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1、反应工程课件第1页，本讲稿共56页1)1)1)1)气液反应的特点气液反应的特点气液反应的特点气液反应的特点(1)(1)(1)(1)反应物反应物反应物反应物气体气体气体气体A A A A液相中组分液相中组分液相中组分液相中组分B B B B，B B B B不挥发不挥发不挥发不挥发(2)(2)(2)(2)反应区域在反应区域在反应区域在反应区域在液相内液相内液相内液相内，包括相界面，包括相界面，包括相界面，包括相界面;(3)(3)(3)(3)多相反应，反应过程由多相反应，反应过程由多相反应，反应过程由多相反应，反应过程由传递过程传递过程传递过程传递过程和和和和化学反应化学反应化学反应化学反应组成组成
2、组成组成;(4)(4)(4)(4)反应平衡反应平衡反应平衡反应平衡,包括包括包括包括相平衡相平衡相平衡相平衡和化学和化学和化学和化学反应平衡反应平衡反应平衡反应平衡：气体气体液体液体产品产品第2页，本讲稿共56页2)2)2)2)气气气气-液的反液的反液的反液的反应应应应目的目的目的目的(1(1(1(1）净净净净化原料气化原料气化原料气化原料气(2(2(2(2）制取）制取）制取）制取产产产产品品品品 COCOCOCO2 2 2 2+K+K+K+K2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3+H+H+H+H2 2 2 2O O O O2KHCO2KHCO2KHCO2KHCO3 3 3 3 SOSO
3、SOSO3 3 3 3+H+H+H+H2 2 2 2O HO HO HO H2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4NHNHNHNH4 4 4 4HS+HHS+HHS+HHS+H2 2 2 2O O O OH H H H2 2 2 2S+NHS+NHS+NHS+NH3 3 3 3HHHH2 2 2 2O O O O硫酸硫酸尾气尾气吸收塔吸收塔转化气转化气浓硫酸浓硫酸第3页，本讲稿共56页 本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容 6.1 6.1 6.1 6.1 气液反气液反气液反气液反应应应应平衡平衡平衡平衡 6.2 6.2 6.2 6.2 气液反气液反气液反气液反应历应历应历应历
4、程程程程 6.3 6.3 6.3 6.3 气液反气液反气液反气液反应动应动应动应动力学特征力学特征力学特征力学特征 6.4 6.4 6.4 6.4 气液反气液反气液反气液反应应应应器概述器概述器概述器概述 6.5 6.5 6.5 6.5 填料反填料反填料反填料反应应应应器器器器第4页，本讲稿共56页6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 气液相平衡气液相平衡气液相平衡气液相平衡 气液反应的相平衡关系如下，包括气液相平衡和化学气液反应的相平衡关系如下，包括气液相平衡和化学气液反应的相平衡关系如下，包括气液相平衡和化学气液反应的相平衡关系如下，包括气液相平衡和化学反应平衡，先讨论反应平衡，
5、先讨论反应平衡，先讨论反应平衡，先讨论相平衡相平衡相平衡相平衡。设气相中组分设气相中组分设气相中组分设气相中组分i i i i溶解于液相中，当溶解于液相中，当溶解于液相中，当溶解于液相中，当气液相平衡气液相平衡气液相平衡气液相平衡时，组分时，组分时，组分时，组分i i i i在气相和液相中的在气相和液相中的在气相和液相中的在气相和液相中的逸度相等逸度相等逸度相等逸度相等，即，即，即，即6.1 6.1 6.1 6.1 气液反应平衡气液反应平衡气液反应平衡气液反应平衡 式中：式中：式中：式中：分逸度；分逸度；分逸度；分逸度；i i i i的摩的摩的摩的摩尔尔尔尔分率；分率；分率；分率；i i i
6、i的逸度系数的逸度系数的逸度系数的逸度系数产产产产物物物物i i i i（气相）（气相）（气相）（气相）i i i i（液相）（液相）（液相）（液相）B B B B（液相）（液相）（液相）（液相）第5页，本讲稿共56页对对对对于稀溶液，可用亨利定律表示：于稀溶液，可用亨利定律表示：于稀溶液，可用亨利定律表示：于稀溶液，可用亨利定律表示：式中：式中：式中：式中：亨利系数亨利系数亨利系数亨利系数i i i i在液相中的摩在液相中的摩在液相中的摩在液相中的摩尔尔尔尔分率分率分率分率 1)1)1)1)气液平衡的一般关系气液平衡的一般关系气液平衡的一般关系气液平衡的一般关系第6页，本讲稿共56页(2)(
