化學(xué)反應(yīng)工程_第六章_氣液反應(yīng)工程

1、第六章第六章氣液反應(yīng)及反應(yīng)器氣液反應(yīng)及反應(yīng)器目目 錄錄u 第一節(jié)氣液反應(yīng)平衡第一節(jié)氣液反應(yīng)平衡u 第二節(jié)氣液反應(yīng)歷程第二節(jié)氣液反應(yīng)歷程u 第三節(jié)氣液反應(yīng)動力學(xué)特征第三節(jié)氣液反應(yīng)動力學(xué)特征u 第四節(jié)氣液反應(yīng)器概述第四節(jié)氣液反應(yīng)器概述u 第五節(jié)第五節(jié) 鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器u 第六節(jié)第六節(jié) 填料反應(yīng)器填料反應(yīng)器第六章氣液反應(yīng)及反應(yīng)器第六章氣液反應(yīng)及反應(yīng)器u 氣液相反應(yīng)器的定義：包括氣相和液相，且氣相中的組氣液相反應(yīng)器的定義：包括氣相和液相，且氣相中的組分必須進(jìn)入到液相中才能進(jìn)行的反應(yīng)。分必須進(jìn)入到液相中才能進(jìn)行的反應(yīng)。u 進(jìn)行氣液相反應(yīng)的裝置：氣進(jìn)行氣液相反應(yīng)的裝置：氣液相反應(yīng)器。液相反應(yīng)器。u 基

2、本特征：基本特征：（1）至少有一反應(yīng)物在氣相；）至少有一反應(yīng)物在氣相；（2）反應(yīng)物都是氣相，但須進(jìn)入液相催化才能進(jìn)行反應(yīng)；）反應(yīng)物都是氣相，但須進(jìn)入液相催化才能進(jìn)行反應(yīng)；（3）氣液相反應(yīng)屬于非均相反應(yīng)，氣相反應(yīng)物必須經(jīng)過相）氣液相反應(yīng)屬于非均相反應(yīng)，氣相反應(yīng)物必須經(jīng)過相界面進(jìn)入液相，于是界面進(jìn)入液相，于是不僅包括反應(yīng)過程，還包括傳質(zhì)過不僅包括反應(yīng)過程，還包括傳質(zhì)過程程。p 有機(jī)物氧化有機(jī)物氧化p 有機(jī)物氯化有機(jī)物氯化p 有機(jī)物加氫有機(jī)物加氫p 其他有機(jī)反應(yīng)其他有機(jī)反應(yīng)p 酸性氣體的吸收酸性氣體的吸收p 合成產(chǎn)物合成產(chǎn)物 氣液相反應(yīng)器的操作氣液相反應(yīng)器的操作條件不是很苛刻，液相的條件不是很苛刻，

3、液相的蒸發(fā)和流動可把熱量帶出，蒸發(fā)和流動可把熱量帶出，易于實(shí)現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)，另易于實(shí)現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)，另外由于高效催化劑的開發(fā)，外由于高效催化劑的開發(fā)，使氣液相反應(yīng)器應(yīng)用較廣使氣液相反應(yīng)器應(yīng)用較廣泛。泛。第六章氣液反應(yīng)及反應(yīng)器第六章氣液反應(yīng)及反應(yīng)器n 相似點(diǎn)：相似點(diǎn)： 反應(yīng)物歷程：外擴(kuò)散反應(yīng)物歷程：外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)。反應(yīng)。氣相的擴(kuò)散反應(yīng)過程氣相的擴(kuò)散反應(yīng)過程氣體在多孔介質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散（氣固相催化反應(yīng)）氣體在多孔介質(zhì)內(nèi)的擴(kuò)散（氣固相催化反應(yīng)）溶解的氣體在液體內(nèi)的擴(kuò)散（氣液相反應(yīng)）溶解的氣體在液體內(nèi)的擴(kuò)散（氣液相反應(yīng)）n 差別點(diǎn)：差別點(diǎn)： （1）單相傳質(zhì)過程）單相傳質(zhì)過程 VS 相間傳質(zhì)過程相間傳質(zhì)過

4、程 （氣固相催化反應(yīng)）（氣固相催化反應(yīng)） （氣液反應(yīng)）（氣液反應(yīng)）（2）對流傳質(zhì)）對流傳質(zhì) VS 孔擴(kuò)散傳質(zhì)孔擴(kuò)散傳質(zhì)氣液反應(yīng)與氣固相催化反應(yīng)的異同氣液反應(yīng)與氣固相催化反應(yīng)的異同 A: C=5mol/L C=3mol/L B: C=5mol/L C=3mol/L傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向GasGasPorous SolidLiquid 氣液反應(yīng)的相平衡關(guān)系如下，包括氣液相平衡和氣液反應(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?；瘜W(xué)反應(yīng)平衡，先討論相平衡。 設(shè)氣相中組分設(shè)氣相中組分i溶解于液相中，當(dāng)氣液相平衡時，組溶解于液相中，當(dāng)氣液相平衡時，組分分i在氣相和液相中的逸度相等，即在氣相

5、和液相中的逸度相等，即第一節(jié)第一節(jié) 氣液反應(yīng)平衡氣液反應(yīng)平衡 i gi Lff iii gfpy iyi i 式中：式中：i的摩爾分率的摩爾分率i的逸度系數(shù)的逸度系數(shù)(6-1)(6-2)一、氣液相平衡一、氣液相平衡 iii LfE x iEix對于稀溶液，可用亨利定律表示：對于稀溶液，可用亨利定律表示： 式中：式中：亨利系數(shù)亨利系數(shù)i在液相中的摩爾分率在液相中的摩爾分率 iiiipyE x 1. 氣液平衡的一般關(guān)系為：氣液平衡的一般關(guān)系為：(6-3)一、氣液相平衡一、氣液相平衡1i iiipyE x 1) 氣相為理想氣體氣相為理想氣體，氣液相平衡關(guān)系為：，氣液相平衡關(guān)系為： iiiCH p i

6、C溶劑摩爾濃度溶劑摩爾濃度iH溶解度系數(shù)溶解度系數(shù)式中：式中：( )iii gCH f 低壓下：低壓下：2. Hi和和Ei的關(guān)系的關(guān)系0iiiiiiiiiCCH pH E xH EC 0CM 對于稀溶液，對于稀溶液，M近似等于溶劑的分子量近似等于溶劑的分子量M0，可得，可得Hi 和和Ei的近似關(guān)系：的近似關(guān)系：0iiHM E 式中式中，溶液密度，溶液密度，M溶液平均分子量溶液平均分子量 dlndlnd 1d 1iiiEHHTTR iV3. i、Ei 和溫度的關(guān)系和溫度的關(guān)系 i 在溶液中的偏摩爾容積，可查文獻(xiàn)得到。在溶液中的偏摩爾容積，可查文獻(xiàn)得到。4. i、Ei 和壓力的關(guān)系和壓力的關(guān)系 d

