14 液(气)液相反应动力学.ppt

第十四章第十四章第十四章第十四章 液液液液(气气气气)/)/)/)/液相反应动力学液相反应动力学液相反应动力学液相反应动力学第十四章 液(气)/液相反应动力学一、双膜理论一、双膜理论一、双膜理论一、双膜理论二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制三、产物扩散与界面化学反应混合控制三、产物扩散与界面化学反应混合控制三、产物扩散与界面化学反应混合控制三、产物扩散与界面化学反应混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化一、双膜理论一、双膜理论 A A、B B是两个不相混合的流动相。是两个不相混合的流动相。A A相内反应物浓度为相内反应物浓度为C CA A；在相界面上，浓度下降为；在相界面上，浓度下降为C C*A A。A A相内边界层的厚度为相内边界层的厚度为 1 1，扩散系数为，扩散系数为D D1 1。相界面上生成物的浓度为相界面上生成物的浓度为C C*B B；B B相内，浓度下降到相内，浓度下降到C CB B。B B相内边界层的厚度为相内边界层的厚度为 2 2，扩散系数为，扩散系数为D D2 2。整个液整个液(气气)/)/液反应过程包括由三个连续的步骤：液反应过程包括由三个连续的步骤：反应物由反应物由A A相本体向相界面的扩散相本体向相界面的扩散 界面化学反应界面化学反应 生成物由相界面向生成物由相界面向B B相本体的扩散相本体的扩散一、双膜理论一、双膜理论图14-1 双膜理论示意图一、双膜理论一、双膜理论二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制反应物的扩散与界面化学反应混合控制时反应物的扩散与界面化学反应混合控制时反应物的扩散与界面化学反应混合控制时反应物的扩散与界面化学反应混合控制时由（式由（式由（式由（式14-114-1）、（式）、（式）、（式）、（式14-314-3）及上式得：）及上式得：）及上式得：）及上式得：代入（式代入（式代入（式代入（式14-114-1）得：）得：）得：）得：二、反应物扩散与界面化学反应混合控制二、反应物扩散与界面化学反应混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制界面化学反应与产物的扩散混合控制时界面化学反应与产物的扩散混合控制时界面化学反应与产物的扩散混合控制时界面化学反应与产物的扩散混合控制时由（式由（式由（式由（式14-314-3）、（式）、（式）、（式）、（式14-414-4）及上式得：）及上式得：）及上式得：）及上式得：代入（式代入（式代入（式代入（式14-414-4）得：）得：）得：）得：三、界面化学反应与产物扩散混合控制三、界面化学反应与产物扩散混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制 反应物的扩散反应物的扩散反应物的扩散反应物的扩散（式（式（式（式14-114-1）界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）（式（式（式（式14-314-3）生成物的扩散生成物的扩散生成物的扩散生成物的扩散（式（式（式（式14-414-4）四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时(式式式式14-5)14-5)方法方法方法方法1 1由由由由(式式式式14-1)14-1)、(式式式式14-3)(14-3)(式式式式14-5)14-5)联联联联立立立立求求求求解解解解，得得得得到到到到及及及及的表达式；的表达式；的表达式；的表达式；利用上述任意一式得出总反应速率的表达式。利用上述任意一式得出总反应速率的表达式。利用上述任意一式得出总反应速率的表达式。利用上述任意一式得出总反应速率的表达式。方法方法方法方法22利用等比关系利用等比关系利用等比关系利用等比关系若：若：若：若：则：则：则：则：四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制 反应物的扩散反应物的扩散反应物的扩散反应物的扩散 界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）界面化学反应（一级可逆反应）生成物的扩散生成物的扩散生成物的扩散生成物的扩散四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制 三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时三个步骤混合控制时（式（式（式（式14-614-6）k k总总总总反应过程的总阻力反应过程的总阻力反应过程的总阻力反应过程的总阻力四、三个步骤混合控制四、三个步骤混合控制五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化 熔熔池池内内原原子子由由内内部部向向表表面面扩扩散散，在在接接近近表表面面时时有有一浓度边界层一浓度边界层 N N；熔池表面之上有熔池表面之上有O O2 2及及SOSO2 2气体；气体；炉炉气气处处于于氧氧气气流流吹吹动动之之下下，气气相相浓浓度度边边界界层层很很薄薄，气相扩散系数气相扩散系数D D气气 很大很大 气气相相浓浓度度边边界界层层中中的的扩扩散散不不会会构构成成反反应应的的限限制制性环节。性环节。在液在液/气界面上发生镍锍的氧化反应气界面上发生镍锍的氧化反应高高温温下下界界面面化化学学反反应应速速度度很很快快，速速率率常常数数k k很很大大 界面化学反应亦不构成反应的限制性环节。界面化学反应亦不构成反应的限制性环节。五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化 当当镍镍锍锍氧氧化化反反应应受受熔熔池池内内反反应应物物SS的的传传质质步步骤骤控控制时，反应的总速率为：制时，反应的总速率为：(式式14-7)14-7)A A熔池表面面积；熔池表面面积；C CSS熔池内部的熔池内部的SS浓度；浓度；C C*SS熔池表面与熔池表面与SOSO2 2及及O O2 2平衡的平衡的SS浓度；浓度；液相传质系数液相传质系数五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化 用质量用质量用质量用质量%表示表示表示表示SS的浓度时：的浓度时：的浓度时：的浓度时：或改写成：或改写成：或改写成：或改写成：%S%S熔池内部熔池内部熔池内部熔池内部S S浓度（浓度（浓度（浓度（%）；）；）；）；%S*%S*熔池表面与熔池表面与熔池表面与熔池表面与SOSO2 2及及及及OO2 2平衡时平衡时平衡时平衡时S S的浓度，的浓度，的浓度，的浓度，%；V V 熔池（镍锍）体积；熔池（镍锍）体积；熔池（镍锍）体积；熔池（镍锍）体积；镍锍密度；镍锍密度；镍锍密度；镍锍密度；W W 镍锍重量。镍锍重量。镍锍重量。镍锍重量。五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化 当当当当%S*%S*值很小时（表值很小时（表值很小时（表值很小时（表14-114-1），式（），式（），式（），式（14-714-7）简化为：）简化为：）简化为：）简化为：（式（式（式（式14-814-8）积分上式：积分上式：积分上式：积分上式：脱硫反应为一级反应。脱硫反应为一级反应。脱硫反应为一级反应。脱硫反应为一级反应。五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化表14-1 不同温度时%S*的计算值表14-2 部分实验数据及液的计算值五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化五、镍锍的选择性氧化