7、2)(2)(2)气相气相气相气相为为为为理想气体混合物理想气体混合物理想气体混合物理想气体混合物 低低低低压压压压下：下：下：下：(1)(1)(1)(1)气相气相气相气相为为为为理想气体理想气体理想气体理想气体，气液相平衡关系，气液相平衡关系，气液相平衡关系，气液相平衡关系为为为为：式中：式中：式中：式中：容容容容积积积积摩摩摩摩尔尔尔尔浓浓浓浓度；度；度；度；溶解度系数溶解度系数溶解度系数溶解度系数第7页，本讲稿共56页2)2)2)2)i i i i和和和和E E E Ei i i i的关系的关系的关系的关系 对于稀溶液，对于稀溶液，对于稀溶液，对于稀溶液，M M M M近似等于溶剂的分子量
8、近似等于溶剂的分子量近似等于溶剂的分子量近似等于溶剂的分子量M M M M 0 0 0 0，可得，可得，可得，可得H H H Hi i i i和和和和E E E Ei i i i的近似关的近似关的近似关的近似关系：系：系：系：式中式中式中式中:，溶液密度，溶液密度，溶液密度，溶液密度，M M M M溶液平均分子量溶液平均分子量溶液平均分子量溶液平均分子量第8页，本讲稿共56页3)3)3)3)i i i i、E E E Ei i i i和温度的关系和温度的关系和温度的关系和温度的关系 在大多数情况下，在大多数情况下，在大多数情况下，在大多数情况下，HHHHi i i i为为为为“-”“-”“-”
9、“-”，即溶解时放热。，即溶解时放热。，即溶解时放热。，即溶解时放热。讨论：讨论：讨论：讨论：问题：温度升高问题：温度升高i i、E Ei i增大还是减小？增大还是减小？第9页，本讲稿共56页1935193519351935年年年年苏联苏联苏联苏联学者克里契夫斯基提出如下关系式学者克里契夫斯基提出如下关系式学者克里契夫斯基提出如下关系式学者克里契夫斯基提出如下关系式：i i i i在溶液中的偏摩在溶液中的偏摩在溶液中的偏摩在溶液中的偏摩尔尔尔尔容容容容积积积积，可，可，可，可查查查查文献得到。文献得到。文献得到。文献得到。4)4)4)4)i i i i、E E E Ei i i i和和和和压压
10、压压力的关系力的关系力的关系力的关系 第10页，本讲稿共56页讨论：讨论：讨论：讨论：(1)(1)(1)(1)当压力的变化小于当压力的变化小于当压力的变化小于当压力的变化小于50atm50atm50atm50atm时，对气体在液体中的溶解度影时，对气体在液体中的溶解度影时，对气体在液体中的溶解度影时，对气体在液体中的溶解度影响很小，响很小，响很小，响很小，H H H Hi i i i可以近似看做常数；可以近似看做常数；可以近似看做常数；可以近似看做常数；(2(2(2(2）当压力的变化超过）当压力的变化超过）当压力的变化超过）当压力的变化超过50atm50atm50atm50atm时，要考虑时，
11、要考虑时，要考虑时，要考虑H H H Hi i i i的变化。的变化。的变化。的变化。问题：压力升高问题：压力升高i i、E Ei i增大还是减小？增大还是减小？规定：规定：规定：规定：第11页，本讲稿共56页6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 溶液中气体溶解度的估算溶液中气体溶解度的估算溶液中气体溶解度的估算溶液中气体溶解度的估算 亨利定律只适用于稀溶液和亨利定律只适用于稀溶液和亨利定律只适用于稀溶液和亨利定律只适用于稀溶液和纯纯纯纯溶溶溶溶剂剂剂剂，但在工，但在工，但在工，但在工业业业业生生生生产过产过产过产过程中，程中，程中，程中，液相中含有其他液相中含有其他液相中含有其他液
12、相中含有其他电电电电解解解解质质质质和非和非和非和非电电电电解解解解质质质质，亨利定律并不适用。，亨利定律并不适用。，亨利定律并不适用。，亨利定律并不适用。1)1)1)1)电电电电解解解解质质质质溶液溶液溶液溶液的的的的2)2)2)2)非电解质溶液的非电解质溶液的非电解质溶液的非电解质溶液的 系数可由相关文献中系数可由相关文献中系数可由相关文献中系数可由相关文献中查查查查得。得。得。得。E E、E E0 0为气体在水中和电解质溶液为气体在水中和电解质溶液中的亨利系数。中的亨利系数。I I1 1、I I2 2为溶液中各电解质的离子强度。为溶液中各电解质的离子强度。h h1 1、h h2 2为溶液
