鼓泡塔反應器

學號:信潺阡茹孝總學年論文學 院 化學化工學院 專 業(yè) 化學工程與工藝 年 級 2012級 姓 名 題目 鼓泡塔反應器的發(fā)展 成 績 2015年6月15日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應器 1\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應器特點與結構 1\o"CurrentDocument"2.1鼓泡塔反應器特點 1\o"CurrentDocument"2.2鼓泡塔反應器結構 22.2.1簡單鼓泡塔反應器基本結構 22.2.2最佳空塔氣速應滿足的兩個條件 2\o"CurrentDocument"2.3影響傳質(zhì)的因素 2\o"CurrentDocument"鼓泡塔的優(yōu)缺點 2\o"CurrentDocument"3.1優(yōu)點 2\o"CurrentDocument"3.2缺點 3\o"CurrentDocument"鼓泡塔的分類 3\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應器的歷史發(fā)展及應用 4\o"CurrentDocument"5.1歷史發(fā)展 4\o"CurrentDocument"5.2應用 5\o"CurrentDocument"結語 5\o"CurrentDocument"參考文獻 5鼓泡塔反應器的發(fā)展摘要：本文通過對鼓泡塔反應器以及對其發(fā)展前景進行的論述，使能夠更容易的對該反應器進行研究，達到推動反應器發(fā)展的目的。關鍵詞：鼓泡塔、反應器、發(fā)展Abstract:Inthispaper,thereactoranditsdevelopmentprospectsofbubblecolumnreactorarediscussed,whichmakeiteasiertostudythereactor,andachievethepurposeofpromotingthedevelopmentofthereactor.Keywords:Bubblecolumn、Reactor、Development前言鼓泡塔反應器廣泛用于發(fā)酵、生物化學、制藥以及有機化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應器。所以，鼓泡塔反應器的使用廣泛，應該加以深入研究。鼓泡塔反應器氣體鼓泡通過含有反應物或催化劑的液層，以液相為連續(xù)相，氣相為分散相來實現(xiàn)氣液相反應過程的反應器［1］。有槽型鼓泡反應器、鼓泡管式反應器、鼓泡塔等多種結構型式，其中鼓泡塔應用最廣。鼓泡塔反應器特點與結構2.1鼓泡塔反應器的特點液體分批加入，氣體連續(xù)通入的稱為半連續(xù)操作鼓泡塔。連續(xù)操作的鼓泡塔氣體和液體連續(xù)加入，流動方向可以為向上并流或逆流。鼓泡塔多為空塔，一般在塔內(nèi)設有擋板，以減少液體返混；為加強液體循環(huán)和傳遞反應熱，可設外循環(huán)管和塔外換熱器⑵。鼓泡塔中也可設置填料來增加氣液接觸面積減少返混。氣體一般由環(huán)形氣體分散器、單孔噴嘴、多孔板等分散后通入。塔內(nèi)充滿液體，氣體從反應器底部通入，分散成氣泡沿著液體上升，既與液相接觸進行反應同時攪動液體以增加傳質(zhì)速率。這類反應器適用于液體相也參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應。（6） 鼓泡塔反應器結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。（7） 鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。（8） 儲液量大，適于速度慢和熱效應大的反應。液相軸向返混嚴重，連續(xù)操作型反應速率明顯下降。在單一反應器中，很難達到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級彭泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式［3］。2.2鼓泡塔反應器的結構2.2.1簡單鼓泡塔基本結構1-塔體；2-夾套；3-氣體分布器；4-塔體；5-擋板；6-塔外換熱器；7-液體捕集器；8-擴大段⑷（其中①氣體分布器：使氣體分布均勻，強化傳熱、傳質(zhì)，是氣液相鼓泡塔的關鍵設備之一。②型式分為多孔板噴嘴、多孔管等。③換熱裝置分為夾套式：熱效應不大時；蛇管式：熱效應較大時；外循環(huán)換熱式：熱效應較大時。④水平多孔隔板：提高氣體分散度，減少液體縱向循環(huán)。）主要由塔體和氣體分布器組成。塔體可安裝夾套或其它型式換熱器或設有擴大段、液滴捕集器等；塔內(nèi)液體層中可放置填料；塔內(nèi)可安置水平多孔隔板以提高氣體分散程度和減少液體返混。塔內(nèi)液相可近似視為理想混合流型，氣相可近似視為理想置換流型。2.2.2最佳空塔氣速應滿足的兩個條件（1） 保證反應過程的最佳選擇性；（2） 保證反應器體積最小。