7、lndlnddiiiEHVppRT 亨利定律只適用于稀溶液和純?nèi)軇?，但在工業(yè)生產(chǎn)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，液相中含有電解質(zhì)和非電解質(zhì)，亨利定律并不過程中，液相中含有電解質(zhì)和非電解質(zhì)，亨利定律并不適用。適用。二、溶液中氣體溶解度的估算二、溶液中氣體溶解度的估算011220log()log().EHh Ih IEH 電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)溶液的iiEH和和式中式中E0、E為氣體在水中和在電解質(zhì)溶液中的亨利系數(shù)；為氣體在水中和在電解質(zhì)溶液中的亨利系數(shù)； H0、H為氣體在水中和在電解質(zhì)溶液中的溶解度系數(shù)；為氣體在水中和在電解質(zhì)溶液中的溶解度系數(shù)； I1、I2為溶液中各電解質(zhì)的離子

8、強(qiáng)度，為溶液中各電解質(zhì)的離子強(qiáng)度， 其中其中ci為離子濃度，為離子濃度，Zi為離子價數(shù)；為離子價數(shù)； h1、h2為溶液中各電解質(zhì)所引起的為溶液中各電解質(zhì)所引起的溶解度降低系數(shù)溶解度降低系數(shù)，其，其數(shù)值為數(shù)值為 ，其中，其中h+、h-、hG分別為該電解質(zhì)正、分別為該電解質(zhì)正、負(fù)離子及被溶解的氣體引起的數(shù)值。負(fù)離子及被溶解的氣體引起的數(shù)值。21 2iiIc Z Ghhhh 式中式中 hs 為非電解質(zhì)溶液為非電解質(zhì)溶液鹽效應(yīng)系數(shù)鹽效應(yīng)系數(shù)， ； Cs 為非電解質(zhì)的濃度，為非電解質(zhì)的濃度， 。 鹽效應(yīng)系數(shù)隨分子量增大而增加，可查表而得。鹽效應(yīng)系數(shù)隨分子量增大而增加，可查表而得。3m kmol2. 非電

9、解質(zhì)溶液的非電解質(zhì)溶液的 iiEH和和00log()log()ssEHh CEH3kmol m二、溶液中氣體溶解度的估算二、溶液中氣體溶解度的估算三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣液相平衡液相平衡 氣體氣體A與液相組分與液相組分B發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則則A組分既遵從相平組分既遵從相平衡關(guān)系又遵從化學(xué)平衡關(guān)系衡關(guān)系又遵從化學(xué)平衡關(guān)系。設(shè)溶解氣體。設(shè)溶解氣體A與液相中與液相中B發(fā)生發(fā)生反應(yīng)，則可表示為反應(yīng)，則可表示為 由化學(xué)平衡常數(shù)可寫出由化學(xué)平衡常數(shù)可寫出由相平衡關(guān)系式可得由相平衡關(guān)系式可得當(dāng)氣相是理想氣體混合物時，上式為當(dāng)氣相是理想氣體混合物時，上式為1/*AMNBMNAcBcccK

10、 c 1*( )1AMNBAMNA gAAcBcccfHHK c 1*1AMNBMNAAcBccpHK c 三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣液相平衡液相平衡 為了較深入地闡明帶化學(xué)反應(yīng)的氣液平衡關(guān)系，下面分為了較深入地闡明帶化學(xué)反應(yīng)的氣液平衡關(guān)系，下面分幾種類型來分析。幾種類型來分析。 1. 被吸收組分與溶劑相互作用被吸收組分與溶劑相互作用三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣三、帶化學(xué)反應(yīng)的氣液相平衡液相平衡 設(shè)被吸收組分設(shè)被吸收組分A在溶液中總濃度為在溶液中總濃度為 ，即，即 可得可得 。聯(lián)合理想氣體亨利定。聯(lián)合理想氣體亨利定律律 , 整理得整理得 當(dāng)當(dāng)A為稀溶液時，溶劑為稀溶液時，溶劑B是大量的，是大量

11、的， 與與 表觀上表觀上仍遵從亨利定律，但溶解度系數(shù)較無溶劑化作用時仍遵從亨利定律，但溶解度系數(shù)較無溶劑化作用時增大增大(1+ ) 倍。倍。 如如水吸收氨水吸收氨即屬此例。即屬此例。0Ac0*AAMccc 0*MAAcABABcccKc cc c *AAAcH p 0*1AAAAAcBccpHHK c *Ap0AccBKc 1. 被吸收組分與溶劑相互作用被吸收組分與溶劑相互作用2. 被吸收組分在溶液中離解被吸收組分在溶液中離解 由反應(yīng)平衡，由反應(yīng)平衡， ，當(dāng)溶液中無其他離子存在，當(dāng)溶液中無其他離子存在時，時， ，則，則cMNAKc cc MNcc MNcAccK c A的總濃度的總濃度 ，由，

12、由 ，則得則得該式表示該式表示A組分的溶解度為物理溶解量與離解量之和。組分的溶解度為物理溶解量與離解量之和。如如水吸收二氧化硫水吸收二氧化硫即屬此類型。即屬此類型。0AAMAcAccccK c *AAAcH p 0*AAAcAAcH pK H p 2. 被吸收組分在溶液中離解被吸收組分在溶液中離解3. 被吸收組分與溶劑中活性組分作用被吸收組分與溶劑中活性組分作用 設(shè)溶劑中活性組分起始濃度為設(shè)溶劑中活性組分起始濃度為 ，若組分，若組分B的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為 ，此時此時 ， ，由化學(xué)平衡關(guān)系，由化學(xué)平衡關(guān)系 01BBBccx 0MBBcc x */()/1cMABBABKcc cxcx 0BcBx

13、 將氣液平衡關(guān)系將氣液平衡關(guān)系 引入，則引入，則 液相總的液相總的A組分濃度組分濃度式中式中 為平衡常數(shù)為平衡常數(shù)Kc與溶解度系數(shù)與溶解度系數(shù)HA的乘積，的乘積，表征帶化學(xué)反應(yīng)的氣表征帶化學(xué)反應(yīng)的氣-液平衡特征。液平衡特征。 如果物理溶解量相對于化學(xué)轉(zhuǎn)化量可以忽略時，如果物理溶解量相對于化學(xué)轉(zhuǎn)化量可以忽略時，則則 該式為化學(xué)吸收典型的氣液平衡關(guān)系。該式為化學(xué)吸收典型的氣液平衡關(guān)系。*AAAcH p *(1)ABcABpxK Hx *00*0*1AAABBAABApccx cH pcp cAK H *000*1AABBBApcx ccp 3. 被吸收組分與溶劑中活性組分作用被吸收組分與溶劑中活性

