[科普中国]-多相反应过程

多相反应过程，（英文The reaction procedure of multi-phase）又称非均相反应过程，反应物系包含两个或更多个相的反应过程，在这种反应过程中，有的反应物系始终为多相，有的反应物系在反应过程中由单相转变为多相，或者由多相转变为单相。多相反应过程包括气固相反应过程、气液相反应过程、液液相反应过程、液固相反应过程、气液固相反应过程以及固固相反应过程等。

介绍与单相反应过程相比，多相反应过程的传递特征是:考察反应器内的任一尺度远小于反应器,但远大于分子的微元，微元中浓度和温度通常是不均匀的，存在相际传质和传热。在反应器的不同微元间也可存在浓度和温度的差异，从而导致设备尺度上的传质和传热。对于流体相（气相或液相）本身，也存在微观均匀问题。

多相反应过程的物系虽有多相，但反应则常在一相中进行(在多相中同时进行反应的情形比较罕见)，通常称发生反应的相为反应相，而称其他相为非反应相。为使反应得以进行，必须先使反应物向反应相传递，例如气固相催化反应中，气相反应物必须经反应相外部和内部传递(见反应相外传质和传热及反应相内传质和传热)到达固体催化剂的活性表面才能发生反应。反应相外部传质和内部传质的一个重要差别是前者为单纯的传质过程，后者属于反应与传质同时进行的过程。多相反应过程中热量传递的方向因反应为放热或吸热，以及反应过程中有无物料相变（气化或冷凝）而异1。

处理方法多相反应过程系由外部传质、内部传质和化学反应所组成的过程，后两者相并联又与前者相串联。通常反应相内外都存在浓度分布（见图）和温度分布，相内不同部位的反应速率（见反应动力学）和选择性（见化学计量学）各不相同，表观反应速率和选择性是相内各处反应速率和选择性的某种均值。如果相串联的各步骤中某一步骤的阻力，远大于其他步骤而成为整个过程的控制步骤，定态下过程的总速率实际上取决于该步骤的速率，处理可大为简化。

当化学反应为速率控制步骤时，反应相内、外传质的影响可忽略，相内反应物浓度和相外相等（图中线1）或处于相平衡（线2），C*为平衡浓度。单位时间内反应物的转化量与反应相体积成正比，与相界面积无关。此时多相反应过程可视作单相反应过程或称拟均相反应过程。

当反应相外传质为速率控制步骤时，反应相内反应物浓度趋于零（线3）或化学平衡浓度（线4），单位时间内反应物转化量与相界面积成正比，而与反应相体积几乎无关，过程速率的计算与传质过程类似。若过程不存在速率控制步骤，则反应相内外均存在浓度梯度，其浓度分布（线5）介于上述两种极端情况之间1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所