化 學(xué) 反 應(yīng) 工 程 分 析 姓 名 ： 閆 雪 梨 指 導(dǎo) 老 師 ： 楊 伯 倫 教 授 第 七 章氣 液 固 三 相 反 應(yīng) 和 反 應(yīng) 器 分 析 氣液固三相反應(yīng)動力學(xué)氣液固三相反應(yīng)器的分類和選型氣液固三相反應(yīng)器的計(jì)算 1.1氣 液 固 三相 反 應(yīng) 的類 型 反 應(yīng) 物 和 反 應(yīng) 產(chǎn) 物 在 氣相 和 液 相 中 而 固 相 為 催化 劑 的 催 化 反 應(yīng) 過 程反 應(yīng) 物 和 反 應(yīng) 產(chǎn) 物 存 在于 三 相 中 的 非 催 化 反 應(yīng)過 程 氨 水 +二 氧 化 碳 碳 酸氫 銨三 相 中 只 有 兩 相 參 與 反應(yīng) 而 另 一 相 為 惰 性 物 質(zhì)的 反 應(yīng) 過 程 采 用 惰 性 氣 體 攪 拌 的 液 固 反 應(yīng)采 用 固 體 填 料 的 氣 液 反 應(yīng)以 惰 性 液 體 為 傳 熱 介 質(zhì) 的 氣 固 反 應(yīng) 優(yōu) 點(diǎn) 反 應(yīng) 條 件 溫 和 ， 可 延 長催 化 劑 的 壽 命 ， 對 許 多反 應(yīng) 過 程 ， 這 將 有 利 于改 善 選 擇 性由 于 液 相 組 分 熱 容 大 ，對 強(qiáng) 放 熱 反 應(yīng) 改 善 了傳 熱 和 溫 度 控 制 在 相 界 面 附 近 ， 由于 流 體 的 相 對 運(yùn) 動干 擾 ， 相 界 面 兩 邊各 有 一 層 處 于 層 流運(yùn) 動 狀 態(tài) ， 分 別 稱為 氣 膜 和 液 膜 在 氣 液 兩 相 主 體 中 ，流 體 的 運(yùn) 動 狀 態(tài) 處于 充 分 的 湍 流 溶 質(zhì)在 主 體 中 以 渦 流 擴(kuò)散 方 式 傳 遞 ， 故 主體 濃 度 可 視 為 均 一1.2 氣 液 固 三 相 反 應(yīng) 動 力 學(xué) 理 論 模 型 雙 膜 理 論 模 型 假 設(shè) 氣相主體 氣膜 液膜 液相主體 1.3 氣 液 固 三 相 反 應(yīng) 動 力 學(xué) 主 要 討 論 氣 液 固 相催 化 反 應(yīng) 的 動 力 學(xué) 根 據(jù) 雙 模 理 論 模 型 ， 我 們 可 以 知 道 氣 液 固 三 相 反 應(yīng) 過 程 中 同 時 存在 氣 液 相 際 的 傳 質(zhì) ， 液 固 相 際 的 傳 質(zhì) 和 固 相 內(nèi) 部 的 傳 質(zhì) 和 固 相 表 面 的 化學(xué) 反 應(yīng) ， 是 一 比 較 復(fù) 雜 的 傳 質(zhì) 反 應(yīng) 交 互 作 用 的 過 程 。 雖 然 氣 液 固 三 相反 應(yīng) 是 一 個 很 復(fù) 雜 的 反 應(yīng) 過 程 ， 但 是 我 們 可 以 通 過 具 體 情 況 對 其 進(jìn) 行 簡化 。 由 于 三 相 反 應(yīng) 器 中 ， 液 固 相 間 的 相 對 運(yùn) 動 速 率 一 般 較 小 ， 而 氣 相反 應(yīng) 物 必 須 通 過 液 相 才 能 到 達(dá) 固 體 催 化 劑 表 面 ， 因 此 反 應(yīng) 相 外 的 傳 質(zhì) 對表 觀 反 應(yīng) 速 率 往 往 具 有 重 要 影 響 。 所 以 當(dāng) 反 應(yīng) 物 為 難 容 氣 體 時 ， 我 們 可 以 忽 略 溶 質(zhì) 在 氣 相 中 的 傳 遞 阻 力 。 氣泡 氣泡氣液界面液體濃度距離催化劑顆粒0圖7.1 三相反應(yīng)中氣相反應(yīng)物濃度分布 反 應(yīng) 過 程 由 下 列 步 驟 組 成 ： （ 1） 組 分 A從 氣 相 主 體 傳 遞 到 氣 液 界 面 ； （ 2） 組 分 A從 氣 液 界 面 傳 遞 進(jìn) 入 液 相 主 體 ； （ 3） 組 分 A在 液 相 主 體 中 的 混 合 與 擴(kuò) 散 ； （ 4） 組 分 A從 液 相 傳 遞 到 催 化 劑 外 表 面 ； （ 5） 組 分 A向 催 化 劑 內(nèi) 部 傳 遞 并 在 內(nèi) 表 面 上 進(jìn) 行 反 應(yīng) 。 由 于 氣 流 或 機(jī) 械 攪 拌 作 用 通 常 可 使 液 相 主 體 濃 度 達(dá) 到 均 勻 ，故 步 驟 （ 3） 的 阻 力 一 般 可 以 忽 略 。 其 余 四 步 驟 為 串 聯(lián) 步 驟 ， 因此 在 定 態(tài) 條 件 下 ， 各 步 驟 之 速 率 必 相 等 ， 當(dāng) 催 化 劑 表 面 反 應(yīng) 可 按 一 級 反 應(yīng) 處 理 時 有 （4.59）或（4.65） （7.5）對 淤 漿 床 反 應(yīng) 器： （7.6） （7.7） 加 和 公 式 （7.8）（7.9）通 過 上 述 的 推 導(dǎo) 可 用 氣 相 主 體 濃 度 表 示 表觀 反 應(yīng) 速 率： （7.10） （7.11） 對 一 些 特 殊 情 形 ， 我 們 可 以 對 表 觀 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 做 簡 化：氣 相 是 純 凈 物 ， 例 如 ， 在 加 氫 反 應(yīng) 中 通 常 用 純 氫 作 為 氣 相 反 應(yīng)物 ， 這 時 就 不 存 在 氣 相 主 體 到 氣 液 界 面 的 擴(kuò) 散 阻 力 或 對 微 溶 性氣 體 ， 傳 質(zhì) 阻 力 將 集 中 在 氣 液 界 面 的 液 相 側(cè) 。 對 這 些 情 況：（7.9） （7.12） （7.14）（7.12） 對 表 觀 反 應(yīng) 速 率 可 化 簡 為 ：（7.8）（7.13）（7.15） （7.16）（7.12）（7.17） 此 時 表 觀 反 應(yīng) 速 率 可 表 示 為：（7.18） 催 化 劑 濃 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 為 氣 相 進(jìn) 料 為 純 氫 ， 所 以 式 （ 7.12） 適 用 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0.600.500.400.300.200.10t/min 圖 7.2 當(dāng) 催 化 劑 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 0.07%時 ， 若 能 消 除 氣 液 間 傳 質(zhì) 阻 力 ， 由 圖7.2可 見：因 為 小 結(jié) 三 相 反 應(yīng) 的 類 型三 相 反 應(yīng) 動 力 學(xué) 的 理 論 模 型 雙 膜 理 論 模 型三 相 反 應(yīng) 動 力學(xué)