14、組分作用 與物理吸收與物理吸收 的關(guān)的關(guān)系比較如下：系比較如下：物理吸收時，氣體的溶解物理吸收時，氣體的溶解度隨分壓呈直線關(guān)系；而度隨分壓呈直線關(guān)系；而化學(xué)吸收則呈漸近線關(guān)系，化學(xué)吸收則呈漸近線關(guān)系，在分壓很高時，氣體的溶在分壓很高時，氣體的溶解度趨近于化學(xué)計(jì)量的極解度趨近于化學(xué)計(jì)量的極限；物理吸收宜應(yīng)用于高限；物理吸收宜應(yīng)用于高分壓的情況下，而化學(xué)吸分壓的情況下，而化學(xué)吸收宜應(yīng)用于低分壓的情況收宜應(yīng)用于低分壓的情況下。下。AAAcH p 與物理吸收與物理吸收 的關(guān)系比較如下：的關(guān)系比較如下：對各種氣體的溶解度的高低，物理吸收主要體現(xiàn)在對各種氣體的溶解度的高低，物理吸收主要體現(xiàn)在H的數(shù)值的數(shù)值

15、上，而化學(xué)吸收則不同，取決于上，而化學(xué)吸收則不同，取決于 ( ( 的乘積的乘積) )的數(shù)值，的數(shù)值，即除了即除了HA值外，化學(xué)平衡常數(shù)值外，化學(xué)平衡常數(shù)Kc更具有特殊的選擇性。更具有特殊的選擇性。物理吸收溶解熱較小，僅數(shù)千焦耳每摩爾之內(nèi)，而化學(xué)吸物理吸收溶解熱較小，僅數(shù)千焦耳每摩爾之內(nèi)，而化學(xué)吸收溶解熱高達(dá)數(shù)萬焦耳每摩爾，因此，溫度改變對化學(xué)吸收溶解熱高達(dá)數(shù)萬焦耳每摩爾，因此，溫度改變對化學(xué)吸收平衡的影響較物理吸收時更為強(qiáng)烈。收平衡的影響較物理吸收時更為強(qiáng)烈。AAAcH p AcH K 一、氣液相間物質(zhì)傳遞一、氣液相間物質(zhì)傳遞傳質(zhì)模型：傳質(zhì)模型：雙膜論雙膜論 Higbie滲透論滲透論 Danc

16、kwerts表面更新理論表面更新理論 湍流傳質(zhì)論湍流傳質(zhì)論雙膜論：雙膜論：氣液相界面兩側(cè)各存在一個靜止膜：氣膜，液膜氣液相界面兩側(cè)各存在一個靜止膜：氣膜，液膜 傳質(zhì)速率取決于通過液膜和氣膜的分子擴(kuò)散速率。傳質(zhì)速率取決于通過液膜和氣膜的分子擴(kuò)散速率。假設(shè)：假設(shè)：擴(kuò)散組分在氣液界面處達(dá)到氣液相平衡。擴(kuò)散組分在氣液界面處達(dá)到氣液相平衡。第二節(jié)氣液反應(yīng)歷程第二節(jié)氣液反應(yīng)歷程雙膜理論雙膜理論g gL L ()GLGiiLGLDDNppccRT GLG LpGpiCLCi擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散尺度的比值擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散尺度的比值傳質(zhì)系數(shù)阻力的倒數(shù)傳質(zhì)系數(shù)阻力的倒數(shù)iicHp 在界面上在界面上GLDG和和DL分別表示

17、組分在氣體和液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)。分別表示組分在氣體和液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)。 上兩式消去界面條件上兩式消去界面條件ci 和和pi ，可得吸收速率，可得吸收速率 而而 上列各式中：上列各式中： p*為與液相為與液相cL相平衡的氣相分壓，相平衡的氣相分壓，MPa； c*為與氣相為與氣相pG相平衡的液相濃度，相平衡的液相濃度， ； 、 分別為氣膜和液膜的有效厚度，分別為氣膜和液膜的有效厚度，m； kG、kL分別等于分別等于 和和 ；DG和和DL分別表示組分別表示組 分在氣體和液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)，分在氣體和液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；*()()GGLLNKppKcc 1111GGLGLGLKRT

18、kHkDHD 111LGLGLGLKRTHHkkDD G L ()GGDRT LLD 3kmol m表表6-6 常見傳質(zhì)模型的主要特征常見傳質(zhì)模型的主要特征二、化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用二、化學(xué)反應(yīng)在相間傳遞中的作用 按化學(xué)反應(yīng)和傳遞的相對大小區(qū)分為各種情況按化學(xué)反應(yīng)和傳遞的相對大小區(qū)分為各種情況1. 化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程化學(xué)反應(yīng)可忽略的過程液相中的反應(yīng)量與物理吸收的量相比可忽略液相中的反應(yīng)量與物理吸收的量相比可忽略AArkC 01RAAV kCV Ck VACAVR 液膜中的反應(yīng)量遠(yuǎn)小于通過液膜傳遞的量，絕大部分在液液膜中的反應(yīng)量遠(yuǎn)小于通過液膜傳遞的量，絕大部分在液相主體內(nèi)完成，判別條件為：

19、相主體內(nèi)完成，判別條件為： 液膜中反應(yīng)量液膜中反應(yīng)量 11LDEED4. 化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子0|AAALxdCNDdx 反應(yīng)速率越快，反應(yīng)速率越快，濃度分布曲線越彎曲，濃度分布曲線越彎曲，則則數(shù)值越來越大。數(shù)值越來越大。無反應(yīng)時的濃度梯度無反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度DD的斜率的斜率DE的斜率的斜率11LDEED4. 化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子11反應(yīng)速率越快，反應(yīng)速率越快，濃度分布曲線越彎曲，濃度分布曲線越彎曲，則則數(shù)值越來越大。數(shù)值越來越大。無反應(yīng)時的濃度梯度無反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度DD的斜率的斜率DE的斜率

20、的斜率4. 化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子11LDEEDLDEED反應(yīng)速率越快，反應(yīng)速率越快，濃度分布曲線越彎曲，濃度分布曲線越彎曲，則則數(shù)值越來越大。數(shù)值越來越大。無反應(yīng)時的濃度梯度無反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度有反應(yīng)時的濃度梯度DD的斜率的斜率DE的斜率的斜率114. 化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收增強(qiáng)因子化學(xué)吸收增強(qiáng)因子1，降低液相傳質(zhì)阻力所占比例。，降低液相傳質(zhì)阻力所占比例。足夠大時，總阻力將由氣膜阻力所決定。足夠大時，總阻力將由氣膜阻力所決定。()()GGiLiLNkppkCC 11111(*)(*)GLGGGLLLLGKKKkHkHKkkNppCC 4.

