第十四章-非均相化学反应器ppt课件

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1、从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 第十四章第十四章 非均相化学非均相化学反应器反应器第一节 固相催化反应器第二节 气液相反应器非均相反应的特点：？ 存在不同“相”之间的物质传递本章主要内容从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

2、内容从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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，MnCu，MnFe)； 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)。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式

3、盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

4、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？从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾

5、构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 第一节 固相催化反应器(1)比表面积(as)(Specific Surface Area)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51000m2/g之间。(2)孔体积(Vg)和孔隙率(p)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(s )和颗粒密度(P ) ：固体密度(s ) ：指催化剂固体物质本身的密度。颗粒密度(P ) ：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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞

6、开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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( b )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(b)固体催化剂填充层内空隙体积与总体积之比。从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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：反应物的外扩散、反应物的外扩散、反应物的内扩散、反应物的内扩散、反应物的吸附、反应物的

7、吸附、表面反应、表面反应、产物的脱附、产物的脱附、产物的内扩散、产物的内扩散、产物的外扩散产物的外扩散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）从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 多步骤串连过程固相反应速率与反应本身和反应组分的扩散有关反应速率取决于慢步骤，该步骤称为控制步骤(rate controlling step) 扩散控制(传质控制)、动力学控制反应达到定常态时，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从使用情

8、况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

9、)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 （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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 （三）本征动力学第一节 固相催化反应器基本假设：三个反应步骤中必然存在一个控制步骤；除控制步骤外，其他步骤处于平衡状态；吸附过程和脱

10、附过程属理想过程，即可用兰格谬尔吸附模型来描述。反应 的基本过程从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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）从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)

11、从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。

12、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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾

13、构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 (h1h2)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 第一节 固相

14、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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中

15、已很少使用，在此不再说明。 第一节 固相催化反应器（二）催化剂的有效系数(effective factor、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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 流体边界层0R催化剂颗 粒cAbcAscAdcAcA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的浓度分布从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此

16、不再说明。 第一节 固相催化反应器1.球形催化剂的基本方程0RdrrA从rdr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(zr/R)：（边界条件参见讲义）(14.1.48)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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最大反应速率（n级反应）球形催化剂的内部最大最大扩散速率式催化剂内部球心处的A的浓度为零，浓度梯度达到最大从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年

17、的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 S称西勒(Thiele)模数第一节 固相催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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，S值则越大。 S称西勒(Thiele)模数的物理意义从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 第一节 固相催化

18、反应器对于对于1级反应级反应 n1基本方程变形为：颗粒内部浓度分布积分得(14.1.59)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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)从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构

19、、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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= 7.9910-7pA mol/(scm3)。已知粗柴油的有效扩散系De=7.8210-4cm2/s，试计算该催化反应的催化剂的有效系数。 例题例题14.1.1第一节 固相催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

20、催化反应器解：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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。5-9, 1/( 0.1)反应动力学控制扩散控制从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

21、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）固定床催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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体积积、催化剂的需要量、床层高度以及有关的工艺参数、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

22、基本假设：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推流式反应器。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：从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明

23、。 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 Ad qnAA的反应量：A的积累量：0从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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=0.02 mol/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=0.029 m3/(s

24、kg)， b=109m3/mol。求TCE浓度减少80%所需催化剂重量W。例题例题14.1.2第一节 固相催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 解：代入数据求得：第一节 固相催化反应器得：由式14.1.72从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较

25、广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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：热能效率高，床内温度易于维持均匀；传质效率高；颗粒一般较小，可以消除内扩散的影响；反

26、应器的结构简单。流化床的主要不足：能量消耗大；颗粒间的磨损和带出造成催化剂的损耗；气固反应的流动状态不均匀，会降低气固接触面积；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。 从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程

27、施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 固相催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (7) 催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？(8) 催化

28、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 固相催化反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 第二节 气液相反应器第十四章 非均相化学反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 一、气液相

29、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从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，

30、闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 （二）气液相反应过程气泡液相第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 气膜液膜气相主体液相主体相界面AA1A2BBP3P4A5A从气相主体通过气膜扩散到气液相界面；A从相界面进入液膜，同时B从液相主体扩散进入液膜；A、B在液膜内发生反应；生成物P的扩散；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

31、应速率反应控制传质控制第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

32、常态(0)A的扩散出去量： 第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

33、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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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

34、 ？ 控制。相界面液膜反应面气膜L 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”，“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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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”。界面反应第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工

35、程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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L第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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L第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式

36、盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 物理吸收时的最大传质速率(14.2.16)瞬间反应的增强系数(enhancement factor)(14.2.18)第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程

37、施工中已很少使用，在此不再说明。 瞬间反应A(g)+B(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。例题例题14.2.1第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来

38、看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 另解(1)：由(14.2.22)式得：整理可得界面反应：即：故第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使

39、用，在此不再说明。 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=4.310-5 m/s， 气相传质系数kGA=5.910-7 mol/(m2sPa)， 组分A的液相扩散系数DLA=1.4810-9 m2/s， 组分B的液相扩散系数DLB=0.9510-9 m2/s， 组分A的亨利常数HA=12.2 Pam3/mol， 压力为101.3kPa，温度为293K。例题例题14.2.2第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开

40、式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 解：先确定反应界面在相界面还是在液膜内由于cBL=1.2mol/m3cBL,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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 总传质系数KG的计算由式 14.2.26得：第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。

41、由式14.2.17得:由于反应，吸收速度增加了10%。第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。

42、 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用

43、比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全

44、部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构

45、，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使

46、用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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，近似于物理吸收近似于物理吸收极慢反应第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下

47、工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 液气气液(d)液液气气(e)(d) 鼓泡塔；(e) 搅拌反应器第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 （二）填料反应器的设计计算设计计算的目的：塔

48、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cAL0 第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤

49、压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (14.2.65)式(14.2.58)积分：第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再

50、说明。 (14.2.66)第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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+BP） 已知：kGAai=32103 mol/(hm3atm)， kLAai=0.1 h-1， HA=0.12510-3 atmm3/mol， 气相流量为1.0105 mol/(m3h)， 液相流量为7.0105 mol/(m2h)， 气相总压pt=1atm， 液相总浓度cT=5.6104 mol/m3， 吸

51、收液中吸收剂B的浓度为800 mol/m3，试球塔顶处液相中B的浓度并计算所需塔高H。例题例题14.2.3第二节 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (1)根据条件求出塔底处吸收液中B的浓度已知：pA1=10.02%=210-4 atm， pA2=10.1%=110-3 atm， cB1=800 ml/m3， qn G=1.0105 mol/(m3h)， qn L=7.0105 mol/(m2h)， ct=5.6104 mol/m3所以，全塔物料平衡第二节 气液相反应器从使用情况

52、来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 （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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的

53、使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 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 气液相反应器从使用情

54、况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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 气液相反应器从使用情况来看，闭胸式的使用比较广泛。敞开式盾构之中有挤压式盾构、全部敞开式盾构，但在近些年的城市地下工程施工中已很少使用，在此不再说明。 (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