13、中各电解质所引起的为溶液中各电解质所引起的溶解度降低系数。溶解度降低系数。h hs s为非电解质溶液盐效应系数。为非电解质溶液盐效应系数。C Cs s为非电解质的浓度。为非电解质的浓度。第12页，本讲稿共56页6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 带带带带化学反化学反化学反化学反应应应应的气液平衡的气液平衡的气液平衡的气液平衡 1)1)1)1)一般的化学吸收一般的化学吸收一般的化学吸收一般的化学吸收(1)(1)(1)(1)两相间两相间两相间两相间-相平衡相平衡相平衡相平衡 对理想气体混合物，或在低压的气体应满足亨利定律对理想气体混合物，或在低压的气体应满足亨利定律对理想气体混合物，或
14、在低压的气体应满足亨利定律对理想气体混合物，或在低压的气体应满足亨利定律C C C Ci i i i=H=H=H=Hi i i iP P P Pi i i i第13页，本讲稿共56页(2)(2)(2)(2)溶液中溶液中溶液中溶液中-化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡2)2)2)2)气液反应的类型气液反应的类型气液反应的类型气液反应的类型(1(1(1(1）溶剂化作用）溶剂化作用）溶剂化作用）溶剂化作用：被吸收组分溶解后与溶剂相互作用。被吸收组分溶解后与溶剂相互作用。被吸收组分溶解后与溶剂相互作用。被吸收组分溶解后与溶剂相互作用。例如：例如：例如：例如：NHNH3 3+H+H2 2O=NHO=NH4
15、 4OHOH第14页，本讲稿共56页溶剂化的一般形式溶剂化的一般形式溶剂化的一般形式溶剂化的一般形式A A A A、溶液中、溶液中、溶液中、溶液中-满足化学反应平衡满足化学反应平衡满足化学反应平衡满足化学反应平衡分析：分析：分析：分析：组分组分组分组分A A A A的溶解量包括两部分，一部分以的溶解量包括两部分，一部分以的溶解量包括两部分，一部分以的溶解量包括两部分，一部分以A A A A的形态存在，成为游离的形态存在，成为游离的形态存在，成为游离的形态存在，成为游离或溶解态的或溶解态的或溶解态的或溶解态的A A A A，即溶液中浓度为，即溶液中浓度为，即溶液中浓度为，即溶液中浓度为C C C
16、 CA A A A的部分，是的部分，是的部分，是的部分，是物理溶解量物理溶解量物理溶解量物理溶解量，另一部分，另一部分，另一部分，另一部分与与与与B B B B反应转变成了反应转变成了反应转变成了反应转变成了M M M M，即，即，即，即化学溶解量化学溶解量化学溶解量化学溶解量。第15页，本讲稿共56页 B B B B、两相间、两相间、两相间、两相间-满足相平衡满足相平衡满足相平衡满足相平衡 与气相中分压与气相中分压与气相中分压与气相中分压P P P PA A A A*相平衡的是液相中的存在形式相平衡的是液相中的存在形式相平衡的是液相中的存在形式相平衡的是液相中的存在形式C C C CA A
17、A A 第16页，本讲稿共56页C C C C、溶液的吸收能力、溶液的吸收能力、溶液的吸收能力、溶液的吸收能力 包括物理吸收和化学吸收两部分包括物理吸收和化学吸收两部分包括物理吸收和化学吸收两部分包括物理吸收和化学吸收两部分D D D D、溶剂化作用的结果、溶剂化作用的结果、溶剂化作用的结果、溶剂化作用的结果 气相中的平衡分压气相中的平衡分压气相中的平衡分压气相中的平衡分压P P P PA A A A*与与与与C C C CA A A A0 0 0 0仍服从亨利定律仍服从亨利定律仍服从亨利定律仍服从亨利定律C Ci i=H=Hi iP Pi i 。只是由于溶剂化作用，使溶解度系数比以前增大了（
18、只是由于溶剂化作用，使溶解度系数比以前增大了（只是由于溶剂化作用，使溶解度系数比以前增大了（只是由于溶剂化作用，使溶解度系数比以前增大了（1+K1+K1+K1+K1 1 1 1C C C CB B B B）倍。溶剂化）倍。溶剂化）倍。溶剂化）倍。溶剂化作用有利于作用有利于作用有利于作用有利于A A A A的吸收。的吸收。的吸收。的吸收。（2 2 2 2）离解作用）离解作用）离解作用）离解作用：气体溶质气体溶质气体溶质气体溶质A A A A溶于溶剂后，离解为离子。溶于溶剂后，离解为离子。溶于溶剂后，离解为离子。溶于溶剂后，离解为离子。例如：例如：例如：例如：HCl=HHCl=HHCl=HHCl=
19、H+Cl+Cl+Cl+Cl-第17页，本讲稿共56页离解作用的一般形式离解作用的一般形式离解作用的一般形式离解作用的一般形式A A A A、溶液中、溶液中、溶液中、溶液中-满足化学反应平衡满足化学反应平衡满足化学反应平衡满足化学反应平衡B B B B、两相间、两相间、两相间、两相间-满足相平衡满足相平衡满足相平衡满足相平衡 第18页，本讲稿共56页C C C C、溶液中、溶液中、溶液中、溶液中A A A A的总溶解量的总溶解量的总溶解量的总溶解量 包括包括包括包括C C C CA A A A和和和和C C C CM M M M两种形式存在的量两种形式存在的量两种形式存在的量两种形式存在的量（3