21、化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子化學(xué)吸收的增強(qiáng)因子第三節(jié)氣液反應(yīng)動力學(xué)特征第三節(jié)氣液反應(yīng)動力學(xué)特征一、伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程一、伴有化學(xué)反應(yīng)的液相擴(kuò)散過程討論氣體在液膜中邊擴(kuò)散邊反應(yīng)的過程討論氣體在液膜中邊擴(kuò)散邊反應(yīng)的過程ABQdxx通過通過“擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)”方程來確定濃度分方程來確定濃度分布，進(jìn)而確定化學(xué)布，進(jìn)而確定化學(xué)吸收增強(qiáng)因子吸收增強(qiáng)因子dxxdxx擴(kuò)散入擴(kuò)散出反應(yīng)擴(kuò)散入擴(kuò)散出反應(yīng)微元微元液膜液膜22()AAAALALAd CdCdCDDdxr dxdxdxdx 22AAALd CrdxD 22BABLd CrdxD ,0, 0 |()LBAAiALBBiALxALdCxCCdxdCxCCDr

22、 Vdx ，0|AAALxdCNDdx 邊界條件邊界條件注意，化學(xué)吸收速率為：注意，化學(xué)吸收速率為：所以，解出擴(kuò)散反應(yīng)方程之后，就能得出化學(xué)吸收速率所以，解出擴(kuò)散反應(yīng)方程之后，就能得出化學(xué)吸收速率（實(shí)際就是氣液反應(yīng)的宏觀動力學(xué)）（實(shí)際就是氣液反應(yīng)的宏觀動力學(xué)）對于對于B，在液膜內(nèi)的擴(kuò)散反應(yīng)方程為：，在液膜內(nèi)的擴(kuò)散反應(yīng)方程為：二、一級不可逆反應(yīng)二、一級不可逆反應(yīng)22AAALd CkCdxD AArkC反應(yīng)擴(kuò)散方程反應(yīng)擴(kuò)散方程將此方程進(jìn)行無因次化將此方程進(jìn)行無因次化22222(),()()AiAAiAAAAAiLLAAiAAALd CCCCdCd Cxd xCxCdxdxd xd xd CCdCd

23、Cd Cddd xdxdxdxdxdxd xd x 222ALAAALd CkCMCDd x 4/(1010 )(1)(1)(1)(1)LLLLALVchMxMshxCchMMshM 0|(1)(1)1ALAiAAxLAiLLD CdCNdxkCMMth MMth M (1)(1)1ALLAiLNMMth Mk CMth M 液相反應(yīng)利用率液相反應(yīng)利用率（氣液反應(yīng)中有效因子）（氣液反應(yīng)中有效因子）有內(nèi)擴(kuò)散影響時的反應(yīng)速率有內(nèi)擴(kuò)散影響時的反應(yīng)速率無內(nèi)擴(kuò)散影響時的反應(yīng)速率無內(nèi)擴(kuò)散影響時的反應(yīng)速率(1)(1)1ALAiLLNMth MkC VMMth M CAiCALCALCAi/LLV二、一級不可

24、逆反應(yīng)二、一級不可逆反應(yīng)值的大小是對液相利用程度的一種度量：值的大小是對液相利用程度的一種度量：=1表示化學(xué)反應(yīng)在整個液相中均勻進(jìn)行；表示化學(xué)反應(yīng)在整個液相中均勻進(jìn)行；反應(yīng)的消耗（反應(yīng)的消耗（B供應(yīng)很充分，液膜供應(yīng)很充分，液膜中中B的濃度可視為恒定）的濃度可視為恒定） 即當(dāng)即當(dāng) 時，時， n 瞬間反應(yīng)：瞬間反應(yīng)： 條件條件 kL很大，而很大，而B供應(yīng)很不充分，供應(yīng)很不充分， 即當(dāng)即當(dāng) 時，時，2iM M 10iM i 四、二級不可逆反應(yīng)四、二級不可逆反應(yīng) 212121111QLAABQABLQLBLABLQLAAALBLk Crk C Ck Ck C Ck Ck CCk CCkCkCCKC 五

25、、可逆反應(yīng)五、可逆反應(yīng)即簡化為一級不可逆反應(yīng)。即簡化為一級不可逆反應(yīng)。 ABQ 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。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。1. 組分組分B、Q的濃度作常量處理的濃度作常量處理 212AAAALALALd CrkCCdxDD ()BBLCC 21212111QQAABQABLQBLAABLBLk CCrk C Ck Ck C Ck Ck CCkCk CKC 2. 一級可逆快速反應(yīng)一級可逆快速反應(yīng) ABQ 212QAAAALALBLCd CrkCdxDDKC212QQQAQLQLBLd CrCkCdxDDKC 擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng) bQABQ

26、22220QLQAALQDd Cd CDdxdx 22220ABLBALbd CDd CDdxdx 3. 瞬間可逆反應(yīng)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)，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)方程為則按化學(xué)計(jì)量關(guān)系，液膜中的擴(kuò)散反應(yīng)方程為 設(shè)反應(yīng)設(shè)反應(yīng)0:X ;:AAiBBiQQiCCCCCC:;LAALBBLQQLXCCCCCCQbQcABCKCC六、平行反應(yīng)六、平行反應(yīng) 多種反應(yīng)劑對一種氣體的吸收過程（工業(yè)中常見）屬此。多種反應(yīng)劑對一種氣體的吸收過程（工業(yè)中常見）屬此。 兩種反應(yīng)劑對同一種氣體吸收的濃度分布的形式，

27、因反應(yīng)類兩種反應(yīng)劑對同一種氣體吸收的濃度分布的形式，因反應(yīng)類型不同而不同：型不同而不同：1、擬一級快反應(yīng)：、擬一級快反應(yīng)： 判別條件：判別條件： （對任一反應(yīng)劑（對任一反應(yīng)劑Bi） 式中：判據(jù)式中：判據(jù) A與與Bi間的反應(yīng)吸收準(zhǔn)數(shù)間的反應(yīng)吸收準(zhǔn)數(shù) （Ha-八田準(zhǔn)數(shù)）八田準(zhǔn)數(shù)）1BiLiiAiCMvC ALABiBiLiLD kCMk 六、平行反應(yīng)六、平行反應(yīng) 2、瞬間不可逆反應(yīng)、瞬間不可逆反應(yīng) 判別條件：判別條件： 若若A與各反應(yīng)劑間都為瞬間反應(yīng)：與各反應(yīng)劑間都為瞬間反應(yīng)：1BiLiiAiCMv C 1122112B LB LB LB LALAiALAiDCDCv DCv DC 六、平行反應(yīng)六

