塔式反應(yīng)器課件

2022/11/19第四章

塔式反應(yīng)器2022/11/11第四章

塔式反應(yīng)器2022/11/19第四章塔式反應(yīng)器§4.1概述§4.2填料塔§4.3鼓泡塔2022/11/11第四章塔式反應(yīng)器§4.1概述§42022/11/19§4.1概述4．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(1)填料塔結(jié)構(gòu)簡單，耐腐蝕，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程，軸向返混可忽略。能獲得較大的液相轉(zhuǎn)化率。由于氣相流動壓降小，降低了操作費用，特別適宜于低壓和介質(zhì)具腐蝕性的操作。但液體在填料床層中停留時間短，不能滿足慢反應(yīng)的要求，且存在壁流和液體分布不均等問題，其生產(chǎn)能力低于板式塔。填料塔要求填料比表面大、空隙率高、耐蝕性強及強度和潤濕等性能優(yōu)良。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍等，材質(zhì)有陶瓷、不銹鋼、石墨和塑料。(2)板式塔適于快速和中速反應(yīng)過程。具有逐板操作的特點，各板上維持相當?shù)囊毫?、以進行氣液相反應(yīng)。由于采用多板，可將軸向返混降到最低，并可采用最小的液流速率進行操作，從而獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。氣液劇烈接觸，氣液相界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱系數(shù)大，是強化傳質(zhì)過程的塔型，因此適用于傳質(zhì)過程控制的化學(xué)反應(yīng)過程。板間可設(shè)置傳熱構(gòu)件，以移出和移入熱量。但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣相流動壓降大，且塔板需用耐腐蝕性材料制作，因此大多用于加壓操作過程。2022/11/11§4.1概述4．1．1塔式反應(yīng)器特2022/11/19

4．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(3)噴霧塔噴霧塔是氣膜控制的反應(yīng)系統(tǒng)，適于瞬間反應(yīng)過程。塔內(nèi)中空，特別適用于有污泥、沉淀和生成固體產(chǎn)物的體系。但儲液量低，液相傳質(zhì)系數(shù)小，且霧滴在氣流中的浮動和氣流溝流存在。氣液兩相返混嚴重。(4)鼓泡塔儲液量大，適于速度慢和熱效應(yīng)大的反應(yīng)。掖相袖向返混嚴重，連續(xù)操作型反應(yīng)速率明顯下降。在單一反應(yīng)器中，很難達到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級鼓泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式。2022/11/114．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(32022/11/194.1.2附屬裝置附屬裝置的設(shè)計對反應(yīng)器的操作和效率有重要的影響。如填料吸收反應(yīng)器中的物料，氣液分布不勻，會嚴重影響反應(yīng)吸收效率；支承板設(shè)計不合理，會造成局部液泛等；液體噴淋裝置影響塔內(nèi)填料的有效利用，影響液體對氣體反應(yīng)吸收能力的充分發(fā)揮和液相轉(zhuǎn)化率的提高等。

(1)液體噴淋裝置噴淋裝置有單管噴灑、蓮蓬式噴灑、多孔管噴灑、盤式噴灑等多種型式。其中多孔管分布器見圖4.1。單管噴灑和蓮蓬式噴灑適用于直徑小于0.6m的塔。對于大型塔，宜采用多孔管噴淋和肋式噴灑。多孔管噴灑裝置的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小，能在大面積上分布均勻。為保證小孔能以同速噴灑液體，在多孔管內(nèi)，液體流速不能過大，一般在噴灑孔流速的1／2以下。一般小孔直徑為3～10mm，每平方米塔截面上布60～100個噴灑孔。盤式噴灑裝置的篩孔上保持50～200mm高的液層。2022/11/114.1.2附屬裝置附屬裝置的設(shè)計對反應(yīng)2022/11/194.1.2附屬裝置(2)液體再分布裝置為了改善塔的操作，減輕液體下流時逐漸增大的壁流現(xiàn)象，每隔一定距離設(shè)置一個液體再分布裝置．可為倒錐形、波浪形和帶升氣管的篩孔再分布器，既起支承用，又起再分布作用。(3)氣體入口的布氣結(jié)構(gòu)當塔徑小于0.5m時，將進氣管做成向下45°的切口以免氣體直接沖刷境料層。對大塔，氣體入塔向下方做成喇叭形擴口或多孔管氣體分布器。(4)除沫器可采用折流板，絲網(wǎng)除霧器。氣體通過絲網(wǎng)的最大流速

