较快反应发生在液膜内的某一区域中在液相主体不存在A组分，不发生A和B之间的反应2.快速反应(1)快速反应的特点及其反应区域与浓度分布(C)二级快反应，反应发生在在液膜内反应区注意A、B浓度在液膜中的分布第二节气液相反应器A与B之间的反应速率较快2.快速反应(1)快速反应的特点及其当B在液相中大量过剩时（浓度很高时），与A发生反应消耗的B的量可以忽略不计时，在液膜中B的浓度近似不变，反应速率只随液膜中A的浓度变化而变化，这种情况称拟一级快速反应。拟一级快速反应反应区？与一般二级反应的区别？反应区液相主体中B的浓度可视为常数第二节气液相反应器当B在液相中大量过剩时（浓度很高时），与A发生反应消耗的B的(2)拟一级快速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边界条件为（假设反应区域充满整个液膜）:(14.2.31)反应区液相主体中B的浓度第二节气液相反应器(2)拟一级快速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边(14.2.7)在定常态时对(14.2.31)式进行微分可得：(14.2.33)Hatta(八田)数第二节气液相反应器(14.2.7)在定常态时对(14.2.31)式进行微分可得的物理意义：最大反应速率与最大扩散速率之比(14.2.36)的物理意义：宏观反应速率与最大扩散速率之比快速反应的增强系数(14.2.40)第二节气液相反应器的物理意义：最大反应速率与最大扩散速率之比(14.2.36)利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界面浓度可得:(14.2.45)第二节气液相反应器利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界A与B的反应速率较慢A与B在液膜中反应，但一部分A进入液相主体，与B发生反应3.中速反应(1)中速反应的特点及其反应区域与浓度分布(E)二级中速反应，反应发生在液膜及液相主体内第二节气液相反应器A与B的反应速率较慢3.中速反应(E)二级中速反应，反应发(2)拟一级中速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边界条件为（假设反应区域充满整个液膜）:在边界条件下，对基本方程进行积分可得cA在液膜中的分布，微分后可得宏观速率方程第二节气液相反应器(2)拟一级中速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边反应很慢，液膜中的反应消耗量较少，可以忽略不计反应主要发生在液相主体4.慢速反应(1)慢速反应的特点及其反应区域与浓度分布(G)慢反应，反应主要在液相主体内第二节气液相反应器反应很慢，液膜中的反应消耗量较少，可以忽略不计4.慢速反应((H)极慢反应A、B在液膜中的浓度等于液相主体中的浓度扩散速率远远大于反应速率，近似于物理吸收极慢反应第二节气液相反应器(H)极慢反应A、B在液膜中的浓度等于液相主体中的浓度极慢(2)慢速反应的宏观反应速率方程(14.2.53)(14.2.54)对于极慢反应：第二节气液相反应器(2)慢速反应的宏观反应速率方程(14.2.53)(14.(a)填料塔；(b)喷淋塔；(c)板式塔液液气液气(c)气气液(b)气气液液(a)三、气液相反应器的设计(一)气液相反应器的类型第二节气液相反应器(a)填料塔；(b)喷淋塔；(c)板式塔液液气液气(c液气气液(d)液液气气(e)(d)鼓泡塔；(e)搅拌反应器第二节气液相反应器液气气液(d)液液气气(e)(d)鼓泡塔；(e)搅拌反应（二）填料反应器的设计计算设计计算的目的：塔径,填料层高度注意：反应过程中气相的摩尔数发生变化，以惰性成分为计算基准，便于设计计算设计的基础：反应速率方程、物料衡算式对于瞬时反应或快速反应反应物在液相主体中的浓度为0，即cAL＝0第二节气液相反应器（二）填料反应器的设计计算设计计算的目的：塔径,填料层高度对yA+dyAcB+dcByAcBZ=0Z=HqnGI,yA1cB1qLI,cB2yA2dZZ微单元内A的物料衡算A的损失量＝A的反应量气相惰性组分I的摩尔流量(14.2.58)第二节气液相反应器yA+dyAcB+dcByAcBZ=0Z=HqnGI,yA(14.2.65)式(14.2.58)积分：第二节气液相反应器(14.2.65)式(14.2.58)积分：第二节气液相反微单元内B的物料衡算B的损失量＝B的反应量液相惰性组分I的摩尔流量yA+dyAcB+dcByAcBZ=0Z=HqnGI,yA1cB1qLI,cB2yA2dZZ第二节气液相反应器微单元内B的物料衡算B的损失量＝B的反应量液相惰性组分I的摩(14.2.66)第二节气液相反应器(14.2.66)第二节气液相反应器