28、、平行反應(yīng)第四節(jié)氣液反應(yīng)器概述第四節(jié)氣液反應(yīng)器概述（1）較高的生產(chǎn)強(qiáng)度）較高的生產(chǎn)強(qiáng)度（2）有利于反應(yīng)選擇性的提高）有利于反應(yīng)選擇性的提高（3）有利于降低能量消耗）有利于降低能量消耗（4）有利于反應(yīng)溫度的控制）有利于反應(yīng)溫度的控制（5）應(yīng)能在較少流體流率下操作）應(yīng)能在較少流體流率下操作一、工業(yè)生產(chǎn)對氣液反應(yīng)器的要求一、工業(yè)生產(chǎn)對氣液反應(yīng)器的要求（a）氣膜控制情況（）氣膜控制情況（H很大）很大） 氣相容積傳質(zhì)系數(shù)大的反應(yīng)器：氣相容積傳質(zhì)系數(shù)大的反應(yīng)器： 液體高度分散；液體高度分散； 氣體高速湍動。氣體高速湍動。 噴射、文氏等反應(yīng)器噴射、文氏等反應(yīng)器（1）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度

29、11111(*)(*)GLGGGLLLLGKKKkHkHKkkNppCC 噴射或文氏反應(yīng)器噴射或文氏反應(yīng)器（b）快速反應(yīng)情況（）快速反應(yīng)情況（M準(zhǔn)數(shù)遠(yuǎn)大于準(zhǔn)數(shù)遠(yuǎn)大于1）反應(yīng)基本上是在界面近旁的反應(yīng)帶（液膜）反應(yīng)基本上是在界面近旁的反應(yīng)帶（液膜）中進(jìn)行；中進(jìn)行； 要求反應(yīng)器：表面積較大，具備一定的液要求反應(yīng)器：表面積較大，具備一定的液相傳質(zhì)系數(shù)。相傳質(zhì)系數(shù)。 填料反應(yīng)器和板式反應(yīng)器填料反應(yīng)器和板式反應(yīng)器（1）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度（1）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度）應(yīng)具備較高的生產(chǎn)強(qiáng)度（c）慢速反應(yīng)情況（）慢速反應(yīng)情況（M準(zhǔn)數(shù)遠(yuǎn)小于準(zhǔn)數(shù)遠(yuǎn)小于1） 反應(yīng)基本上是在液相主體中進(jìn)行，反應(yīng)基

30、本上是在液相主體中進(jìn)行，要求反應(yīng)器：液相反應(yīng)容要求反應(yīng)器：液相反應(yīng)容積較大。積較大。 鼓泡反應(yīng)器和攪拌鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器和攪拌鼓泡反應(yīng)器 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)。制副反應(yīng)。 平行副反應(yīng)：如主反應(yīng)快于副反應(yīng)，則采用儲液量較少平行副反應(yīng)：如主反應(yīng)快于副反應(yīng)，則采用儲液量較少的反應(yīng)設(shè)備。的反應(yīng)設(shè)備。 連串副反應(yīng)：返混較少的反應(yīng)器，或半間歇。連串副反應(yīng)：返混較少的反應(yīng)器，或半間歇。（2）有利于反應(yīng)選擇性的提高）有利于反應(yīng)選擇性的提高 反應(yīng)熱的回收，壓力能反應(yīng)熱的回收，壓力能的回收，分散液體所需要的回收，分散液體所需要的

31、動力。的動力。 如圖如圖，就造成相同比表面，就造成相同比表面積而言，噴射吸收器所需積而言，噴射吸收器所需的能耗最小，其次是攪拌的能耗最小，其次是攪拌反應(yīng)器和填料塔，文氏管反應(yīng)器和填料塔，文氏管和鼓泡反應(yīng)器所需的能耗和鼓泡反應(yīng)器所需的能耗最大。最大。（3）有利于降低能量消耗）有利于降低能量消耗（4）有利于反應(yīng)溫度的控制）有利于反應(yīng)溫度的控制n 氣液反應(yīng)大部分是放熱反應(yīng)，如何排除反應(yīng)熱控制氣液反應(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。好操作溫度是十分重要的。n 例如板式塔可以安置冷卻盤管，但在填料塔中，排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

32、提高液體噴淋量把除反應(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。濕熱帶走，但動力消耗大量提高。（5）應(yīng)能在較少流體流率下操作）應(yīng)能在較少流體流率下操作n 液體流率小，液相轉(zhuǎn)化率高，動力消耗也小，但液體液體流率小，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。流率的大小應(yīng)符合反應(yīng)器的基本要求。n 填充床反應(yīng)器、降膜反應(yīng)器和噴射反應(yīng)器有限制。填充床反應(yīng)器、降膜反應(yīng)器和噴射反應(yīng)器有限制。二、氣液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)二、氣液反應(yīng)器的形式和特點(diǎn)氣相氣相液相液相舉例舉例I分散分散連續(xù)連續(xù)鼓泡反應(yīng)器板式反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器板式反應(yīng)器II連續(xù)連續(xù)分散分散噴霧反應(yīng)器文氏

33、反應(yīng)器噴霧反應(yīng)器文氏反應(yīng)器III連續(xù)連續(xù)膜狀連續(xù)膜狀連續(xù)填料反應(yīng)器降膜反應(yīng)器填料反應(yīng)器降膜反應(yīng)器（1）填充床反應(yīng)器）填充床反應(yīng)器 (packed column reactor)LLGG用于氣液反應(yīng)時，也可以并流操作用于氣液反應(yīng)時，也可以并流操作特點(diǎn)：特點(diǎn)：u具有操作適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡具有操作適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、能耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；單、能耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)；u廣泛應(yīng)用于帶有化學(xué)反應(yīng)的廣泛應(yīng)用于帶有化學(xué)反應(yīng)的氣體凈化過程；氣體凈化過程；u適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。適用于快速和瞬間反應(yīng)過程。格利奇格利奇( (Glitsch) )填料填料麥拉派克麥拉派克( (Mellapark) )填料填料（2）板式反應(yīng)器）板式