20、 3 3 3）与活性组分发生化学反应）与活性组分发生化学反应）与活性组分发生化学反应）与活性组分发生化学反应 A A A A溶于液相后，与液相中的活性组分溶于液相后，与液相中的活性组分溶于液相后，与液相中的活性组分溶于液相后，与液相中的活性组分B B B B之间发生化学反应。之间发生化学反应。之间发生化学反应。之间发生化学反应。例如：例如：例如：例如：2NH2NH2NH2NH3 3 3 3+H+H+H+H2 2 2 2O+COO+COO+COO+CO2 2 2 2=(NH=(NH=(NH=(NH4 4 4 4)2 2 2 2COCOCOCO3 3 3 3第19页，本讲稿共56页吸收的一般形式吸
21、收的一般形式吸收的一般形式吸收的一般形式设设设设B B B B的平衡转化率为的平衡转化率为的平衡转化率为的平衡转化率为R R R R，吸收达到平衡时：，吸收达到平衡时：，吸收达到平衡时：，吸收达到平衡时：C C C CB B B B=C=C=C=CB B B B0 0 0 0(1-R)(1-R)(1-R)(1-R)C C C CM M M M=C=C=C=CB B B B0 0 0 0R R R RA A A A、液相中、液相中、液相中、液相中-化学反应平衡化学反应平衡化学反应平衡化学反应平衡第20页，本讲稿共56页B B B B、两相间、两相间、两相间、两相间-相平衡相平衡相平衡相平衡 C
22、C C C、求解、求解、求解、求解第21页，本讲稿共56页3 3 3 3）对化学吸收的讨论）对化学吸收的讨论）对化学吸收的讨论）对化学吸收的讨论（1 1 1 1）压力的影响）压力的影响）压力的影响）压力的影响B B B B、高压下、高压下、高压下、高压下A A A A、低压下、低压下、低压下、低压下第22页，本讲稿共56页第23页，本讲稿共56页C C C C、讨论、讨论、讨论、讨论 物理吸收时物理吸收时物理吸收时物理吸收时，在任何压力范围内都符合亨利定律，在任何压力范围内都符合亨利定律，在任何压力范围内都符合亨利定律，在任何压力范围内都符合亨利定律，C C C CA A A A=H=H=H=
23、HA A A AP P P PA A A A，直线，斜率为直线，斜率为直线，斜率为直线，斜率为H H H HA A A A，压力增大，吸附量增大，无极限量。，压力增大，吸附量增大，无极限量。，压力增大，吸附量增大，无极限量。，压力增大，吸附量增大，无极限量。化学吸收时为曲线化学吸收时为曲线化学吸收时为曲线化学吸收时为曲线，在低压下符合亨利定律，在低压下符合亨利定律，在低压下符合亨利定律，在低压下符合亨利定律，C C C CA A A A*=C=C=C=CB B B B0 0 0 0H H H HA A A AK K K K1 1 1 1P P P PA A A A*，几乎为直线，但斜率比纯物理
24、吸收大。在高压下趋近于，几乎为直线，但斜率比纯物理吸收大。在高压下趋近于，几乎为直线，但斜率比纯物理吸收大。在高压下趋近于，几乎为直线，但斜率比纯物理吸收大。在高压下趋近于C C C CB B B B0 0 0 0，定值。中压范围内为曲线。，定值。中压范围内为曲线。，定值。中压范围内为曲线。，定值。中压范围内为曲线。第24页，本讲稿共56页（2 2 2 2）温度的影响）温度的影响）温度的影响）温度的影响 A A A A、对物理吸收、对物理吸收、对物理吸收、对物理吸收提高温度，溶解度系数提高温度，溶解度系数提高温度，溶解度系数提高温度，溶解度系数H H H HA A A A下降，吸附量下降，但影
25、响比较小。下降，吸附量下降，但影响比较小。下降，吸附量下降，但影响比较小。下降，吸附量下降，但影响比较小。B B B B、对化学吸收、对化学吸收、对化学吸收、对化学吸收 改变温度要影响改变温度要影响改变温度要影响改变温度要影响H H H HA A A A和和和和K K K K，对，对，对，对K K K K的影响大。所以温度对化学吸收的影响大。的影响大。所以温度对化学吸收的影响大。的影响大。所以温度对化学吸收的影响大。的影响大。所以温度对化学吸收的影响大。（3 3 3 3）再生过程）再生过程）再生过程）再生过程A A A A、对物理吸收再生，主要是降压。、对物理吸收再生，主要是降压。、对物理吸收
