極快速不可逆化學(xué)反應(yīng)吸收過程
對(duì)于典型的氣液相反應(yīng)aA+bBa和一→rR,如果化學(xué)反應(yīng)速度極快,反應(yīng)瞬時(shí)即可完
成,則傳質(zhì)阻力比化學(xué)反應(yīng)阻力大得多,整個(gè)過程屬于擴(kuò)散控制。在反應(yīng)速度極快的情況下,反應(yīng)區(qū)厚度極小,成為反應(yīng)面。由于吸收組分A與反應(yīng)物B的擴(kuò)散速率不同,會(huì)使液相濃度分布出現(xiàn)三種不同的情況,如圖4-4所示。
①當(dāng)由氣相擴(kuò)散至相界面的吸收組分A的量超過由液相擴(kuò)散至界面的B物質(zhì)反應(yīng)所需的量
時(shí),相界面上的B物質(zhì)被耗盡,吸收組分A過剩,即相界面上Ca=0,CA>0。過剩的A物質(zhì)向液膜擴(kuò)散,并繼續(xù)與B物質(zhì)反應(yīng)。所以反應(yīng)面R-R向液相移動(dòng)。當(dāng)反應(yīng)面移動(dòng)到(-ra)=
a(-A)時(shí),過程達(dá)到穩(wěn)定,其位置不再移動(dòng)。設(shè)反應(yīng)面R-R距相界面P-P距離為Zg,相界面P-P離液膜LL的距離為ZL,根據(jù)式(4-41)、式(4-42)有在這種悄況下,實(shí)際的吸收液濃度小手臨界濃度,即C≤Cの當(dāng)由氣相擴(kuò)散至界面的吸收組分A的擴(kuò)散通量與由液相擴(kuò)散至界面的B物質(zhì)的擴(kuò)散通量恰好符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系(m、,by)時(shí)?物質(zhì)A與物質(zhì)B在界面上好反應(yīng)*,此時(shí)反應(yīng)面RR與相界面PP重合,且在此位置Ca=Ca=0,a-0在這種情況下,實(shí)際的吸收液濃度等于臨界濃度,即C=C,吸收過程總速率等于物質(zhì)A從氣相擴(kuò)放到相界面上的速率,也等于物質(zhì)B從液相擴(kuò)散到相界面的速率的倍,即過程總速率方程式為NA kn PM(4-52)
或NA=∠Nn=k(4-53)
③當(dāng)由液相擴(kuò)散至界面的B物質(zhì)的量超過出氣相擴(kuò)散至界面的吸收組分A反應(yīng)所需的量時(shí),
相界面上的A物質(zhì)被耗盡,B物質(zhì)過剩,此時(shí)反應(yīng)面也與相界面重合,在相界面上也有pa=0,但CA=0,CGm>0在這種情況下,實(shí)際的吸收液濃度大于臨界濃度,即CンCw,物質(zhì)A從氣相擴(kuò)散到相界面上的速率是整個(gè)過程的控制速率,即過程總速率方程式為:NA-K(4-54)AC AO
2.擬一級(jí)不可逆反應(yīng)的吸收過程
在反應(yīng)物組分B的量相對(duì)于被吸收組分A大量過剩的情況下,C的濃度變化相對(duì)很小,在
過程中近似看成常數(shù),因此反應(yīng)過程可視為擬一級(jí)反應(yīng)。(一rA)=ん,CA(4-55)由于反應(yīng)速度不是很快,吸收組分B與被吸G收組分A可同時(shí)存在,化學(xué)反應(yīng)在整個(gè)液膜區(qū)CB=常數(shù)
域進(jìn)行(見圖4-5),這與極快速反應(yīng)的情況不同。氣相將式(4-55)代入式(4-41)中,得:主dcDA dzk, Ca=0過程的邊界條件為:C7-0, C=CZ-Z, C=CALGP上述徴分方程井令?-く會(huì)?得液膜一C為數(shù)時(shí)相牛有混度的內(nèi)被吸收組分A的濃度分布為:CA -. sinh(az)+C sinha(z-z)157)sinh(az)
可求得過程速率方程:dcNDdz 2-CA acosh(az)-caacoshla(z-z)1DtacosALsinh(az)Z=02AL AL Ca cosh(azl)CL.1sinh(az)DAlaC(4-58h(az)cosh(az) 用愛破裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能見表412,工程中用于凈化氣態(tài)污染物的吸收設(shè)備常用的是填料塔,其次是板式語,此外還有源塔和文厘吸收器等。幾種常用收置的核術(shù)經(jīng)濟(jì)性能設(shè)備比較壓力失每10m2/m氣比空度以填料為置電力W
為板式各的一建,表中電力為每(段,塊)塔板的數(shù)值,僅作互相比較用在填料床反應(yīng)器中,一般氣液逆流操作?;旌蠚怏w由塔底進(jìn)入,自下面上穿過英料是,從語頂排出:吸收劑由塔頂通過液體分布器均勻噴淋到填料層中,沿填料表面向下流動(dòng),直至語底排出塔外,它具有操作適應(yīng)性好、結(jié)構(gòu)簡單、能耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于帶有化學(xué)反應(yīng)的氣體凈化過程。填料對(duì)吸收塔的性能影響很大,其主要類型有拉西環(huán)、絕爾環(huán)、填料等板式塔反應(yīng)器中液體與氣體在塔板上分段逆流接觸。吸收液從塔頂進(jìn)入,借重力流到下一關(guān)板,后從培底排出,氣體向上通過塔板中的各種孔眼,然后鼓泡穿過液體,分離泡沫后到上的另一婚板,在這一過程中有害氣體組分?jǐn)U散至氣液接觸表面并進(jìn)入液相被除去。板式反應(yīng)內(nèi)的塔板按不同的開孔形式有篩板和泡罩塔板兩種。