气液反应与反应器ppt课件.ppt
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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能气液反应及反应器气液反应及反应器 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能本章内容本章内容概述概述气液反应的宏观动力学气液反应的宏观动力学气液反应器的设计气液反应器的设计123为深入学习习近平新时代中国特色社
2、会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能 1.1概述概述1.1.1气液反应气液反应气液反应:指气相中的组分必须进入到液相中才能进行的反应。液相可以是液体反应物,也可以是催化剂溶液。反应举例:1、化学吸收:CO2(g)+NaOH(L)Na2CO3+H2O2、生化反应:好氧发酵3、环保:CO2、H2S等脱除。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育
3、大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2、有机合成反应:氧化反应:如:氯化反应:如:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.1.2 气液反应器型式气液反应器型式塔式:填料塔,板式塔,鼓泡塔等釜式:机械搅拌鼓泡釜其它:环流反应器、喷射型反应器、文丘里型反应器等1.1.3气液反应的特点气液反应的特点(1)为非均相反应,气液两相间存在相界面,反应的进行是以两相界面的传质为前提。(2)由于气液两相
4、均为流动相,不存在固定不变的相界面,这一点与气-固催化反应不同。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.1.4气液反应的步骤气液反应的步骤(1)气相组分A从气相主体扩散到液相相界面,在相界面上达到气液平衡PAi=HACAi(2)组分A由相界面向液膜内扩散,并与由液相主体扩散到液膜的组分B进行反应。此时反应与扩散同时进行。(3)未反应的A继续向液相主体扩散。并同B在液相主体中反应。(4)液相产物向液相主体扩散(气相产物
5、向界面扩散)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能图11鉴于双膜理论的气液反应步骤图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能双膜理论(模型)(渗透模型,表面更新模型)宏观反应速率:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学
6、习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能由于有了化学反应,相当于降低了液膜阻力。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.2气液反应宏观动力学气液反应宏观动力学1.2.1扩散扩散-反应方程(物料衡算式)反应方程(物料衡算式)在液膜内任一处取单位截面积的微层,微层体积对该微层作A组分的物衡:图12气液反应的扩散反
7、应图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能在定常态下:扩散进入的量扩散出去的量反应掉的量为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.2.2 各种情况下的各种情况下的A、B组分浓度分布和宏观反应速率组分浓度分布和宏观反应速率1.2.2.1一级不可逆
8、反应1瞬间不可逆反应其可分为在液膜内反应和在相界面上反应。1)反应面在液膜内:(1)本征反应速率扩散速率。(2)A、B组分不共存。(3)反应发生在液膜内的某一个面上。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能图13瞬间不可逆反应,反应面在液膜内的浓度分布图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中
9、小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能原来的扩散反应方程可写为:只在反应面上反应。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能上式,CAZ成直线关系。在定常态下,单位时间、单位截面积上A从相界面上扩散进入的量应等于A在液膜内反应掉的量,即:A从相界面上扩散进入的速率应等于A的反应速率。其中:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教
10、育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能则:图14 瞬间不可逆反应,反应速率随 的变化关系的变化关系为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2)反应面在相界面上
11、当CBLR反应面向相界面移动当CBL刚好足够大时,R0,反应面与相界面重合,此时,CBi=0,CBL=(CBL)C当CBL进一步增大,反应面将不再移动,但CBi不再为0,CBi=CBL(CBL)C,而CAi总等于0。将CBi=0时所对应的CBL称为(CBL)C(B组分的临界浓度)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能图15瞬间不可逆反应,反应面在相界面上的浓度分布图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大
12、精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能下面介绍(CBL)C的求取:反应面在相界面上液膜对A的扩散无阻力。宏观反应速率=气膜扩散速率为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2快速反应特点:(1)本征反应速率传质速率(2)反应发生在液膜内,但CAL=0图16拟一级快速反应时反应组分的浓度分布图为深入学习
13、习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能若本征反应速率(-RA)=k2CACB,此时若组分B大大过量,即CB可作为常数,则(-RA)=kCA.,为拟一级反应,代入扩散反应物衡式,得为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义
14、思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能上式说明:与无关,即与无关,因而改变液相的流动状况,并不能改变宏观反应速率。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3中速反应特征:(1)本征反应速率与传质速率相当(2)液膜和液相主体都发生反应,CAL0图17拟一级中速反应时反应组分的浓度分布图
15、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能拟一级反应,(-RA)=kCA.,扩散反应方程式仍为:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能上式说明:单位时间、单位相界面积,从液膜扩散到液相主体中A的量应等于在液相主体中反应掉的A的量。为深入学习习近平新
16、时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能4慢速反应特点:(1)本征反应速率传质速率(2)反应发生在液相主体图18拟一级慢速反应时反应组分的浓度分布图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时
17、代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能气膜传质速率液膜传质速率液相主体反应速率为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能5极慢反应特征:(1)本征反应速率4,(2)(膜内反应量大于4倍膜内传质量)瞬间反应,快速反应(2)0.0424(0.22)中速反应(3)0.000420.04(0.020.2)慢速反应(4)20.0004
18、(0.02)极慢反应为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.2.4二级不可逆反应本征速度:当很大,即时,令拟一级反应,结果与一级反应相同。此时为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1快速反应基础方程式边界条件:(组分B不挥发)为深入学习习近平
19、新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能即使在上述简单的边界条件下,基础方程式也不能直接得到解析解,而只能得到近似解析解。这是一个关于的隐函数关系,不能直接计算出值,为了便于直接得出值,可以作出以为参变量的图:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能若已知:,可读
20、出。(误差10%)图110 二级不可逆反应的 图为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能由图1-10可见(为了书写方便,用表示):1)一定,最后(水平线)2),属瞬间不可逆反应3),各点十分接近对角线,属快速拟一级反应,4),各点处于曲线上升区,属快速二级反应5)随着,二级反应呈中速慢速反应状态,值用式(*)计算。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十
21、九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2.中速反应:边界条件:无解析解,只有数值解,其结果可用以为参数的图来表示。中速反应:0.22为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1)一定,(膜内转化系数,反应能力或传质能力)(在液膜内反应量)2)一定,(液相体积或液膜体积)3)一定,(液相体积或液膜体积)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大
22、精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3慢反应与极慢反应1)慢反应仍需考虑传质。气阻液阻反应阻力传质过程与反应过程为串联关系。2)极慢反应动力学控制为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.2.5气液反应的有效因子液相利用率(反应相内部利用率)瞬间:快速:为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想
23、和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能极慢反应:()为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能1.2.6 宏观动力学的实验研究宏观动力学的实验研究1.2.6.1宏观动力学状态的实验判别1不同状态的宏观动力学特征一般表达式:1)瞬间不可逆反应:a.反应面在液膜内为深入学习习近平新时代中国特色
24、社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能(1)与本征动力学型式无关,即与(或)动力学常数无关,对温度不敏感。(2),与无关;(3)与有关。b.反应面在相界面:(1)(2)与上同,(3)与无关。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能2)快速反应:一级:二级:(1)与本征动力学型
25、式有关,即与或有关,对温度敏感;(2),与有关;(3)一级与无关,二级与有关。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3)中速反应:一级:二级:无解析解(有近似解析解)(1)同快反应;(2)与均有关;(3)与有关。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育
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