26、再生，主要是降压。、对物理吸收再生，主要是降压。B B B B、对化学吸收再生，主要是加热（放热反应）。、对化学吸收再生，主要是加热（放热反应）。、对化学吸收再生，主要是加热（放热反应）。、对化学吸收再生，主要是加热（放热反应）。第25页，本讲稿共56页 6.2 6.2 6.2 6.2 气气气气-液反应历程液反应历程液反应历程液反应历程 6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 气液相间物质传递气液相间物质传递气液相间物质传递气液相间物质传递 1 1 1 1）双膜理论）双膜理论）双膜理论）双膜理论 双膜论是双膜论是双膜论是双膜论是W.G.WhitmanW.G.WhitmanW.G.Whi
27、tmanW.G.Whitman于于于于1923192319231923年提出的。年提出的。年提出的。年提出的。（1 1 1 1）模型要点）模型要点）模型要点）模型要点 A A A A、呈滞流的双膜、呈滞流的双膜、呈滞流的双膜、呈滞流的双膜 假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。假定在相界面的两侧存在着气膜和液膜。流体在双膜中呈滞流。B B B B、气液的相间阻力、气液的相间阻力、气液的相间阻力、气液的相间阻力 假定气液相主体浓度不变。假定气液相主体浓度不变。假定气液
28、相主体浓度不变。假定气液相主体浓度不变。气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。气液间阻力简化集中在气膜和液膜内。C C C C、界面平衡、界面平衡、界面平衡、界面平衡 气液两相在界面上达到平衡。气液两相在界面上达到平衡。气液两相在界面上达到平衡。气液两相在界面上达到平衡。第26页，本讲稿共56页D D D D、传质速率、传质速率、传质速率、传质速率 气相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率气相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率气相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率气相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率 液相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率液
29、相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率液相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率液相一侧：传质速率稳定的分子扩散速率 把滞流膜作为静止膜，忽略流动过程对传质的贡献。把滞流膜作为静止膜，忽略流动过程对传质的贡献。把滞流膜作为静止膜，忽略流动过程对传质的贡献。把滞流膜作为静止膜，忽略流动过程对传质的贡献。第27页，本讲稿共56页2 2 2 2）吸收速率）吸收速率）吸收速率）吸收速率N N N N界面上界面上界面上界面上 消去界面消去界面消去界面消去界面浓浓浓浓度度度度 第28页，本讲稿共56页 第29页，本讲稿共56页 第30页，本讲稿共56页式中式中式中式中第31页，本讲稿共56页 思考题思考题1 1、升
30、高温度，溶解度系数、升高温度，溶解度系数、升高温度，溶解度系数、升高温度，溶解度系数H H（），亨利系数），亨利系数），亨利系数），亨利系数E(E(）；增加）；增加）；增加）；增加压力，压力，压力，压力，溶解度系数溶解度系数溶解度系数溶解度系数HH（），亨利系数），亨利系数），亨利系数），亨利系数E E（）；）；）；）；2 2、物理吸收时，气体的溶解度随分压呈（、物理吸收时，气体的溶解度随分压呈（、物理吸收时，气体的溶解度随分压呈（、物理吸收时，气体的溶解度随分压呈（）关系）关系）关系）关系,而化学吸收则而化学吸收则而化学吸收则而化学吸收则（）关系）关系）关系）关系;物理吸收宜应用于（物理吸收
31、宜应用于（物理吸收宜应用于（物理吸收宜应用于（）的情况）的情况）的情况）的情况,而化学吸收宜应用而化学吸收宜应用而化学吸收宜应用而化学吸收宜应用于（于（于（于（）的情况。）的情况。）的情况。）的情况。3 3、简述双膜理论。、简述双膜理论。、简述双膜理论。、简述双膜理论。4 4、若气液间的传质速率为、若气液间的传质速率为、若气液间的传质速率为、若气液间的传质速率为试证明试证明试证明试证明第32页，本讲稿共56页6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 化学反应在相间传递中的作用化学反应在相间传递中的作用化学反应在相间传递中的作用化学反应在相间传递中的作用产产产产物物物物A A A A（气相