在逆流操作的填料塔中利用化学吸收把空气中的有害气体含量从0.1%降低到0.02%。（反应为界面反应A+B→P）

已知：kGA•ai=32×103mol/(h•m3•atm)，

kLA•ai=0.1h-1，

HA=0.125×10-3atm•m3/mol，气相流量为1.0×105mol/(m3•h)，液相流量为7.0×105mol/(m2•h)，气相总压pt=1atm，液相总浓度cT=5.6×104mol/m3，吸收液中吸收剂B的浓度为800mol/m3，试球塔顶处液相中B的浓度并计算所需塔高H。例题14.2.3第二节气液相反应器在逆流操作的填料塔中利用化学吸收把空气中的有(1)根据条件求出塔底处吸收液中B的浓度已知：pA1=1×0.02%=2×10-4atm，

pA2=1×0.1%=1×10-3atm，

cB1=800ml/m3，

qn

G=1.0×105mol/(m3•h)，

qn

L=7.0×105mol/(m2•h)，

ct=5.6×104mol/m3所以，全塔物料平衡第二节气液相反应器(1)根据条件求出塔底处吸收液中B的浓度所以，全塔物料平衡第(2)求塔高对于稀薄气体代入(14.2.69)式可得：界面反应的宏观速率方程：第二节气液相反应器(2)求塔高对于稀薄气体代入(14.2.69)式可得：界面反（三）鼓泡塔的设计计算1.半连续操作的鼓泡塔操作方式：液体一次加入，气体连续通入反应器底部，以气泡形式通过液层。特点：与均相间歇式反应器一样，操作状态为非稳态。qnGI,yA1HyA2第二节气液相反应器（三）鼓泡塔的设计计算操作方式：液体一次加入，气体连续通入反dZqnGI,yA1ZHyA2yA+dyAyA对于二级不可逆气液相反应假设：气相为平推流，液相为全混流A的物料衡算式如下：边界条件：根据边界条件，积分可得反应器高度第二节气液相反应器dZqnGI,yA1ZHyA2yA+dyAyA对于二级不可2.连续操作鼓泡塔的设计计算气相组分A的物料衡算为：假设：气相为平推流，液相为全混流－rAS：相界面积基准的反应速率

a：比相界面积第二节气液相反应器2.连续操作鼓泡塔的设计计算气相组分A的物料衡算为：假设：气(1)气－液相反应过程一般可概括为哪些步骤？(2)气－液相反应的本征反应速率方程是什么涵义？(3)气－液相瞬间反应的基本特点是什么？(4)气－液相瞬间反应的增强系数有何物理意义？(5)什么是界面反应？(6)

气－液相快速反应的基本特点是什么？本节思考题第二节气液相反应器(1)气－液相反应过程一般可概括为哪些步骤？本节思考题第二(7)根据气－液相拟一级快速反应的宏观速率方程，简述提高反应速率的措施。(8)什么是八田数？它有何物理意义？(9)气－液相拟一级快速反应的增强系数具有什么物理意义？(10)气－液慢速反应的基本特点是什么？(11)气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢有不同的表达形式，为什么？本节思考题第二节气液相反应器(7)根据气－液相拟一级快速反应的宏观速率方程，简述提高反第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂二、固相催化反应过程三、固相催化反应的本征动力学四、固相催化反应的宏观动力学五、固相催化反应器的设计与操作本节的主要内容第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂本节的主第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂（一）催化反应的特征及其在环境工程中的应用催化剂：能改变反应的速率，而本身在反应前后并不发生变化