34、反應(yīng)器 (tray column reactor)LLGG篩板情況篩板情況特點(diǎn)：特點(diǎn)：u可以將軸向返混降低至最小程度；可以將軸向返混降低至最小程度；u在單塔中獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率；在單塔中獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率；u并可安裝冷卻或加熱元件，維持所并可安裝冷卻或加熱元件，維持所需的溫度；需的溫度；u適用于快速和中速反應(yīng)過程。適用于快速和中速反應(yīng)過程。u缺點(diǎn)：氣相流動壓降較大。缺點(diǎn)：氣相流動壓降較大。（3）降膜反應(yīng)器）降膜反應(yīng)器 (falling film reactor)LLGG特點(diǎn)：特點(diǎn)：u具有壓降小和沒有返混的優(yōu)點(diǎn)；具有壓降小和沒有返混的優(yōu)點(diǎn)；u適用于快速和瞬間反應(yīng)過程；適用于快速和瞬間反應(yīng)過程

35、；u降膜管的安裝垂直度要求較高，液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。體成膜和均布是降膜塔的關(guān)鍵問題。u適宜于較大熱效應(yīng)的加工過程。適宜于較大熱效應(yīng)的加工過程。（4）噴霧反應(yīng)器）噴霧反應(yīng)器 (spray column reactor)LLGG特點(diǎn)：特點(diǎn)： 由空塔構(gòu)成，適用于有由空塔構(gòu)成，適用于有污泥、沉淀和固相產(chǎn)物的污泥、沉淀和固相產(chǎn)物的反應(yīng)過程，適用于受氣膜反應(yīng)過程，適用于受氣膜控制的瞬間反應(yīng)?？刂频乃查g反應(yīng)。例：堿性溶液脫除例：堿性溶液脫除H2S。（5）鼓泡反應(yīng)器）鼓泡反應(yīng)器 (bubble column reactor)LLGG特點(diǎn)：特點(diǎn)：u具有較高的儲液量，適

36、用于具有較高的儲液量，適用于慢反應(yīng)和放熱量大的場合。慢反應(yīng)和放熱量大的場合。u軸向返混嚴(yán)重，可認(rèn)為液相軸向返混嚴(yán)重，可認(rèn)為液相處于理想混合狀態(tài)。處于理想混合狀態(tài)。u由于轉(zhuǎn)化率低，常采用半間由于轉(zhuǎn)化率低，常采用半間歇操作和多級串聯(lián)操作。歇操作和多級串聯(lián)操作。（6）攪拌鼓泡反應(yīng)器）攪拌鼓泡反應(yīng)器 (agitated tank reactor)特點(diǎn)：特點(diǎn)：u適用于高粘度的非牛頓型液體，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)和高分例如廣泛應(yīng)用于發(fā)酵工業(yè)和高分子材料工業(yè)；子材料工業(yè)；u適用于慢速反應(yīng)過程；適用于慢速反應(yīng)過程；u攪拌消耗動力，還要考慮軸封攪拌消耗動力，還要考慮軸封的問題。的問題

37、。（7）高速湍動反應(yīng)器）高速湍動反應(yīng)器 (如：如：venturi reactor)特點(diǎn)：特點(diǎn)：u噴射反應(yīng)器、文氏反應(yīng)器、噴射反應(yīng)器、文氏反應(yīng)器、湍動浮球反應(yīng)器等屬于高速湍動浮球反應(yīng)器等屬于高速湍動反應(yīng)器；湍動反應(yīng)器；u適用于氣膜控制的瞬間反適用于氣膜控制的瞬間反應(yīng)過程；應(yīng)過程；u氣膜傳遞速率高，反應(yīng)速氣膜傳遞速率高，反應(yīng)速率高。率高。第五節(jié)第五節(jié) 鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器n 鼓泡反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：鼓泡反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)：氣相高度分散在液相之中；氣相高度分散在液相之中；具有大的液體持有量和相際接觸面；具有大的液體持有量和相際接觸面；傳質(zhì)和傳熱效率較高；傳質(zhì)和傳熱效率較高；適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和高度放熱的情況；適

38、用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和高度放熱的情況；結(jié)構(gòu)簡單，操作穩(wěn)定，投資和維修費(fèi)用低。結(jié)構(gòu)簡單，操作穩(wěn)定，投資和維修費(fèi)用低。n 缺點(diǎn)：液相有較大的返混和氣相有較大的壓降。缺點(diǎn)：液相有較大的返混和氣相有較大的壓降。 鼓泡反應(yīng)器在石油化工、有機(jī)化工和食品工業(yè)中獲得了鼓泡反應(yīng)器在石油化工、有機(jī)化工和食品工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，各種有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)、各種石蠟廣泛的應(yīng)用。例如，各種有機(jī)化合物的氧化反應(yīng)、各種石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)、各種生物化學(xué)反應(yīng)、污水處理曝氣氧化和芳烴的氯化反應(yīng)、各種生物化學(xué)反應(yīng)、污水處理曝氣氧化和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應(yīng)，都采用這種鼓泡反應(yīng)和氨水碳化生成固體碳酸氫銨等反應(yīng)，都采用這種

39、鼓泡反應(yīng)器。器。 工業(yè)所遇到的鼓泡反應(yīng)器，按其結(jié)構(gòu)可分為：工業(yè)所遇到的鼓泡反應(yīng)器，按其結(jié)構(gòu)可分為：空心式、空心式、多段式、氣提式和液體噴射式多段式、氣提式和液體噴射式。第五節(jié)第五節(jié) 鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器 空心式鼓泡塔在工業(yè)上得空心式鼓泡塔在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。這類反應(yīng)器到了廣泛的應(yīng)用。這類反應(yīng)器最適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)或最適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)或伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。 若熱效應(yīng)較大時，可在塔若熱效應(yīng)較大時，可在塔內(nèi)或塔外裝備熱交換單元。內(nèi)或塔外裝備熱交換單元。第五節(jié)第五節(jié) 鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器LLGG 圖圖6-13 具有塔內(nèi)熱交換單元的鼓泡塔具有塔內(nèi)熱交換單元

