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氣液界面反應

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氣液相反應過程(gas-liquidreaction process)是反應物系中存在氣相和液相的一種多相反應過程,通常是氣相反應物溶解於液相后,再與液相中另外的反應物進行反應;也可能是反應物均存在於氣相中,它們溶解於含有催化劑的溶液以後再進行反應。

1 氣液界面反應 -簡介

  氣液相反應主要用於:①直接製取產品,例如使乙烯在PdCl2-Cu2Cl2的醋酸溶液中進行氧化以製取乙醛,用空氣氧化異丙苯以製取過氧化氫異丙苯等;②化學吸收,用以脫除氣相中某一種或幾種組分,例如用鹼液脫除半水煤氣中的二氧化碳和硫化氫等酸性氣體,用銅氨溶液脫除合成氣中的一氧化碳等。

2 氣液界面反應 -理論基礎

氣液相反應的理論基礎

  氣液相反應的理論基礎,主要是由日本學者八田四郎次於1928~1932年的工作奠定的。當氣相反應物A與液相反應物B之間進行反應時,假設B不揮發,按雙膜理論(見相際傳質)可以認為反應經歷以下步驟:①分壓為pA的反應物A從氣相主體傳遞到氣液界面,在界面上A的氣相分壓為p岟,液相濃度為C岟,兩者處於相平衡狀態;②反應物A從氣液界面傳入液相,在液相內濃度為CA的A與濃度為CB的B進行反應;③反應所生成的液相產物沿濃度下降方向傳遞,氣相產物向界面傳遞;④氣相產物向氣相主體傳遞。
  為判斷傳質對反應的影響,八田提出:式中γ稱為膜內轉化係數或八田數。依γ的數值不同,可判斷反應的快慢。當γ>2時,反應為瞬間反應或快速反應。反應物A進入液相后,在液膜內即因反應而耗盡。這時傳質成為過程的控制步驟,稱為傳質控制。很多化學吸收過程屬此類。這類過程的計算方法與吸收相似:計算的反應速率

  為反應區以相界面積計算的反應速率(見反應動力學);k忢為反應物A的液膜傳質係數;β為增強係數,表示化學反應使吸收速率增加的倍數。這類過程應採用相界面大的設備如填充塔、板式塔等,以加速反應進程。
  當γ<0.02時,反應為慢反應。反應物A通過液膜進入液相,反應主要在液相主體內進行。很多以製取產品為目的的氣液反應過程屬於此類。慢反應又可分為兩種情況:①慢反應但仍需考慮傳質影響。反應主要在液相主體內進行,但液膜內仍有一定反應量。通常採用的設備是相界面面積和液相存貯量皆較大的反應器,如機械攪拌釜等。②極慢反應,反應為過程的控制步驟,反應幾乎完全在液相主體內進行,液膜內的反應量可以忽略。這稱為反應控制或動力學控制。這類過程的計算方法與單相反應過程相似:
  -rL=kCACB液相體積計的反應速率

  式中-rL為反響區以液相體積計的反響速率;k為反響速率常數,這類進程宜採取液相存貯量大的鼓泡反響器。當0.02<γ><2時,需同時斟酌化學反響和傳質對反響速率的影響,盤算較為龐雜。
  除雙膜理論外,溶質滲透理論和表面更新理論等相際傳質理論也已運用於氣液相反響的研討,但所得的成果與雙膜理論十分接近(見化學接收、相際傳質)。
  反響物系中存在氣相和液相的一種多相反響進程,通常是氣相反響物溶解於液相后,再與液相中另外的反響物進行反響;也可能是反響物均存在於氣相中,它們溶解於含有催化劑的溶液以後再進行反響。氣液相反響重要用於:①直接製取產品,例如使乙烯在PdCl2-Cu2Cl2的醋酸溶液中進行氧化以製取乙醛,用空氣氧化異丙苯以製取過氧化氫異丙苯等;②化學接收,用以脫除氣相中某一種或幾種組分,例如用鹼液脫除半水煤氣中的二氧化碳和硫化氫等酸性氣體,用銅氨溶液脫除合成氣中的一氧化碳等。
  氣液相反響的理論基本,重要是由日本學者八田四郎次於1928~1932年的工作奠定的。當氣相反響物A與液相反響物B之間進行反響時,假設B不揮發,按雙膜理論(見相際傳質)可以以為反響閱歷以下步驟:①分壓為pA的反響物A從氣相主體傳遞到氣液界面,在界面上A的氣相分壓為p岟,液相濃度為C岟,兩者處於相平衡狀況;②反響物A從氣液界面傳入液相,在液相內濃度為CA的A與濃度為CB的B進行反響;③反響所生成的液相產物沿濃度降低方向傳遞,氣相產物向界面傳遞;④氣相產物向氣相主體傳遞。
  為斷定傳質對反響的影響,八田提出:式中γ稱為膜內轉化係數或八田數。依γ的數值不同,可斷定反響的快慢。當γ>2時,反響為瞬間反響或快速反響。反響物A進入液相后,在液膜內即因反響而耗盡。這時傳質成為進程的掌握步驟,稱為傳質掌握。很多化學接收進程屬此類。這類進程的盤算辦法與接收類似:
  -rA=βk忢C岟-rA
  為反響區以相界面積盤算的反響速率(見反響動力學);k忢為反響物A的液膜傳質係數;β為加強係數,表現化學反響使接收速率增長的倍數。這類進程應採取相界面大的裝備如填充塔、板式塔等,以加速反響過程。
  當γ<0.02時,反響為慢反響。反響物A通過液膜進入液相,反響重要在液相主體內進行。很多以製取產品為目標的氣液反響進程屬於此類。慢反響又可分為兩種情形:①慢反響但仍需斟酌傳質影響。反響重要在液相主體內進行,但液膜內仍有必定反響量。通常採取的裝備是相界面面積和液相存貯量皆較大的反響器,如機械攪拌釜等。②極慢反響,反響為進程的掌握步驟,反響幾乎完整在液相主體內進行,液膜內的反響量可以疏忽。這稱為反響掌握或動力學掌握。這類進程的盤算辦法與單相反響進程類似 -rL=kCACB鼓泡反應器

  式中-rL為反應區以液相體積計的反應速率;k為反應速率常數,這類過程宜採用液相存貯量大的鼓泡反應器。當0.02<γ><2時,需同時考慮化學反應和傳質對反應速率的影響,計算較為複雜。
  除雙膜理論外,溶質滲透理論和表面更新理論等相際傳質理論也已應用於氣液相反應的研究,但所得的結果與雙膜理論十分接近(見化學吸收、相際傳質)。

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