32、）（气相）（气相）（气相）A A A A（液相）（液相）（液相）（液相）bBbBbBbB（液相）（液相）（液相）（液相）1 1 1 1）概述概述概述概述 在双膜论的基础上范克雷文论和霍夫蔕泽尔在双膜论的基础上范克雷文论和霍夫蔕泽尔在双膜论的基础上范克雷文论和霍夫蔕泽尔在双膜论的基础上范克雷文论和霍夫蔕泽尔（Van.KreveLen,HoftiperVan.KreveLen,HoftiperVan.KreveLen,HoftiperVan.KreveLen,Hoftiper）提出了）提出了）提出了）提出了等温扩散反应膜模型等温扩散反应膜模型等温扩散反应膜模型等温扩散反应膜模型。（1 1 1 1）
33、反应步骤）反应步骤）反应步骤）反应步骤A A A A、气膜扩散、气膜扩散、气膜扩散、气膜扩散 稳定的分子扩散，稳定的分子扩散，稳定的分子扩散，稳定的分子扩散，A A A A从气相主体到达相界面。从气相主体到达相界面。从气相主体到达相界面。从气相主体到达相界面。P P P PAGAGAGAGPPPPAiAiAiAi第33页，本讲稿共56页C C C C、扩散反应过程、扩散反应过程、扩散反应过程、扩散反应过程 A A A A在液膜内扩散反应在液膜内扩散反应在液膜内扩散反应在液膜内扩散反应 C C C CAiAiAiAiCCCCALALALALB B B B、界面上平衡、界面上平衡、界面上平衡、界面
34、上平衡 P P P PAiAiAiAi C C C CAiAiAiAi （2 2 2 2）计计计计算公式算公式算公式算公式A A A A、气相一、气相一、气相一、气相一侧侧侧侧吸收速率吸收速率吸收速率吸收速率B B B B、界面上平衡、界面上平衡、界面上平衡、界面上平衡 C C C CAiAiAiAi=H=H=H=HA A A AP P P PAiAiAiAi C C C C、液相一、液相一、液相一、液相一侧侧侧侧吸收速率吸收速率吸收速率吸收速率 结论：结论：结论：结论：化学反应的作用可增大吸收速率，化学反应的作用可增大吸收速率，化学反应的作用可增大吸收速率，化学反应的作用可增大吸收速率，但反
35、应速率不同，对吸收过程所做的但反应速率不同，对吸收过程所做的但反应速率不同，对吸收过程所做的但反应速率不同，对吸收过程所做的贡献也不同贡献也不同贡献也不同贡献也不同.第34页，本讲稿共56页 2 2 2 2）化学反化学反化学反化学反应应应应可忽略的可忽略的可忽略的可忽略的过过过过程程程程 气体气体气体气体A A A A的吸收量液相中反的吸收量液相中反的吸收量液相中反的吸收量液相中反应应应应量物理溶解量量物理溶解量量物理溶解量量物理溶解量 化学反应可忽略的条件：化学反应可忽略的条件：化学反应可忽略的条件：化学反应可忽略的条件：反反反反应应应应量量量量 物理溶解量物理溶解量物理溶解量物理溶解量一一
36、一一级级级级不可逆反不可逆反不可逆反不可逆反应应应应，r r r rA A A A=k=k=k=k1 1 1 1C C C CA A A A，其判，其判，其判，其判别别别别条件条件条件条件为为为为：k k k k1 1 1 1t 1t 1t 1t 1 V kV kV kV k1 1 1 1C C C CA A A A V V V V0 0 0 0C C C CA A A A式中：式中：式中：式中：V V V V反反反反应应应应器中器中器中器中积积积积液量；液量；液量；液量；V V V V0 0 0 0液体流量；液体流量；液体流量；液体流量；结论结论结论结论：对对对对于一于一于一于一级级级级不可
37、逆反不可逆反不可逆反不可逆反应应应应，当，当，当，当k k k k1 1 1 1t t t t远远远远远远远远小于小于小于小于1 1 1 1时时时时,化学反化学反化学反化学反应应应应的作用可忽的作用可忽的作用可忽的作用可忽略不略不略不略不计计计计。V、CAv0、CA分析：分析：分析：分析：第35页，本讲稿共56页 3 3 3 3）液相主体中）液相主体中）液相主体中）液相主体中进进进进行行行行缓缓缓缓慢化学反慢化学反慢化学反慢化学反应过应过应过应过程程程程 （2 2 2 2）缓缓缓缓慢化学反慢化学反慢化学反慢化学反应应应应在液相主体中在液相主体中在液相主体中在液相主体中进进进进行的条件行的条件行