式中K——氣體系數(shù)（m·s-1）；

ρL、ρG——液體、氣體密度（kg·m-3）實際操作時流速取0.75～0.80m·s-1。(5)消泡和防旋板在低液位處，由于液體流向排液口會引起旋渦，使部分氣體被液體夾帶而出，此情形在高壓操作和使用易起泡液體時更嚴重，因此在液位處設(shè)置十字形豎向擋板，以分割液位部分空間，防讓液體旋渦流動，有利于泡沫浮升破碎和減小液體對氣體的夾帶。(6)支承板置于器底，強度應(yīng)能支承填料的質(zhì)量。其自由截面不小于填料的孔隙率，可用柵形、波浪形、升氣管式。柵條間距為境料外徑的0.6～0.8倍，要防止局部阻力過大和液泛。2022/11/114.1.2附屬裝置(2)液體再分布裝置2022/11/19§4.2填料塔4.2.1物理吸收同理2022/11/11§4.2填料塔4.2.1物理吸收同理2022/11/192022/11/112022/11/194.2.2化學(xué)吸收反應(yīng)式為：A(g)+bB(l)→產(chǎn)品2022/11/114.2.2化學(xué)吸收反應(yīng)式為：A(g)+2022/11/192022/11/112022/11/19§4.3鼓泡塔

鼓泡塔是一種常用的氣液接觸反應(yīng)設(shè)備，各種有機化合物的氧化反應(yīng)及石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)都采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，一般不要求對液相作劇烈攪拌，蒸汽以氣泡狀吹過液體而造成的混合已足夠。鼓泡塔的優(yōu)點是氣相高度分散在液相中，因此有大的持液量和相際接觸表面，使傳質(zhì)和傳熱的效率較高，它適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和強放熱情況。同時反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定、投資和維修費用低、液體滯留量大。因而反應(yīng)時間長。但液相有較大返混，當高徑比大時，氣泡合并速度增加，使相際接觸面積減小。按結(jié)構(gòu)特征，鼓泡塔可分為空心式、多段式、氣提式三種2022/11/11§4.3鼓泡塔鼓泡塔是一種常用2022/11/19其中空心式鼓泡塔最適用于反應(yīng)在液相主體中進行的緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，或伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。當熱效應(yīng)較大時，可在塔內(nèi)或塔外裝置熱交換單元，使之變?yōu)榫哂袩峤粨Q單元的鼓泡塔。為避免塔中的液相返混，當高徑比較大時，常采用多段式塔借以保證反應(yīng)效果。為適應(yīng)氣液通量大的要求或減小氣泡凝聚以適用于高粘性液體，使氣體提升式鼓泡反應(yīng)器得到應(yīng)用，它具有均勻的徑向氣液流動速度，軸向分散系數(shù)較低、傳熱系數(shù)較大、液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點。2022/11/11其中空心式鼓泡塔最適用于反應(yīng)在液相主體中2022/11/19４.３.１鼓泡塔操作狀態(tài)鼓泡塔的流動狀態(tài)可分為三個區(qū)域：

(1)安靜鼓泡區(qū)在該區(qū)域內(nèi)表觀氣速低于0.05m·s-1，氣泡呈現(xiàn)分散狀態(tài)，大小均勻，進行有秩序的鼓泡，液體攪動微弱，可稱為視均相流動區(qū)域。

(2)湍流鼓泡區(qū)該區(qū)域表觀氣速較高，塔內(nèi)氣液劇烈無定向攪動，呈現(xiàn)極大的液相返混。部分氣泡凝聚成大氣泡，氣體以大氣泡和小氣泡兩種形態(tài)與液體接觸，大氣泡上升速度較快，停留時間較短．小氣泡上升速度較慢，停留時間較長，因此，形成不均勻接觸的流動狀態(tài)．稱為劇烈擾動的湍流鼓泡區(qū)，或稱為不均勻湍流鼓泡區(qū)。