的物质。催化反应：均相催化反应、非均相催化反应应用：有机废气的催化氧化处理(Pt，Mn－Cu，Mn－Fe)；低浓度废水、污染地下水的高级氧化处理(TiO2)；高浓度有机废水的催化湿式氧化；硝酸根废水、硝酸盐污染地下水的催化还原处理(Fe)。第一节固相催化反应器一、固相催化反应与固体催化剂催化催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般情况下催化剂的用量很少。催化剂只能改变反应的历程和反应速率，不能改变反应的产物。对于可逆反应，催化剂不改变反应的平衡状态，即不改变化学平衡关系。 催化剂对反应有较好的选择性，一种催化剂一般只能催化特定的一个或一类反应。第一节固相催化反应器催化反应的基本特征：催化剂本身在反应前后不发生变化，催化剂能够反复利用，所以一般第一节固相催化反应器(1)活性物质：催化剂中真正起催化作用的组分，它常被分散固定在多孔物质的表面。（金属、金属氧化物）(2)载体（担体）：载体常常是多孔性物质，主要作用是提供大的表面和微孔，使催化活性物质附着在外部及内部表面。(3)促进剂：改善催化剂活性（氨催化合成铁催化剂＋CaO）(4)抑制剂：抑制催化剂活性，增强稳定性（银催化剂中加入卤化物控制乙烯的完全氧化）（二）固体催化剂1、固体催化剂的组成活性物质、载体、助催化剂、抑制剂影响催化剂寿命的主要因素？第一节固相催化反应器(1)活性物质：催化剂中真正起催化作非均相化学反应器课件第一节固相催化反应器(1)比表面积(as)(SpecificSurfaceArea)包括外表面积和内表面积)称为比表面积,以as表示。大多数固体催化剂的比表面积在5～1000m2/g之间。(2)孔体积(Vg)和孔隙率(εp)每克催化剂内部微孔所占的体积。孔隙率是固体催化剂颗粒孔容积占总体积的分率。(3)固体密度(ρs)和颗粒密度(ρP)：固体密度(ρs)：指催化剂固体物质本身的密度。颗粒密度(ρP)：指单位体积固体催化剂颗粒（包括孔体积）的质量。2.固体催化剂的物理性状第一节固相催化反应器(1)比表面积(as)(Specif第一节固相催化反应器(4)微孔的结构与孔体积分布(5)颗粒堆积密度(ρb)固体催化剂填充层的密度（重量与填充层体积之比）(6)填充层空隙率(εb)固体催化剂填充层内空隙体积与总体积之比。第一节固相催化反应器(4)微孔的结构与孔体积分布固体催化剂微孔内表面二、固相催化反应过程第一节固相催化反应器固相催化反应的发生场所：①反应物的外扩散、②反应物的内扩散、③反应物的吸附、④表面反应、⑤产物的脱附、⑥产物的内扩散、⑦产物的外扩散A流体主体边界层1A2A3A4P5P6P7P扩散过程动力学过程(表面过程)催化剂的表面（外、内表面）固体催化剂微孔内表面二、固相催化反应过程第一节固相催化反①多步骤串连过程②固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关③反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤(ratecontrollingstep)

