第一节 气-液反应平衡
一、气-液相平衡
气-液相达平衡时，i组分在气相与液相中的逸度相等
，即 fig f iL
气相中i组分的逸度
fig 是分压
p
（或
）Py
与逸度因子
i
i
的乘积，即 fig Pyii
液相中i组分为被溶解的气体，xi是i组分在液相中摩
尔分数，如果是符合亨利定律的稀溶液，即 f i (L) Ei xi
气-液反应广泛地应用于加氢、磺化、卤化、氧化等 化学加工过程；合成气净化，废气及污水处理，以及好气 性微生物发酵等过程均常应用气-液反应。
工业应用气－液反应实例
有机物氧化
链状烷烃氧化成酸；对-二甲苯氧化成对苯二甲酸；环己烷氧化成环 己酮；乙醛氧化成醋酸。
有机物氯化 苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯。
溶解度系数和亨利系数的近似关系为 H i 为溶液的密度；M0为溶剂摩尔质量。
ρ
M0
Ei
亨利系数Ei与溶解度系数Hi与温度和压力的关
系为
dln Ei
d 1 T
dlnH i
d 1 T
Hi R
dln Ei dln Hi Vi
dp
d p RT
Vi 为气体在溶液中的偏摩尔容积，m3 kmol 。
第一节 气-液反应平衡
高分压的情况下，而化学吸收宜应用于低分压的情
况下。
第一节 气-液反应平衡
➢ 对各种气体的溶解度的高低，物理吸收主要体现在H的数值
上，而化学吸收则不同，取决于 (H AKc 的乘积)的数值，即
除了HA值外，化学平衡常数Kc更具有特殊的选择性。 ➢ 物理吸收溶解热较小，仅数千焦耳每摩尔之内，而化学吸收
如果物理溶解量相对于化学转化量可以忽略时，
则
cA0
xBcB0
cB0
α p*A 1 α p*A
该式为化学吸收典型的气液平衡关系。
第一节 气-液反应平衡
与物理吸收
cA
H
A
p
A
的关系比较如下：
➢ 物理吸收时，气体的溶解度随分压呈直线关系；而
化学吸收则呈渐近线关系，在分压很高时，气体的
溶解度趋近于化学计量的极限；物理吸收宜应用于
第六章 气-液反应工程
在“化工原理”课程中，“气体吸收”一章主
要讨论以液体吸收气体混合物中的有用物质，以制 取产品和除去其中有害的物质，其基本原理是利用 目的组分在溶剂中不同的物理溶解度，而与气体混 合物分离，称为物理吸收，所采用的设备主要是填 料吸收塔。
以溶剂中活性组分与目的组分产生化学反应而
增大溶解度和吸收速率的过程，称为化学吸收，“ 化工原理”课程只做了简要阐述。
，由化学
第一节 气-液反应平衡
将气液平衡关系
cA
H
A
p
* A
引入，则
p
* A
xB
[K c H A (1 xB )]
液相总的A组分浓度
c
0 A
cA
x B c B0
HA
p
* A
cB0
α
p
* A
1 α p*A
式中 α Kc HA 为平衡常数Kc与溶解度系数HA的乘积，表
征带化学反应的气-液平衡特征。
有机物加氢 烯烃加氢；脂肪酸酯加氢
其他有机反应 甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；烯烃在有机溶剂中聚合。
气体的吸收 合成产物
SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收 。
CO2与液氨合成尿素；CO2与氨水生成碳铵；CO2与含NH3的盐水生成 NaHCO3和NH4Cl
增大(1+Kc cB)倍。
如水吸收氨即属此例。
第一节 气-液反应平衡
2. 被吸收组分在溶液中离解
由反应平衡，Kc cM cN cA ，当溶液中无其他
离子存在时c，M
c
N
，则cM
c
N
K
c
c
A
第一节 气-液反应平衡
A的总浓度 ，由 ， c
0 A
cA
cM
cA
K
c
c
A
cA
H
A
p
* A
则得 c
f* A(g )
cA* HA
1 HA
c c M N MN
K
c
c B B
1 A
当气相是理想气体混合物时，上式为
p
* A
1 HA
c M M
Kc
c N N
c B B
1 A
第一节 气-液反应平衡
为了较深入地阐明带化学反应的气液平衡关系，下面分 几种类型来分析。
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
在过程工业中，采用化学吸收进行气体净化和 气-液反应，气-液反应是气相中某组分与液相溶剂 产生化学反应而生成另一种液相产物，广泛用于有 机物的氧化、氯化、加氢等反应，主要采用填料反 应器和鼓泡反应器。
本章内容
❖ 气-液反应平衡 ❖ 气-液反应历程 ❖ 气-液反应动力学特征 ❖ 气-液反应器概述 ❖ 鼓泡反应器 ❖ 填料反应器
Ei 是亨利系数。
第一节 气-液反应平衡
若气相为理想气体的混合物，即 i 1 ，则低
压下的气－液平衡关系为 pi p yi Ei xi
如果不是稀溶液，则还应引入活度和活度因 子，可参见其它专著。
亨利定律也可用容积摩尔浓度ci来表示，则
ci Hi fig
第一节 气-液反应平衡
在低压下则为 ci Hi pi
0 A
H A p*A
K
c
H
A
p
* A
该式表示A组分的溶解度为物理溶解量与离解
量之和。
如水吸收二氧化硫即属此类型。
第一节 气-液反应平衡
3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用
设溶剂中活性组分起始浓度为，若组分B的转
化率为，此时
cB
c
0 B
1xBຫໍສະໝຸດ ，cMc0 B
xB
平衡关系Kc cM /(cAcB ) xB / c*A 1 xB
二、带化学反应的气—液相平衡 气体A与液相组分B发生化学反应，则A组分既遵从
相平衡关系又遵从化学平衡关系。设溶解气体A与液相 中B发生反应，则可表示为
Kc
c c M N MN
c c B A BA
第一节 气-液反应平衡
由化学平衡常数可写出
c
* A
cM
M
c
N
K
c
c
B
B
N
1/ A
由相平衡关系式可得
第一节 气-液反应平衡
可设得被Kc吸 c收Ac*McB组 c分cA0 A*AccBA在* 溶液中。总联浓合度理为想c A0，气即体亨cA0 c利AcA定*HAc律pM*A,
,整理得 p
* A
cA HA
HA
c
0 A
1 KccB
当A为稀溶液时，溶剂B是大量的，p*A与
c
0表观上
A
仍遵从亨利定律，但溶解度系数较无溶剂化作用时
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。