化學(xué)反應(yīng)工程-22-第七章-氣液相反應(yīng)過程

β與γ之間的關(guān)系：①當(dāng)時，則或反應(yīng)液的濃度遠(yuǎn)低于氣體的溶解度，或傳質(zhì)系數(shù)kLA非常小的情況，快速反應(yīng)轉(zhuǎn)化為瞬間反應(yīng)。時，才需按快速二級不可逆反應(yīng)進(jìn)行處理。時，已足夠大，或傳質(zhì)系數(shù)足夠大，以致CB在膜內(nèi)不變，可按擬一級快速不可逆反應(yīng)處理。④當(dāng)時，，快速反應(yīng)退化為慢速反應(yīng)。由圖可見：。這相當(dāng)于反應(yīng)速率常數(shù)k值比較大，②當(dāng)③當(dāng)值都落在對角線附近，或者說，反應(yīng)速率例用水溶液在吸收某尾氣中的，其計量方程為：。此反應(yīng)為二級不可逆反應(yīng)，反應(yīng)速率式為，分別為和的濃度。已知在操作條件下有：，，，，，試求當(dāng)（絕對）和

時，此氣—液反應(yīng)的速率為多少？解：應(yīng)用試差法，設(shè)：判斷是否相等，若不等，則重新假設(shè)，若滿足誤差范圍，試差停止。結(jié)果：三、中速反應(yīng)宏觀動力學(xué)特點(diǎn)：在液膜和液相主體都發(fā)生反應(yīng)，即。1、不可逆二級中速反應(yīng)最后一個邊界條件的含義是：進(jìn)入液相主體的擴(kuò)散量必等于液相主體中的反應(yīng)量。物理模型如圖⑸所示?！獑挝粋髻|(zhì)表面的積液體積。該方程沒有顯式解，只有數(shù)值解。2、一級或擬一級不可逆中速反應(yīng)不變，基礎(chǔ)方程化為：將上式和邊界條件無因次化：令 則：物理模型如圖⑹，則（1）式轉(zhuǎn)化成：令邊界條件的無因次化：令⑵式的通解為：代入邊界條件求當(dāng)時，（3）式為：即：最后：結(jié)果：利用雙曲函數(shù)：則：的濃度分布求出后，宏觀反應(yīng)速率：則：顯然：四、慢速反應(yīng)宏觀動力學(xué)特點(diǎn)：和傳質(zhì)速率相比較，反應(yīng)緩慢，反應(yīng)主要發(fā)生在液相主體內(nèi)，但A傳遞入主體時的液膜阻力仍然起一定影響，如圖⑺所示。和物理吸收過程一樣，濃度分布：宏觀動力學(xué)方程：1、慢速反應(yīng)由于反應(yīng)主要發(fā)生在液相主體，則在液膜中僅發(fā)生A組分的擴(kuò)散過程，因此與物理吸收相同，此時基礎(chǔ)方程為：物理圖像如上圖⑻所示，反應(yīng)極其緩慢，傳質(zhì)阻力可以忽略不計，在液相中組分A和B是均勻的，整個過程由反應(yīng)速率控制。設(shè)反應(yīng)速率式為：（單位時間、單位體積中A的反應(yīng)量）2、極慢反應(yīng)這里介紹三個概念：——單位氣、液混合物容積中的相界面積；——表示氣、液混合物中的液含率（液相體積分率）；——表示氣、液混合物中氣含率（氣相體積分率）。下面來看一、膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)γ與反應(yīng)快慢判斷的物理含義（對一級不可逆反應(yīng)）：γ反映了液膜內(nèi)進(jìn)行的極限反應(yīng)量與極限傳遞速率之比，所以可以應(yīng)用它來判斷反應(yīng)的快慢。與氣固相催化反應(yīng)的Φ模數(shù)意義類似。氣液非均相系統(tǒng)中的幾個重要參數(shù)①反應(yīng)在液膜內(nèi)進(jìn)行的是快速反應(yīng)或瞬間反應(yīng)（注：反應(yīng)的快慢是相對于傳質(zhì)速率而言，不是以kLA或k的大小來定義的），此時：（-RA）是以單位時間、單位體積反應(yīng)器內(nèi)的A反應(yīng)量。當(dāng)時，則：由上式可知，反應(yīng)速率與kLA或無關(guān)，而與a成正比，故對快反應(yīng)，宜選用填料塔、噴灑塔等。同樣，對瞬間反應(yīng)，在一定條件下，為一定值，亦與k無關(guān)。時，即膜內(nèi)最大反應(yīng)量大于4倍膜內(nèi)最大傳質(zhì)量時，可以認(rèn)為②時，反應(yīng)全部在液相主體中進(jìn)行，為慢反應(yīng)的情況，此時：即A濃度在膜內(nèi)降低極小，反應(yīng)速率為：為提高反應(yīng)速率，必須提高存液量，即fL，故宜選用鼓泡塔。對中速反應(yīng)，有關(guān)資料較少，故一般總是改變條件，使其轉(zhuǎn)化為快速或慢速反應(yīng)，或者采取大，a也盡量大，如選用③時，中速反應(yīng)情況。若表明主體內(nèi)反應(yīng)量大于膜內(nèi)反應(yīng)量，此時β不但與γ有關(guān)，還與帶攪拌器的反應(yīng)釜。有關(guān)。二、增強(qiáng)系數(shù)β不同反應(yīng)，β的大小也不同，歸納如下：②不可逆一級快速反應(yīng)：①瞬間飛快反應(yīng)：③不可逆二級快速反應(yīng)：④零級快速反應(yīng)：⑤可逆一級快速反應(yīng)：三、反應(yīng)相內(nèi)部利用率和氣固相反應(yīng)一樣，對氣液相反應(yīng)，也存在一個內(nèi)部利用率問題。對一級反應(yīng)定義如下： 對二級反應(yīng)只有數(shù)值解。氣液相反應(yīng)速率的測定（本征動力學(xué)）氣液相反應(yīng)速率的測定原理雙全混反應(yīng)釜，可以測定本征動力學(xué)。雙全混：氣、液相全混。液相：對B作物料衡算：2、實(shí)驗(yàn)規(guī)劃和相關(guān)推導(dǎo)在穩(wěn)態(tài)下，不同的對應(yīng)不同的，只要測出，即可由上式求出B的反應(yīng)速率。