扩散控制(传质控制)、动力学控制④反应达到定常态时，各步骤的速率相等第一节固相催化反应器固相催化反应的特点①多步骤串连过程第一节固相催化反应器固相催化反应的特点第一节固相催化反应器三、固相催化反应的本征动力学（一）化学吸附与脱附速率固相催化反应的本质:化学吸附→表面反应→脱附气固反应为例化学吸附反应活性中心A与活性中心的络合物脱附速率吸附率吸附速率空位率第一节固相催化反应器三、固相催化反应的本征动力学（一）化表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率第一节固相催化反应器达到吸附平衡时：吸附速率＝脱附速率吸附平衡方程（KA为吸附平衡常数）(14.1.11)表观吸附速率＝吸附速率－脱附速率第一节固相催化反应器达到（二）表面化学反应第一节固相催化反应器表面反应方程各反应组分与活性中心的络合物表观反应速率＝正反应速率－副反应速率反应达到平衡时：正反应速率＝副反应速率(14.1.17)(14.1.18)（二）表面化学反应第一节固相催化反应器表面反应方程各反（三）本征动力学第一节固相催化反应器基本假设：①三个反应步骤中必然存在一个控制步骤；②除控制步骤外，其他步骤处于平衡状态；③吸附过程和脱附过程属理想过程，即可用兰格谬尔吸附模型来描述。反应的基本过程（三）本征动力学第一节固相催化反应器基本假设：反应第一节固相催化反应器A的吸附速率：(14.1.22)表观反应速率：(14.1.23)P的脱附速率：(14.1.24)(14.1.25)各过程的速率方程（气固相反应）第一节固相催化反应器A的吸附速率：(14.1.22)表观1.反应物吸附过程控制第一节固相催化反应器表面反应和产物的脱附达到平衡(14.1.31)1.反应物吸附过程控制第一节固相催化反应器表面反应和产物2.表面反应过程控制第一节固相催化反应器反应物吸附和产物的脱附达到平衡(14.1.38)2.表面反应过程控制第一节固相催化反应器反应物吸附和产物3.产物脱附过程控制第一节固相催化反应器反应过程、反应物的吸附达到平衡(14.1.45)3.产物脱附过程控制第一节固相催化反应器反应过程、(14第一节固相催化反应器幂函数型的速率方程特点：形式简单，计算方便，比较适用于反应的控制不如双曲线型的速率方程能反映反应的机理第一节固相催化反应器幂函数型的速率方程特点：第一节固相催化反应器（四）本征动力学方程的实验测定固相催化反应本征动力学实验的关键：排除外扩散和内扩散过程的影响排除外扩散影响的方法：加大流体速度，提高流体湍流程度，可以减小边界层的厚度，使边界层的扩散阻力小到足以忽略的程度

排除内扩散影响的方法：尽量减小催化剂的颗粒直径第一节固相催化反应器（四）本征动力学方程的实验测定固相催第一节固相催化反应器有外扩散阻力填充量m2（层高度h2）高流速区无外扩散阻力填充量m1（层高度h1）消除外扩散影响的实验条件的确定方法(h1>h2)第一节固相催化反应器有外扩散阻力填充量m2高流速区无外扩第一节固相催化反应器有内扩散阻力无内扩散阻力消除内扩散影响的实验条件的确定方法第一节固相催化反应器有内扩散阻力无内扩散阻力消除内扩散影第一节固相催化反应器思考题：固体催化剂颗粒内部各处的反应速率是否相同？为什么?内部各处浓度不同、温度也有可能不同。本征动力学方程不便于应用第一节固相催化反应器思考题：固体催化剂颗粒内部各处的反应第一节固相催化反应器四、固相催化反应的宏观动力学(一)宏观反应速率宏观反应速率(－RA)：催化剂颗粒体积为基准的平均反应速率。本征反应速率、催化剂颗粒大小、形状、扩散速率影响因素：－RA与－rA之间的关系：(14.1.46)第一节固相催化反应器四、固相催化反应的宏观动力学宏观反应第一节固相催化反应器（二）催化剂的有效系数(effectivefactor、亦称效率因子)反应物A在催化剂表面的浓度以颗粒体积为基准的反应速率常数第一节固相催化反应器（二）催化剂的有效系数(effect流体边界层0R催化剂颗粒cAbcAscA＋dcAcA半径位置0rRrR0流体中浓度drr（三）固相催化反应的宏观动力学球形固体催化剂内反应物A的浓度分布流体边界层0R催化剂cAbcAscA＋dcAcA半径位置0r第一节固相催化反应器1.球形催化剂的基本方程0RdrrA从r＋dr面的进入量：A从r面的排出量：A的反应量：根据物料衡算式整理可得(z＝r/R)：（边界条件参见讲义）(14.1.48)第一节固相催化反应器1.球形催化剂的基本方程0RdrrA第一节固相催化反应器2.球形催化剂内的浓度分布方程球形催化剂的最大反应速率（n级反应）球形催化剂的内部最大扩散速率式催化剂内部球心处的A的浓度为零，浓度梯度达到最大第一节固相催化反应器2.球形催化剂内的浓度分布方程球形催ΦS称西勒(Thiele)模数第一节固相催化反应器ΦS称西勒(Thiele)模数第一节固相催化反应器第一节固相催化反应器以催化剂颗粒体积为基准的最大反应速率与最大内扩散速率的比值。反映了反应过程受内扩散及本征反应的影响程度。内扩散阻力越大，De越小，ΦS值则越大。