40、的鼓泡塔圖圖6-12 空心式鼓泡塔空心式鼓泡塔 為克服鼓泡塔中的液相返混現(xiàn)象，當(dāng)高徑比較大時，亦為克服鼓泡塔中的液相返混現(xiàn)象，當(dāng)高徑比較大時，亦采用多段鼓泡塔，以提高反應(yīng)效果。采用多段鼓泡塔，以提高反應(yīng)效果。圖圖6-14 多段式鼓泡反應(yīng)器多段式鼓泡反應(yīng)器LLGG n 對于高黏性物系，常采用對于高黏性物系，常采用氣體提升式鼓泡反應(yīng)器氣體提升式鼓泡反應(yīng)器或或液體液體噴射式鼓泡反應(yīng)器噴射式鼓泡反應(yīng)器。例如生化工程的發(fā)酵、環(huán)境工程中。例如生化工程的發(fā)酵、環(huán)境工程中活性污泥的處理、有機(jī)化工中催化加氫活性污泥的處理、有機(jī)化工中催化加氫(含固體催化劑含固體催化劑)等等情況。情況。n 此種利用氣體提升和液體噴

41、射此種利用氣體提升和液體噴射形成有規(guī)則的循環(huán)流動，形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強(qiáng)化反應(yīng)器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮可以強(qiáng)化反應(yīng)器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮。此類又統(tǒng)稱為環(huán)流式鼓泡反應(yīng)器。特點(diǎn)：它具有徑向氣此類又統(tǒng)稱為環(huán)流式鼓泡反應(yīng)器。特點(diǎn)：它具有徑向氣液流動速度均勻，軸向彌散系數(shù)較低，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)液流動速度均勻，軸向彌散系數(shù)較低，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)較大，液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。較大，液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。第五節(jié)第五節(jié) 鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器 圖圖6-15氣體提升式鼓泡反應(yīng)器氣體提升式鼓泡反應(yīng)器LGGGLGLL 圖圖6-16 液體噴射式鼓泡塔液體噴射式鼓泡塔一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀

42、態(tài)一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀態(tài) 鼓泡塔的流動狀態(tài)可劃分為如下三種區(qū)域：鼓泡塔的流動狀態(tài)可劃分為如下三種區(qū)域：圖圖617 鼓泡塔流動狀態(tài)分布區(qū)區(qū)域圖鼓泡塔流動狀態(tài)分布區(qū)區(qū)域圖 安靜鼓泡區(qū)安靜鼓泡區(qū) 當(dāng)表觀氣速低于當(dāng)表觀氣速低于0.05時，氣泡呈分散狀態(tài)，氣時，氣泡呈分散狀態(tài)，氣泡大小均勻，進(jìn)行有秩序的鼓泡，目測液體攪動微弱。泡大小均勻，進(jìn)行有秩序的鼓泡，目測液體攪動微弱。湍流鼓泡區(qū)湍流鼓泡區(qū) 在較高的表觀氣速下，安靜鼓泡狀態(tài)不再能維在較高的表觀氣速下，安靜鼓泡狀態(tài)不再能維持。此時部份氣泡凝聚成大氣泡，塔內(nèi)氣、液劇烈無定向攪持。此時部份氣泡凝聚成大氣泡，塔內(nèi)氣、液劇烈無定向攪動，呈現(xiàn)極大的液相返混。氣

43、體以大氣泡和小氣泡兩種形態(tài)動，呈現(xiàn)極大的液相返混。氣體以大氣泡和小氣泡兩種形態(tài)與液體相接觸，大氣泡上升速度較快，停留時間較短，小氣與液體相接觸，大氣泡上升速度較快，停留時間較短，小氣泡上升速度較慢，停留時間較長，形成不均勻接觸的狀態(tài)，泡上升速度較慢，停留時間較長，形成不均勻接觸的狀態(tài)，稱為湍流鼓泡區(qū)。稱為湍流鼓泡區(qū)。栓塞氣泡流動區(qū)栓塞氣泡流動區(qū) 在小直徑氣泡塔中，較高表觀氣速下會出在小直徑氣泡塔中，較高表觀氣速下會出現(xiàn)栓塞氣泡流動狀態(tài)。這是由于大氣泡直徑被鼓泡塔的器壁現(xiàn)栓塞氣泡流動狀態(tài)。這是由于大氣泡直徑被鼓泡塔的器壁所限制，實(shí)驗(yàn)觀察到栓塞氣泡流發(fā)生在直徑小于所限制，實(shí)驗(yàn)觀察到栓塞氣泡流發(fā)生在

44、直徑小于0.15m的鼓的鼓泡塔中。泡塔中。一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀態(tài)一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀態(tài) 三個流動區(qū)域的交界是模糊的（圖中）。三個流動區(qū)域的交界是模糊的（圖中）。例如：例如：n 孔徑較大的分布器在很低的氣速下就成為湍流鼓泡區(qū)；孔徑較大的分布器在很低的氣速下就成為湍流鼓泡區(qū)；n 高黏度的液體在較大的氣泡塔中也會形成栓塞流，而在高黏度的液體在較大的氣泡塔中也會形成栓塞流，而在較高氣速下才能過渡到湍流鼓泡區(qū)。較高氣速下才能過渡到湍流鼓泡區(qū)。 工業(yè)鼓泡塔的操作常處于安靜區(qū)和湍動區(qū)的流動狀態(tài)工業(yè)鼓泡塔的操作常處于安靜區(qū)和湍動區(qū)的流動狀態(tài)之中。之中。一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀態(tài)一、鼓泡反應(yīng)器的操作狀態(tài)1.

45、氣泡直徑及徑向分布?xì)馀葜睆郊皬较蚍植加?jì)算氣泡直徑的關(guān)聯(lián)式：計(jì)算氣泡直徑的關(guān)聯(lián)式：0.120.50.122320226VSGRLRLRLLRdugDgDDgD 式中：式中：VSdRDGu0L等體積外表面比的氣泡直徑等體積外表面比的氣泡直徑鼓泡塔內(nèi)徑鼓泡塔內(nèi)徑鼓泡塔表觀氣速鼓泡塔表觀氣速液體表面張力液體表面張力二、鼓泡反應(yīng)器的流體力學(xué)特性二、鼓泡反應(yīng)器的流體力學(xué)特性 L液體粘度液體粘度注注：此式只能計(jì)算氣泡平均直徑。：此式只能計(jì)算氣泡平均直徑。對于存在徑向分布的氣泡直徑計(jì)算：對于存在徑向分布的氣泡直徑計(jì)算：395.210BRddD 式中：式中：dBd氣泡在塔內(nèi)的任一點(diǎn)直徑氣泡在塔內(nèi)的任一點(diǎn)直徑處于

