气液相反应过程
气液相反应过程
gas-liquid reaction process
反应物系中存在气相和液相的一种多相反应过程，通常是气相反应物溶解于液相后，再与液相中另外的反应物进行反应；也可能是反应物均存在于气相中，它们溶解于含有催化剂的溶液以后再进行反应。气液相反应主要用于:①直接制取产品,例如使乙烯在PdCl2-Cu2Cl2的醋酸溶液中进行氧化以制取乙醛，用空气氧化异丙苯以制取过氧化氢异丙苯等；②化学吸收，用以脱除气相中某一种或几种组分，例如用碱液脱除半水煤气中的二氧化碳和硫化氢等酸性气体，用铜氨溶液脱除合成气中的一氧化碳等。
气液相反应的理论基础，主要是由日本学者八田四郎次于1928～1932年的工作奠定的。当气相反应物 A与液相反应物B之间进行反应时，假设B不挥发，按双膜理论（见相际传质）可以认为反应经历以下步骤：①分压为pA的反应物A从气相主体传递到气液界面，在界面上A的气相分压为p岟,液相浓度为C岟，两者处于相平衡状态；②反应物A从气液界面传入液相,在液相内浓度为CA的A与浓度为CB的B进行反应；③反应所生成的液相产物沿浓度下降方向传递,气相产物向界面传递;④气相产物向气相主体传递。为判断传质对反应的影响，八田提出：
式中γ称为膜内转化系数或八田数。依γ的数值不同,可判断反应的快慢。当γ＞2时，反应为瞬间反应或快速反应。反应物A进入液相后,在液膜内即因反应而耗尽（图1）。这时传质成为过程的控制步骤，称为传质控制。很多化学吸收过程属此类。这类过程的计算方法与吸收相似：
-rA＝βk忢C岟-rA
为反应区以相界面积计算的反应速率（见反应动力学）；k忢为反应物A的液膜传质系数;β为增强系数,表示化学反应使吸收速率增加的倍数。这类过程应采用相界面大的设备如填充塔、板式塔等，以加速反应进程。
当γ＜0.02时，反应为慢反应。反应物A通过液膜进入液相，反应主要在液相主体内进行。很多以制取产品为目的的气液反应过程属于此类。慢反应又可分为两种情况:①慢反应但仍需考虑传质影响（图2）。反应主要在液相主体内进行，但液膜内仍有一定反应量。通常采用的设备是相界面面积和液相存贮量皆较大的反应器，如机械搅拌釜等。②极慢反应，反应为过程的控制步骤，反应几乎完全在液相主体内进行，液膜内的反应量可以忽略。这称为反应控制或动力学控制。这类过程的计算方法与单相反应过程相似：
-rL＝kCACB
式中-rL为反应区以液相体积计的反应速率；k为反应速率常数，这类过程宜采用液相存贮量大的鼓泡反应器
。 当0.02＜γ＜2时，需同时考虑化学反应和传质对反应速率的影响，计算较为复杂。
除双膜理论外，溶质渗透理论和表面更新理论等相际传质理论也已应用于气液相反应的研究，但所得的结果与双膜理论十分接近（见化学吸收、相际传质）。