ΦS称西勒(Thiele)模数的物理意义第一节固相催化反应器以催化剂颗粒体积为基准的最大反应速率第一节固相催化反应器对于1级反应n＝1基本方程变形为：颗粒内部浓度分布积分得(14.1.59)第一节固相催化反应器对于1级反应n＝1基本方程变形为第一节固相催化反应器3.球形催化剂内的宏观速率方程（1级反应）(14.1.62)第一节固相催化反应器3.球形催化剂内的宏观速率方程（1级第一节固相催化反应器由催化剂的有效系数的定义：(14.1.64)(14.1.62)第一节固相催化反应器由催化剂的有效系数的定义：(14.1

利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油的催化分解反应，该反应可以认为一级反应，且在630℃时的本征动力学方程为-rA=7.99×10-7pAmol/(s•cm3)。已知粗柴油的有效扩散系De=7.82×10-4cm2/s，试计算该催化反应的催化剂的有效系数。

例题14.1.1第一节固相催化反应器利用直径为0.3cm的球形硅铝催化剂进行粗柴油根据气体方程：所以本征动力学方程的反应常数为：一级反应的西勒数为：第一节固相催化反应器解：根据气体方程：所以本征动力学方程的反应常数为：一级反应的西勒第一节固相催化反应器4.西勒模数对固相催化反应过程的影响(14.1.64)值越小：反应速率与扩散速率的比值越小，宏观反应速率受扩散的影响就越小。<0.1-0.3,1值越大：反应速率与扩散速率的比值越大，宏观反应速率受扩散的影响就越大。>5-9,1/(<0.1)反应动力学控制扩散控制第一节固相催化反应器4.西勒模数对固相催化反应过程的影响第一节固相催化反应器操作方式：固定床催化反应器多用于气－固催化反应，其一般操作方式是气体从上而下通过床层。应用：石油化工、有机化工、废水/废气的催化处理特点：催化反应大多数都伴随着热效应，反应器的温度控制是反应器操作的关键反应器类型：热交换方式可分为绝热式反应器、换热式反应器、自热式反应器等。五、固相催化反应器的设计与操作（一）固定床催化反应器第一节固相催化反应器操作方式：固定床催化反应器多用于气－第一节固相催化反应器对已知原料组成和要实现的转化率,计算求出反应器的体积、催化剂的需要量、床层高度以及有关的工艺参数等。设计简化模型：一维拟均相理想模型（最简单的模型）的基本假设：①流体在反应器内径向温度、浓度均一，仅沿轴向变化，流体流动相当于推流式反应器。②流体与催化剂在同一截面处的温度、反应物浓度相同

固定床反应器设计的主要任务：第一节固相催化反应器对已知原料组成和要实现的转化率,计算第一节固相催化反应器1.等温反应器的设计反应速率方程设计方程(14.1.72)物料衡算式(14.1.71)根据设计方程可求出m、继而可求出床层高度第一节固相催化反应器1.等温反应器的设计反应速率方程设第一节固相催化反应器物料衡算式的推导对于厚度为dl的床层微体积单元A的进入量：qn