38、的条件行的条件 （1)1)1)1)缓慢化学反应进行的区域缓慢化学反应进行的区域缓慢化学反应进行的区域缓慢化学反应进行的区域液膜中反液膜中反液膜中反液膜中反应应应应量量量量 液膜中液膜中液膜中液膜中扩扩扩扩散量散量散量散量 如果如果如果如果A A A A和和和和B B B B的化学反的化学反的化学反的化学反应应应应比比比比较缓较缓较缓较缓慢，在液膜内不能完成，慢，在液膜内不能完成，慢，在液膜内不能完成，慢，在液膜内不能完成，绝绝绝绝大部分在液大部分在液大部分在液大部分在液相主体内完成。相主体内完成。相主体内完成。相主体内完成。第36页，本讲稿共56页 对对对对于一于一于一于一级级级级不可逆反不可
39、逆反不可逆反不可逆反应应应应L L L LFkFkFkFk1 1 1 1C C C CA A A A k k k kL L L L（C C C CAiAiAiAi-C-C-C-CALALALAL)F)F)F)F（3)3)3)3)无因次吸收准数无因次吸收准数无因次吸收准数无因次吸收准数M M M M 物理意义：物理意义：物理意义：物理意义：L L L L k k k k1 1 1 1C C C CAiAiAiAi k k k kL L L LC C C CAiAiAiAi液膜中反液膜中反液膜中反液膜中反应应应应量量量量 1111中速反应：中速反应：中速反应：中速反应：1111慢速反应：慢速反应：
40、慢速反应：慢速反应：1 1 1 1A A A A、基准基准基准基准 N N N NA A A A=k=k=k=kL L L LCCCCAiAiAiAi 固定坐固定坐固定坐固定坐标标标标 B B B B、第43页，本讲稿共56页（5)5)5)5)的作用的作用的作用的作用 对对对对于物理吸收于物理吸收于物理吸收于物理吸收过过过过程的研究以及相关参数的程的研究以及相关参数的程的研究以及相关参数的程的研究以及相关参数的计计计计算已算已算已算已经较为经较为经较为经较为成熟，成熟，成熟，成熟，可以直接引用。可以直接引用。可以直接引用。可以直接引用。对对对对于化学吸收而言，只需求出于化学吸收而言，只需求出于
41、化学吸收而言，只需求出于化学吸收而言，只需求出 即可计即可计即可计即可计算出算出算出算出N N N NA A A A。引进引进引进引进 后，可以把后，可以把后，可以把后，可以把N N N NA A A A表示成表示成表示成表示成 和和和和N N N NA A A A的乘积。的乘积。的乘积。的乘积。A A A A、对对对对于可逆反于可逆反于可逆反于可逆反应应应应 气相一气相一气相一气相一侧侧侧侧 界面界面界面界面C CAiAi=H=HA AP PAiAi 液相一液相一液相一液相一侧侧侧侧第44页，本讲稿共56页 第45页，本讲稿共56页 C CAiAi=H=HA AP PAiAi第46页，本讲稿
42、共56页 第47页，本讲稿共56页界面上平衡界面上平衡界面上平衡界面上平衡 气相一气相一气相一气相一侧侧侧侧吸收速率吸收速率吸收速率吸收速率（直（直（直（直线线线线DDDDDDDD的斜率）的斜率）的斜率）的斜率）B B B B、不可逆反应、不可逆反应、不可逆反应、不可逆反应液相一液相一液相一液相一侧侧侧侧吸收速率吸收速率吸收速率吸收速率 C C C CAiAiAiAi=H=H=H=HA A A AP P P PAiAiAiAi N N N NA A A A=以界面以界面以界面以界面为为为为基准液相方向的基准液相方向的基准液相方向的基准液相方向的扩扩扩扩散速率散速率散速率散速率 第49页，本讲稿
43、共56页1 1 1 1）说明气）说明气）说明气）说明气液反应的无因次准数液反应的无因次准数液反应的无因次准数液反应的无因次准数M M M M的数学表达式及物理意义。的数学表达式及物理意义。的数学表达式及物理意义。的数学表达式及物理意义。2 2 2 2）气液反应的准数）气液反应的准数）气液反应的准数）气液反应的准数M M M M表示了液膜中（表示了液膜中（表示了液膜中（表示了液膜中（）速率与（）速率与（）速率与（）速率与（）速率之比）速率之比）速率之比）速率之比值。当值。当值。当值。当M M M M1 1 1 1时、属（时、属（时、属（时、属（）反应过程，反应在（）反应过程，反应在（）反应过程，
44、反应在（）反应过程，反应在（）进行完毕。）进行完毕。）进行完毕。）进行完毕。3 3 3 3）气液反应的无因次准数）气液反应的无因次准数）气液反应的无因次准数）气液反应的无因次准数M 1M 1M 1M 1时，为（时，为（时，为（时，为（）反应过程，反应）反应过程，反应）反应过程，反应）反应过程，反应在（在（在（在（）中进行。）中进行。）中进行。）中进行。4 4 4 4）如何用无因次准数）如何用无因次准数）如何用无因次准数）如何用无因次准数M M M M来判断气来判断气来判断气来判断气-液反应的类别及反应进行的区域？液反应的类别及反应进行的区域？液反应的类别及反应进行的区域？液反应的类别及反应进行