(3)栓塞氣泡流動區(qū)在d≤0.15m的小直徑氣泡塔中，在較高表觀氣速下，由于大氣泡直徑被器壁所限制，而出現(xiàn)了栓塞氣泡流動狀態(tài)。工業(yè)鼓泡塔的操作常處于安靜區(qū)和湍流區(qū)兩種流動狀態(tài)中，一般應(yīng)保持在均勻流動的安靜區(qū)才為合理。但當氣通量增加時，原有小氣泡的一部分發(fā)生凝聚，形或大氣泡，獲得較大的浮升速度，而構(gòu)成了不均勻流動的湍流區(qū)，致使流動條件由安靜區(qū)向湍流區(qū)轉(zhuǎn)化。此時液體產(chǎn)生較大的循環(huán)速度，在塔的中部，液體隨氣泡夾帶上升、而在近塔壁處，液體則回流向下。2022/11/11４.３.１鼓泡塔操作狀態(tài)鼓泡塔的流動狀態(tài)2022/11/194.3.2鼓泡塔流體力學(xué)氣體在液體中的溶解速率和其分散程度有關(guān)，分散程度愈高，溶解速度愈大。分散程度可用氣泡的平均直徑、氣體的滯留量或比表面表示。2022/11/114.3.2鼓泡塔流體力學(xué)氣體在液體中2022/11/194.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/114.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/194.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/114.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/194.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/114.3.2鼓泡塔流體力學(xué)2022/11/192022/11/112022/11/192022/11/11第四章_塔式反應(yīng)器課件2022/11/192022/11/112022/11/192022/11/112022/11/192022/11/112022/11/192022/11/112022/11/192022/11/112022/11/19第四章

塔式反應(yīng)器2022/11/11第四章

塔式反應(yīng)器2022/11/19第四章塔式反應(yīng)器§4.1概述§4.2填料塔§4.3鼓泡塔2022/11/11第四章塔式反應(yīng)器§4.1概述§42022/11/19§4.1概述4．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(1)填料塔結(jié)構(gòu)簡單，耐腐蝕，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程，軸向返混可忽略。能獲得較大的液相轉(zhuǎn)化率。由于氣相流動壓降小，降低了操作費用，特別適宜于低壓和介質(zhì)具腐蝕性的操作。但液體在填料床層中停留時間短，不能滿足慢反應(yīng)的要求，且存在壁流和液體分布不均等問題，其生產(chǎn)能力低于板式塔。填料塔要求填料比表面大、空隙率高、耐蝕性強及強度和潤濕等性能優(yōu)良。常用的填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍等，材質(zhì)有陶瓷、不銹鋼、石墨和塑料。(2)板式塔適于快速和中速反應(yīng)過程。具有逐板操作的特點，各板上維持相當?shù)囊毫?、以進行氣液相反應(yīng)。由于采用多板，可將軸向返混降到最低，并可采用最小的液流速率進行操作，從而獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率。氣液劇烈接觸，氣液相界面?zhèn)髻|(zhì)和傳熱系數(shù)大，是強化傳質(zhì)過程的塔型，因此適用于傳質(zhì)過程控制的化學(xué)反應(yīng)過程。板間可設(shè)置傳熱構(gòu)件，以移出和移入熱量。但反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣相流動壓降大，且塔板需用耐腐蝕性材料制作，因此大多用于加壓操作過程。2022/11/11§4.1概述4．1．1塔式反應(yīng)器特2022/11/19

4．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(3)噴霧塔噴霧塔是氣膜控制的反應(yīng)系統(tǒng)，適于瞬間反應(yīng)過程。塔內(nèi)中空，特別適用于有污泥、沉淀和生成固體產(chǎn)物的體系。但儲液量低，液相傳質(zhì)系數(shù)小，且霧滴在氣流中的浮動和氣流溝流存在。氣液兩相返混嚴重。(4)鼓泡塔儲液量大，適于速度慢和熱效應(yīng)大的反應(yīng)。掖相袖向返混嚴重，連續(xù)操作型反應(yīng)速率明顯下降。在單一反應(yīng)器中，很難達到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級鼓泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式。2022/11/114．1．1塔式反應(yīng)器特點及應(yīng)用(32022/11/194.1.2附屬裝置附屬裝置的設(shè)計對反應(yīng)器的操作和效率有重要的影響。如填料吸收反應(yīng)器中的物料，氣液分布不勻，會嚴重影響反應(yīng)吸收效率；支承板設(shè)計不合理，會造成局部液泛等；液體噴淋裝置影響塔內(nèi)填料的有效利用，影響液體對氣體反應(yīng)吸收能力的充分發(fā)揮和液相轉(zhuǎn)化率的提高等。