AA的流出量：qn

A＋dqnAA的反应量：A的积累量：0第一节固相催化反应器物料衡算式的推导对于厚度为dl的床层

三氯乙烯(TCE:C2HCl3)与TiO2接触反应时，大部分转化成CO2和HCl(Cl-)，还生成少量的COCl2和CHCl3。TCE浓度为c0=0.02mol/m3的地下水用填充TiO2的反应器分解，流量为Q=0.05m3/s，分解反应的速度是：式中反应速度常数a、b分别为:a=0.029m3/(s•kg)，

b=109m3/mol。求TCE浓度减少80%所需催化剂重量W。例题14.1.2第一节固相催化反应器三氯乙烯(TCE:C2HCl3)与TiO2接解：代入数据求得：第一节固相催化反应器得：由式14.1.72解：代入数据求得：第一节固相催化反应器得：由式14.1.第一节固相催化反应器物料衡算式反应速率方程(温度、转化率)2.非等温固定床催化反应器的设计热量衡算式温度分布第一节固相催化反应器物料衡算式2.非等温固定床催化反应器第一节固相催化反应器（二）流化床反应器的设计与操作Lm固定式Lmf临界流态化Lf散式流态化Lf聚式流态化节涌气体输送颗粒的流化及流化态的各种形式

第一节固相催化反应器（二）流化床反应器的设计与操作Lm固流化床反应器：催化剂颗粒处于流态化状态的反应器1.固体粒子的流化态与流化床反应器第一节固相催化反应器流化床的主要优点：①热能效率高，床内温度易于维持均匀；②传质效率高；③颗粒一般较小，可以消除内扩散的影响；④反应器的结构简单。流化床的主要不足：①能量消耗大；②颗粒间的磨损和带出造成催化剂的损耗；③气固反应的流动状态不均匀，会降低气固接触面积；④颗粒的流动基本上时全混流，同时造成流体的返混，影响反应速率。流化床反应器：催化剂颗粒处于流态化状态的反应器1.固体粒子的流化床反应器设计的简化模型均相模型（全混流模型、活塞流模型）

第一节固相催化反应器2.流化床的设计流化床反应器的设计模型物料平衡式热量平衡式流体力学方程动力学方程流化床反应器设计的简化模型第一节固相催化反应器2.流化床(1)催化反应有哪些基本特征？(2)固体催化剂的一般组成是什么？载体在固体催化剂中起什么作用？(3)固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤？(4)固相催化反应有哪些基本特点？(5)固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤？(6)在进行本征动力学速率方程的实验测定中，如何消除外扩散和内扩散的影响？分别如何确定实验条件？

本节思考题第一节固相催化反应器(1)催化反应有哪些基本特征？本节思考题第一节固相催化(7)催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？(8)催化西勒(Thiele)模数的物理意义是什么？具体说明西勒(Thiele)模数的大小如何影响催化剂的有效系数？(9)简述影响球形催化剂有效系数的主要因素及其产生的影响。(10)什么是流化床反应器？与固定床反应器相比，它有哪些优缺点？本节思考题第一节固相催化反应器(7)催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？本节思考第二节气－液相反应器第十四章非均相化学反应器第二节气－液相反应器第十四章非均相化学反应器一、气－液相反应二、气液相反应动力学三、气液相反应器的设计第二节气液相反应器本节的主要内容一、气－液相反应第二节气液相反应器本节的主要内容气－液相反应：反应物中的一个和一个以上组分在气相中，其它组分均处于液相状态的反应称为气液相反应。特点：反应一般只发生在液相中，气相不发生反应。应用：有害气体的化学吸收；饮用水、污水的臭氧氧化、印染废水的臭氧脱色；硝酸盐污染地下水的氢气还原处理等；污水好氧生物处理中的曝气；有机、还原性气体的生物处理。一、气－液相反应（一）气－液相反应及其应用第二节气液相反应器气－液相反应：反应物中的一个和一个以上组分在气相中，其它组分（二）气液相反应过程气泡液相第二节气液相反应器（二）气液相反应过程气泡液相第二节气液相反应器气膜液膜气相主体液相主体相界面AA1A2BBP3P4A5①A从气相主体通过气膜扩散到气液相界面；②A从相界面进入液膜，同时B从液相主体扩散进入液膜；③A、B在液膜内发生反应；④生成物P的扩散；⑤液膜中未反应完的A扩散进入液相主体，在液相主体与B发生反应。