45、的区域？5 5）何谓化学吸收的增强因子何谓化学吸收的增强因子何谓化学吸收的增强因子何谓化学吸收的增强因子?思考题思考题思考题思考题第50页，本讲稿共56页 6)6)一级不可逆反应过程，已知：一级不可逆反应过程，已知：一级不可逆反应过程，已知：一级不可逆反应过程，已知：k k k kL L L L=10=10=10=10-4-4-4-4m/s,Dm/s,Dm/s,Dm/s,DL L L L=1.510=1.510=1.510=1.510-9-9-9-9m m m m2 2 2 2/s,/s,/s,/s,试讨论（试讨论（试讨论（试讨论（1 1 1 1）反应速率常数）反应速率常数）反应速率常数）反应
46、速率常数k k k k1 1 1 1高于什么数值时，将是膜中进行的高于什么数值时，将是膜中进行的高于什么数值时，将是膜中进行的高于什么数值时，将是膜中进行的快反应过程；（快反应过程；（快反应过程；（快反应过程；（2 2 2 2）反应速率常数）反应速率常数）反应速率常数）反应速率常数k k k k1 1 1 1低于什么数值时，将是液低于什么数值时，将是液低于什么数值时，将是液低于什么数值时，将是液流主体中进行的慢反应过程。流主体中进行的慢反应过程。流主体中进行的慢反应过程。流主体中进行的慢反应过程。7)7)7)7)若气液相若气液相若气液相若气液相间间间间的化学吸收速率的化学吸收速率的化学吸收速率
47、的化学吸收速率为为为为试证明：试证明：第51页，本讲稿共56页6.3 6.3 6.3 6.3 气液反应动力学特征气液反应动力学特征气液反应动力学特征气液反应动力学特征6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 伴有化学反应的液相扩散过程伴有化学反应的液相扩散过程伴有化学反应的液相扩散过程伴有化学反应的液相扩散过程 以不可逆反以不可逆反以不可逆反以不可逆反应应应应 A+A+A+A+BQ BQ BQ BQ 为例为例为例为例1 1 1 1）扩扩扩扩散反散反散反散反应应应应方程方程方程方程扩扩扩扩散散散散进进进进入量入量入量入量扩扩扩扩散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反应应应
48、应量量量量在液膜内任取厚度在液膜内任取厚度在液膜内任取厚度在液膜内任取厚度为为为为dXdXdXdX的微元体的微元体的微元体的微元体积积积积。对对对对反反反反应应应应物作物料衡算：物作物料衡算：物作物料衡算：物作物料衡算：第52页，本讲稿共56页 （1 1 1 1）对对对对被吸收被吸收被吸收被吸收组组组组分分分分A A A A扩扩扩扩散散散散进进进进入量入量入量入量扩扩扩扩散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反应应应应量量量量单位时间、单位液膜面积组分单位时间、单位液膜面积组分单位时间、单位液膜面积组分单位时间、单位液膜面积组分A A A A扩散进入量：扩散进入量：扩散进入量：
49、扩散进入量：组分组分组分组分A A A A扩散离开量：扩散离开量：扩散离开量：扩散离开量：第53页，本讲稿共56页 扩扩扩扩散散散散进进进进入量入量入量入量扩扩扩扩散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反散离开量化学反应应应应量量量量第54页，本讲稿共56页 用同用同用同用同样样样样的方法可以求得的方法可以求得的方法可以求得的方法可以求得扩扩扩扩散散散散-反反反反应应应应微分方程微分方程微分方程微分方程A+A+A+A+BQBQBQBQ（2 2 2 2）活性）活性）活性）活性组组组组分分分分B B B B第55页，本讲稿共56页 2 2 2 2）气液反应过程的吸收速率气液反应过程的吸收速率气液
50、反应过程的吸收速率气液反应过程的吸收速率分析：分析：分析：分析：A A A A气主体气主体气主体气主体 穿过气膜扩散穿过气膜扩散穿过气膜扩散穿过气膜扩散 界面界面界面界面 穿过液膜扩散穿过液膜扩散穿过液膜扩散穿过液膜扩散 液主体液主体液主体液主体 在稳定的情况下，液膜内尽管有扩散在稳定的情况下，液膜内尽管有扩散在稳定的情况下，液膜内尽管有扩散在稳定的情况下，液膜内尽管有扩散-反应同时进行，但扩散和反应反应同时进行，但扩散和反应反应同时进行，但扩散和反应反应同时进行，但扩散和反应的的的的A A A A总量都必须通过界面扩散进来，因而可以用界面上的扩散速率来代总量都必须通过界面扩散进来，因而可以用