(1)液體噴淋裝置噴淋裝置有單管噴灑、蓮蓬式噴灑、多孔管噴灑、盤式噴灑等多種型式。其中多孔管分布器見圖4.1。單管噴灑和蓮蓬式噴灑適用于直徑小于0.6m的塔。對于大型塔，宜采用多孔管噴淋和肋式噴灑。多孔管噴灑裝置的結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小，能在大面積上分布均勻。為保證小孔能以同速噴灑液體，在多孔管內(nèi)，液體流速不能過大，一般在噴灑孔流速的1／2以下。一般小孔直徑為3～10mm，每平方米塔截面上布60～100個噴灑孔。盤式噴灑裝置的篩孔上保持50～200mm高的液層。2022/11/114.1.2附屬裝置附屬裝置的設(shè)計對反應(yīng)2022/11/194.1.2附屬裝置(2)液體再分布裝置為了改善塔的操作，減輕液體下流時逐漸增大的壁流現(xiàn)象，每隔一定距離設(shè)置一個液體再分布裝置．可為倒錐形、波浪形和帶升氣管的篩孔再分布器，既起支承用，又起再分布作用。(3)氣體入口的布氣結(jié)構(gòu)當塔徑小于0.5m時，將進氣管做成向下45°的切口以免氣體直接沖刷境料層。對大塔，氣體入塔向下方做成喇叭形擴口或多孔管氣體分布器。(4)除沫器可采用折流板，絲網(wǎng)除霧器。氣體通過絲網(wǎng)的最大流速

式中K——氣體系數(shù)（m·s-1）；

ρL、ρG——液體、氣體密度（kg·m-3）實際操作時流速取0.75～0.80m·s-1。(5)消泡和防旋板在低液位處，由于液體流向排液口會引起旋渦，使部分氣體被液體夾帶而出，此情形在高壓操作和使用易起泡液體時更嚴重，因此在液位處設(shè)置十字形豎向擋板，以分割液位部分空間，防讓液體旋渦流動，有利于泡沫浮升破碎和減小液體對氣體的夾帶。(6)支承板置于器底，強度應(yīng)能支承填料的質(zhì)量。其自由截面不小于填料的孔隙率，可用柵形、波浪形、升氣管式。柵條間距為境料外徑的0.6～0.8倍，要防止局部阻力過大和液泛。2022/11/114.1.2附屬裝置(2)液體再分布裝置2022/11/19§4.2填料塔4.2.1物理吸收同理2022/11/11§4.2填料塔4.2.1物理吸收同理2022/11/192022/11/112022/11/194.2.2化學(xué)吸收反應(yīng)式為：A(g)+bB(l)→產(chǎn)品2022/11/114.2.2化學(xué)吸收反應(yīng)式為：A(g)+2022/11/192022/11/112022/11/19§4.3鼓泡塔

鼓泡塔是一種常用的氣液接觸反應(yīng)設(shè)備，各種有機化合物的氧化反應(yīng)及石蠟和芳烴的氯化反應(yīng)都采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，一般不要求對液相作劇烈攪拌，蒸汽以氣泡狀吹過液體而造成的混合已足夠。鼓泡塔的優(yōu)點是氣相高度分散在液相中，因此有大的持液量和相際接觸表面，使傳質(zhì)和傳熱的效率較高，它適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)和強放熱情況。同時反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)定、投資和維修費用低、液體滯留量大。因而反應(yīng)時間長。但液相有較大返混，當高徑比大時，氣泡合并速度增加，使相際接觸面積減小。按結(jié)構(gòu)特征，鼓泡塔可分為空心式、多段式、氣提式三種2022/11/11§4.3鼓泡塔鼓泡塔是一種常用2022/11/19其中空心式鼓泡塔最適用于反應(yīng)在液相主體中進行的緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，或伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。當熱效應(yīng)較大時，可在塔內(nèi)或塔外裝置熱交換單元，使之變?yōu)榫哂袩峤粨Q單元的鼓泡塔。為避免塔中的液相返混，當高徑比較大時，常采用多段式塔借以保證反應(yīng)效果。為適應(yīng)氣液通量大的要求或減小氣泡凝聚以適用于高粘性液體，使氣體提升式鼓泡反應(yīng)器得到應(yīng)用，它具有均勻的徑向氣液流動速度，軸向分散系數(shù)較低、傳熱系數(shù)較大、液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點。2022/11/11其中空心式鼓泡塔最適用于反應(yīng)在液相主體中2022/11/19４.３.１鼓泡塔操作狀態(tài)鼓泡塔的流動狀態(tài)可分為三個區(qū)域：

(1)安靜鼓泡區(qū)在該區(qū)域內(nèi)表觀氣速低于0.05m·s-1，氣泡呈現(xiàn)分散狀態(tài)，大小均勻，進行有秩序的鼓泡，液體攪動微弱，可稱為視均相流動區(qū)域。

(2)湍流鼓泡區(qū)該區(qū)域表觀氣速較高，塔內(nèi)氣液劇烈無定向攪動，呈現(xiàn)極大的液相返混。部分氣泡凝聚成大氣泡，氣體以大氣泡和小氣泡兩種形態(tài)與液體接觸，大氣泡上升速度較快，停留時間較短．小氣泡上升速度較慢，停留時間較長，因此，形成不均勻