几点注意传质和反应的综合本征反应速率宏观反应速率反应控制传质控制第二节气液相反应器气膜液膜气相主体液相主体相界面AA1A2BBP3P4A5①A气相主体气膜液膜液相主体相界面二、气液相反应动力学（一）气液相反应的基本方程第二节气液相反应器气相主体气膜液膜液相主体相界面二、气液相反应动力学第二节气气相主体气膜液膜液相主体相界面二级不可逆气液相反应本征反应速率方程为：（注意：液相中的反应，即单位液体，而不是混合液体积的反应速率）A的扩散进入量：反应量：积累量：定常态(0)A的扩散出去量：第二节气液相反应器气相主体气膜液膜液相主体相界面二级不可逆气液相反应本征反应速反应物A的物料衡算式：(14.2.1)(14.2.2)(14.2.3)二级不可逆气液相反应同理，B的基本方程第二节气液相反应器反应物A的物料衡算式：(14.2.1)(14.2.2)(14反应速率与界面扩散速率的关系：A的消失速率＝通过气液相界面的扩散速率则以相界面积为基准的反应速率可表示为：(14.2.7)基本方程的应用：根据反应条件，求出反应组分在液膜中的分布在反应达到定常态时第二节气液相反应器反应速率与界面扩散速率的关系：A的消失速率＝通过气液相界面的(二)不同类型气液相反应的宏观速率方程按本征反应速率的快慢分类瞬间反应快速反应中速反应慢速反应反应控制步骤不同反应区域及浓度分布模式各不相同边界条件、宏观速率方程不同第二节气液相反应器(二)不同类型气液相反应的宏观速率方程按本征反应速率的快慢分1.瞬间反应(1)瞬间反应的特点及其反应区域与浓度分布反应过程为？？？控制。相界面液膜反应面气膜δδL

传质

组分A和组分B之间的反应瞬间完成，A与B不能共存。在液膜内的某一个面上A和B的浓度均为0，该面称“反应面”，“反应面”的位置随液相中B的浓度的升高向气膜方向移动。第二节气液相反应器1.瞬间反应(1)瞬间反应的特点及其反应区域与浓度分布反应过相界面（反应面）当液相浓度升高到某一数值时，反应面与气液界面重合，这种情况称“界面反应”。界面反应第二节气液相反应器相界面（反应面）当液相浓度升高到某一数值时，反应面与气液界面(2)瞬间反应的宏观速率方程反应过程为传质控制过程宏观反应速率与扩散速率相等瞬间反应解析的核心是如何计算扩散速率A、B在液膜中的扩散速率(14.2.10)(14.2.11)相界面液膜反应面气膜δδL第二节气液相反应器(2)瞬间反应的宏观速率方程反应过程为传质控制过程A、B在液在反应边界(14.2.15)利用A、B的扩散速率间的关系，消除难以测定的A在液膜中的传质系数相界面液膜反应面气膜δδL第二节气液相反应器在反应边界(14.2.15)利用A、B的扩散速率间的关系，消物理吸收时的最大传质速率(14.2.16)瞬间反应的增强系数(enhancementfactor)(14.2.18)第二节气液相反应器物理吸收时的最大传质速率(14.2.16)瞬间反应的增强系数利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界面浓度可得:(14.2.25)(14.2.26)KGA为气相总扩散系数第二节气液相反应器利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界

