《化学反应工程》PPT课件.pptx

化 学 反 应 工 程 分 析 姓 名 ： 闫 雪 梨 指 导 老 师 ： 杨 伯 伦 教 授 第 七 章气 液 固 三 相 反 应 和 反 应 器 分 析 气液固三相反应动力学气液固三相反应器的分类和选型气液固三相反应器的计算 1.1气 液 固 三相 反 应 的类 型 反 应 物 和 反 应 产 物 在 气相 和 液 相 中 而 固 相 为 催化 剂 的 催 化 反 应 过 程反 应 物 和 反 应 产 物 存 在于 三 相 中 的 非 催 化 反 应过 程 氨 水 +二 氧 化 碳 碳 酸氢 铵三 相 中 只 有 两 相 参 与 反应 而 另 一 相 为 惰 性 物 质的 反 应 过 程 采 用 惰 性 气 体 搅 拌 的 液 固 反 应采 用 固 体 填 料 的 气 液 反 应以 惰 性 液 体 为 传 热 介 质 的 气 固 反 应 优 点 反 应 条 件 温 和 ， 可 延 长催 化 剂 的 寿 命 ， 对 许 多反 应 过 程 ， 这 将 有 利 于改 善 选 择 性由 于 液 相 组 分 热 容 大 ，对 强 放 热 反 应 改 善 了传 热 和 温 度 控 制 在 相 界 面 附 近 ， 由于 流 体 的 相 对 运 动干 扰 ， 相 界 面 两 边各 有 一 层 处 于 层 流运 动 状 态 ， 分 别 称为 气 膜 和 液 膜 在 气 液 两 相 主 体 中 ，流 体 的 运 动 状 态 处于 充 分 的 湍 流 溶 质在 主 体 中 以 涡 流 扩散 方 式 传 递 ， 故 主体 浓 度 可 视 为 均 一1.2 气 液 固 三 相 反 应 动 力 学 理 论 模 型 双 膜 理 论 模 型 假 设 气相主体 气膜 液膜 液相主体 1.3 气 液 固 三 相 反 应 动 力 学 主 要 讨 论 气 液 固 相催 化 反 应 的 动 力 学 根 据 双 模 理 论 模 型 ， 我 们 可 以 知 道 气 液 固 三 相 反 应 过 程 中 同 时 存在 气 液 相 际 的 传 质 ， 液 固 相 际 的 传 质 和 固 相 内 部 的 传 质 和 固 相 表 面 的 化学 反 应 ， 是 一 比 较 复 杂 的 传 质 反 应 交 互 作 用 的 过 程 。 虽 然 气 液 固 三 相反 应 是 一 个 很 复 杂 的 反 应 过 程 ， 但 是 我 们 可 以 通 过 具 体 情 况 对 其 进 行 简化 。 由 于 三 相 反 应 器 中 ， 液 固 相 间 的 相 对 运 动 速 率 一 般 较 小 ， 而 气 相反 应 物 必 须 通 过 液 相 才 能 到 达 固 体 催 化 剂 表 面 ， 因 此 反 应 相 外 的 传 质 对表 观 反 应 速 率 往 往 具 有 重 要 影 响 。 所 以 当 反 应 物 为 难 容 气 体 时 ， 我 们 可 以 忽 略 溶 质 在 气 相 中 的 传 递 阻 力 。 气泡 气泡气液界面液体浓度距离催化剂颗粒0图7.1 三相反应中气相反应物浓度分布 反 应 过 程 由 下 列 步 骤 组 成 ： （ 1） 组 分 A从 气 相 主 体 传 递 到 气 液 界 面 ； （ 2） 组 分 A从 气 液 界 面 传 递 进 入 液 相 主 体 ； （ 3） 组 分 A在 液 相 主 体 中 的 混 合 与 扩 散 ； （ 4） 组 分 A从 液 相 传 递 到 催 化 剂 外 表 面 ； （ 5） 组 分 A向 催 化 剂 内 部 传 递 并 在 内 表 面 上 进 行 反 应 。 由 于 气 流 或 机 械 搅 拌 作 用 通 常 可 使 液 相 主 体 浓 度 达 到 均 匀 ，故 步 骤 （ 3） 的 阻 力 一 般 可 以 忽 略 。 其 余 四 步 骤 为 串 联 步 骤 ， 因此 在 定 态 条 件 下 ， 各 步 骤 之 速 率 必 相 等 ， 当 催 化 剂 表 面 反 应 可 按 一 级 反 应 处 理 时 有 （4.59）或（4.65） （7.5）对 淤 浆 床 反 应 器： （7.6） （7.7） 加 和 公 式 （7.8）（7.9）通 过 上 述 的 推 导 可 用 气 相 主 体 浓 度 表 示 表观 反 应 速 率： （7.10） （7.11） 对 一 些 特 殊 情 形 ， 我 们 可 以 对 表 观 反 应 速 率 常 数 做 简 化：气 相 是 纯 净 物 ， 例 如 ， 在 加 氢 反 应 中 通 常 用 纯 氢 作 为 气 相 反 应物 ， 这 时 就 不 存 在 气 相 主 体 到 气 液 界 面 的 扩 散 阻 力 或 对 微 溶 性气 体 ， 传 质 阻 力 将 集 中 在 气 液 界 面 的 液 相 侧 。 对 这 些 情 况：（7.9） （7.12） （7.14）（7.12） 对 表 观 反 应 速 率 可 化 简 为 ：（7.8）（7.13）（7.15） （7.16）（7.12）（7.17） 此 时 表 观 反 应 速 率 可 表 示 为：（7.18） 催 化 剂 浓 度%0.018 5.2 0.520.0380.070.140.281.0 8.510.012.013.614.6 0.320.270.220.200.18 解 ： 因 为 气 相 进 料 为 纯 氢 ， 所 以 式 （ 7.12） 适 用 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0.600.500.400.300.200.10t/min 图 7.2 当 催 化 剂 的 质 量 分 数 为 0.07%时 ， 若 能 消 除 气 液 间 传 质 阻 力 ， 由 图7.2可 见：因 为 小 结 三 相 反 应 的 类 型三 相 反 应 动 力 学 的 理 论 模 型 双 膜 理 论 模 型三 相 反 应 动 力学