46、直徑處于直徑 d 處的氣泡平均直徑處的氣泡平均直徑1. 氣泡直徑及徑向分布?xì)馀葜睆郊皬较蚍植挤磻?yīng)器內(nèi)氣含率平均值計(jì)算式：反應(yīng)器內(nèi)氣含率平均值計(jì)算式： 7 243041GGLLLLLGuCg 式中：式中：C為常數(shù)，純液體和非電解質(zhì)：為常數(shù)，純液體和非電解質(zhì)：C=0.2；電解質(zhì)溶液：；電解質(zhì)溶液：C=0.25。適用于低粘度液體（小于。適用于低粘度液體（小于0.20 Pas）。）。氣含量隨塔徑的變化：氣含量隨塔徑的變化：22 1GGRdD 氣含量：氣液混合物中氣體所占的體積分率。氣含量：氣液混合物中氣體所占的體積分率。2. 鼓泡塔的氣含率及徑向分布鼓泡塔的氣含率及徑向分布對于直徑小于對于直徑小于15

47、cm的氣泡反應(yīng)器，可采用的氣泡反應(yīng)器，可采用Hughamark圖確圖確定氣含率。定氣含率。2. 鼓泡塔的氣含量及徑向分布鼓泡塔的氣含量及徑向分布 氣體上升時夾帶著液體，靠近塔壁處液體向下運(yùn)動，氣體上升時夾帶著液體，靠近塔壁處液體向下運(yùn)動，構(gòu)成了液體循環(huán)。構(gòu)成了液體循環(huán)。上升速度：上升速度：4 . 001 . 1GCLuu( (中心處最大速度中心處最大速度) )液體下降速度：液體下降速度：4 . 009 . 0GCLuu( (塔壁處最大下降速度塔壁處最大下降速度) )3. 鼓泡塔中液體循環(huán)速度鼓泡塔中液體循環(huán)速度4. 環(huán)流反應(yīng)器的氣含率和合適尺寸環(huán)流反應(yīng)器的氣含率和合適尺寸對于提升式環(huán)流反應(yīng)器氣

48、含率：對于提升式環(huán)流反應(yīng)器氣含率：0.680.3400000.647GGGGLuuuu 0Lu式中：式中：液體循環(huán)的表觀速度液體循環(huán)的表觀速度為了提高液體循環(huán)流速，環(huán)流反應(yīng)器的為了提高液體循環(huán)流速，環(huán)流反應(yīng)器的尺寸為：尺寸為：(1) 導(dǎo)流筒長度為導(dǎo)流筒長度為(2) 頂部轉(zhuǎn)向高度頂部轉(zhuǎn)向高度(3) 底部轉(zhuǎn)向高度底部轉(zhuǎn)向高度(4) 反應(yīng)器高度反應(yīng)器高度(5) 導(dǎo)流筒直徑導(dǎo)流筒直徑4.4RD0.35RD0.25RD5RD0.59RD 三、攪拌鼓泡反應(yīng)器三、攪拌鼓泡反應(yīng)器n 型式型式：按氣體導(dǎo)入方式分三種：按氣體導(dǎo)入方式分三種n 強(qiáng)制分散強(qiáng)制分散：氣體由攪拌器下的各種靜態(tài)予分布裝置（如分：氣體由攪拌器

49、下的各種靜態(tài)予分布裝置（如分氣環(huán)，多孔燒結(jié)板）導(dǎo)入。氣環(huán)，多孔燒結(jié)板）導(dǎo)入。n 自吸分散自吸分散：借攪拌槳旋轉(zhuǎn)形成的低的背壓，使氣體經(jīng)中空：借攪拌槳旋轉(zhuǎn)形成的低的背壓，使氣體經(jīng)中空軸由液面上方吸入。軸由液面上方吸入。n 表面充氣分散表面充氣分散：借快速表面攪拌形成的旋渦，夾帶氣體而：借快速表面攪拌形成的旋渦，夾帶氣體而使液體表面充氣；并由處于下方的軸流型攪拌器使氣液混使液體表面充氣；并由處于下方的軸流型攪拌器使氣液混合均勻。合均勻。n 液體攪拌功率消耗可表達(dá)為下列諸變量的函數(shù)：液體攪拌功率消耗可表達(dá)為下列諸變量的函數(shù)： 式中：式中：N 攪拌功率，攪拌功率，W； K無量鋼系數(shù)；無量鋼系數(shù)； n

50、攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)，r/s； d 攪拌器直徑，攪拌器直徑，m； 流體密度，流體密度，kg/m3；流體粘度，流體粘度，Pas； g 重力加速度，重力加速度，m/s2。(, , , ,)Nf K n dg 三、攪拌鼓泡反應(yīng)器三、攪拌鼓泡反應(yīng)器n 由因次分析法可得下列無因次數(shù)群的關(guān)聯(lián)式：由因次分析法可得下列無因次數(shù)群的關(guān)聯(lián)式： 2235() ()xyNd nn dKn dg 35pNNn d pN2rn dFg xyperNKR F pyrNF xeKR 令令稱為功率【無量綱數(shù)】；稱為功率【無量綱數(shù)】；Re 稱為攪拌雷諾數(shù)；稱為攪拌雷諾數(shù)；Fr 稱為攪拌佛魯?shù)聰?shù)；稱為攪拌佛魯?shù)聰?shù)； 稱為功率因數(shù)稱為

51、功率因數(shù) 令令則則令令則則 三、攪拌鼓泡反應(yīng)器三、攪拌鼓泡反應(yīng)器xpeNKR NI V 對于不打旋的系統(tǒng)重力影響極小，可忽略對于不打旋的系統(tǒng)重力影響極小，可忽略Fr的影響，即的影響，即y = 0。則則 因此，在對數(shù)坐標(biāo)紙上可標(biāo)繪出因此，在對數(shù)坐標(biāo)紙上可標(biāo)繪出NP 和和Re 的關(guān)系。的關(guān)系。攪拌功率計(jì)算方法：攪拌功率計(jì)算方法：式中：式中：I 攪拌電機(jī)的電樞電流，攪拌電機(jī)的電樞電流，A； V 攪拌電機(jī)的電樞電壓，攪拌電機(jī)的電樞電壓，V。 三、攪拌鼓泡反應(yīng)器三、攪拌鼓泡反應(yīng)器第六節(jié)第六節(jié) 填料反應(yīng)器填料反應(yīng)器 填料吸收反應(yīng)器雖然存在較為嚴(yán)重的氣、液相各自填料吸收反應(yīng)器雖然存在較為嚴(yán)重的氣、液相各自的返混，但是由于此返混尚未有較好的模型加以預(yù)計(jì)，的返混，但是由于此返混尚未有較好的模型加以預(yù)計(jì)，至今，工程上應(yīng)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法仍是假定氣、液兩相至今，工程上應(yīng)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法仍是假定氣、液兩相均呈平推流狀態(tài)，然后將設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果再考慮一定的安均呈平推流狀態(tài)，然后將設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果再考慮一定的安全系數(shù)，當(dāng)然，此安全系