瞬间反应A(g)+αB(l)→P的反应平面随液相中B的浓度的升高而向气液界面移动。当B的浓度高于某临界浓度cBL,C以上时，反应平面与气液界面重合，此时的反应称界面反应。试推导出cBL,C的表达式，并给出气液界面反应的宏观速率方程。例题14.2.1第二节气液相反应器瞬间反应A(g)+αB(l)→P的反应平面随液解：(1)根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零由得故A在气膜中的扩散速率：根据NA和NB的关系式：故B在液膜中的扩散速率：第二节气液相反应器解：(1)根据题意，在气液界面处A、B的浓度均为零由得故A在另解(1)：由(14.2.22)式得：整理可得界面反应：即：故第二节气液相反应器另解(1)：由(14.2.22)式得：整理可得界面反应：即：(2)界面反应的宏观速率等于A在气膜中的扩散速率，故以气液界面面积为基准的宏观反应速率方程为：宏观反应速率方程第二节气液相反应器(2)界面反应的宏观速率等于A在气膜中的扩散速率，故以气液界

废气中的0.1%硫化氢用乙醇胺溶液(RNH2:CBL=1.2mol/m3)吸收，吸收反应为瞬间反应：求总反应吸收速度。气相扩散阻力很小(pAi=pA)时，求化学吸收增强因子。已知：液相传质系数kLA=4.3×10-5m/s，气相传质系数kGA=5.9×10-7mol/(m2•s•Pa)，组分A的液相扩散系数DLA=1.48×10-9m2/s，组分B的液相扩散系数DLB=0.95×10-9m2/s，组分A的亨利常数HA=12.2Pa•m3/mol，压力为101.3kPa，温度为293K。例题14.2.2第二节气液相反应器废气中的0.1%硫化氢用乙醇胺溶液(RNH2:解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由于cBL=1.2mol/m3<cBL,C，因此反应在液膜内进行。

由例题14.2.1(1)的结果得：第二节气液相反应器解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由于cBL=1.2mo总传质系数KG的计算由式14.2.26得：第二节气液相反应器总传质系数KG的计算由式14.2.26得：第二节气液相反由式14.2.17得:由于反应，吸收速度增加了10%。第二节气液相反应器由式14.2.17得:由于反应，吸收速度增加了10%。第二节A与B之间的反应速率较快反应发生在液膜内的某一区域中在液相主体不存在A组分，不发生A和B之间的反应2.快速反应(1)快速反应的特点及其反应区域与浓度分布(C)二级快反应，反应发生在在液膜内反应区注意A、B浓度在液膜中的分布第二节气液相反应器A与B之间的反应速率较快2.快速反应(1)快速反应的特点及其当B在液相中大量过剩时（浓度很高时），与A发生反应消耗的B的量可以忽略不计时，在液膜中B的浓度近似不变，反应速率只随液膜中A的浓度变化而变化，这种情况称拟一级快速反应。拟一级快速反应反应区？与一般二级反应的区别？反应区液相主体中B的浓度可视为常数第二节气液相反应器当B在液相中大量过剩时（浓度很高时），与A发生反应消耗的B的(2)拟一级快速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边界条件为（假设反应区域充满整个液膜）:(14.2.31)反应区液相主体中B的浓度第二节气液相反应器(2)拟一级快速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边(14.2.7)在定常态时对(14.2.31)式进行微分可得：(14.2.33)Hatta(八田)数第二节气液相反应器(14.2.7)在定常态时对(14.2.31)式进行微分可得的物理意义：最大反应速率与最大扩散速率之比(14.2.36)的物理意义：宏观反应速率与最大扩散速率之比快速反应的增强系数(14.2.40)第二节气液相反应器的物理意义：最大反应速率与最大扩散速率之比(14.2.36)利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界面浓度可得:(14.2.45)第二节气液相反应器利用在气膜中的扩散速率方程和亨利定律，消除上式中难以测得的界A与B的反应速率较慢A与B在液膜中反应，但一部分A进入液相主体，与B发生反应3.中速反应(1)中速反应的特点及其反应区域与浓度分布(E)二级中速反应，反应发生在液膜及液相主体内第二节气液相反应器A与B的反应速率较慢3.中速反应(E)二级中速反应，反应发(2)拟一级中速反应的宏观反应速率方程反应过程的基本方程：边界条件为（假设反应区域充满整个液膜）:在边界条件下，对基本方程进行积分可得cA在液膜中的分布，微分后可得宏