氣相：對A作衡算 測得即可求出

①氣相傳質(zhì)阻力的影響考察3、動力學(xué)過程判斷改變氣相攪拌速率，若rAL隨之而增大，表明氣相傳質(zhì)阻力存在；反之則可忽略。b、和VRL、S都有關(guān)，則反應(yīng)為0.02<γ<2，或中速或緩慢反應(yīng)；②液相中反應(yīng)速率快慢的考察改變相界面S和液容積VRL時，若：a、和VRL無關(guān)，而和S成正比，則反應(yīng)為γ>2的瞬間或快速反應(yīng)；c、和VRL成正比而和S無關(guān)，則反應(yīng)為的極慢反應(yīng)。例：氣液相反應(yīng)動力學(xué)方程的建立空氣（A）在120℃和常壓下將甲基苯甲酸甲酯（B）液相氧化成對苯甲酸一甲酯(R)，所用催化劑為環(huán)氧酸鈷，空氣流量在120-900l/hr范圍內(nèi)進(jìn)行測定，保證在600l/hr以上排除擴(kuò)散阻力對反應(yīng)速率的影響，因此可以采用在600l/hr的氣量下進(jìn)行測定反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)。用半連續(xù)操作法測定不同時間原料酯（B）的濃度變化，便可作出CB-t及xB-t圖，以下附圖即為在T=180℃下，催化劑濃度為6.5*10-4mol/l時實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：4、實(shí)例1、設(shè)反應(yīng)對B為n級，則積分：試差法求n，即假設(shè)一個n值（初始值），將各t時的CB值代入，若各k’值恒定，說明n值假設(shè)正確，否則重新假設(shè)。結(jié)果，則：顯然k’值實(shí)際包括了O2濃度的影響。2、在同一溫度和氣量下，