2.3影響傳質(zhì)的因素當氣體空塔氣速低于0.05m/s時，氣體分布器的結構就決定了氣體的分散狀況、氣泡的大小，進而決定了氣含率和液相傳質(zhì)系數(shù)的大小。當氣體空塔氣速大于0.1m/s時，氣體分布器的結構無關緊要。此時的氣泡是靠氣流與液體間的沖擊和摩擦而形成，氣泡大小及其分布狀況主要取決于氣體空塔氣速⑸。鼓泡塔的優(yōu)缺點3.1優(yōu)點鼓泡塔反應器結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。3.2缺點鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。鼓泡塔的分類工業(yè)所遇到的鼓泡塔反應器，按其結構可分為空心式、多段式、氣體提升式和液體噴射式。圖1 圖2 圖3空心式鼓泡塔（見圖1）在工業(yè)上有廣泛的應用。這類反應器最適用于緩慢化學反應系統(tǒng)或伴有大量熱效應的反應系統(tǒng)。若熱效應較大時，可在塔內(nèi)或塔外裝備熱交換單元（見圖2）。（1） 圖1空心式鼓泡塔1—塔體；2一夾套；3一氣體分布器（2） 圖2具有塔內(nèi)熱交換單元的鼓泡塔為克服鼓泡塔中的液相返混現(xiàn)象，當高徑比較大時，常采用多段鼓泡塔，以提高反應效果（見圖3）。（3） 圖3多段式氣液鼓泡塔當高粘性物系，例如生化工程的發(fā)酵、環(huán)境工程中活性污泥的處理、有機化工中催化加氫（含固體催化劑）等情況，常用氣體提升式鼓泡反應器或液體噴射式鼓泡反應器。此種利用氣體提升和液體噴射形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強化反應器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮。此類又統(tǒng)稱為環(huán)流式鼓泡反應器。它具有徑向氣液流動速度均勻、軸向彌散系數(shù)較低，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)較大，液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點[7]

氣體升液式鼓泡塔如右圖1-筒體；2-氣升管；3-氣體分布器塔內(nèi)裝有氣升管，引起液體形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強化反應器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮。特點：在這種鼓泡塔中氣流的攪動比簡單鼓泡塔激烈得多。簡單鼓泡塔中氣體空塔速度不超過1m/s，氣體升液式鼓泡塔中氣升鼓泡管內(nèi)氣體空管速度可高達2m/s，換算至全塔截面的空塔氣速可達1m/s，其液體循環(huán)速度可達12m/s［8］。鼓泡塔反應器的歷史發(fā)展及應用5.1歷史發(fā)展自1971年來，千代田開發(fā)出了第一個脫硫工藝，千代田公司繼續(xù)改進和發(fā)展這項技術，于1976年開發(fā)出了更為先進的工藝，這項先進的技術將二氧化硫的吸收，氧化，中和，結晶以及除塵等幾個必不可少的工藝過程合并到一個單獨的氣相-液相-固相反應器中進行。這個反應器就叫做鼓泡式反應器(JBR)。20世紀70年代以后，有關鼓泡塔的研究日益活躍，除標準型鼓泡塔外，又開發(fā)了各種各樣的改型鼓泡塔(射流噴射型、氣液下流型、雙管式、多段式、填充式等)和懸濁鼓泡塔等。2010年，漿態(tài)床鼓泡反應器是一種氣液固多相反應器，發(fā)展至今，已被廣泛應用于許多領域，它具有結構簡單、持液量大、溫度梯度小、固相能在線加載以及操作成本低等優(yōu)點⑼。2011年應用鼓泡塔式反應器生產(chǎn)藏紅花素的研究。2012年精對苯二甲酸(PTA)是合成聚對苯二甲酸乙二醇酯的重要原料，隨著國內(nèi)聚酯工業(yè)的高速發(fā)展，PTA產(chǎn)能越來越大。鼓泡塔式反應器結構簡單、運行可靠、制造成本低，已成功用于規(guī)?；a(chǎn)的PTA裝置。2014近年來，隨著我國對苯二甲酸(PTA)產(chǎn)能的快速增加，單套PTA裝置的生產(chǎn)能力大幅提高。其中，核心設備對二甲苯(PX)氧化反應器的生產(chǎn)能力越來越大，單套反應器的生產(chǎn)能力已達到75萬t/a。PX氧化反應涉及了氣、液、固三相，在反應器內(nèi)，氧化反應、傳質(zhì)、傳熱同時進行，在反應器生產(chǎn)能力逐步增加的過程中，帶有水富集段的鼓泡塔式反應器得到了很好的放大和應用［10］。5.2應用鼓泡塔反應器廣泛用于發(fā)酵、生物化學、制藥以及有機化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應器。結語綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，鼓泡反應器的應用相對比較變得也較為廣泛，可以做進一步研究。參考文獻盧春喜，王祝安.催化裂化硫態(tài)化技術[M].北京：中國石化出版社.2002.陳甘棠.化學反應工程[M].北京：化工出版社.1981.第七章.金涌,王章茂.流態(tài)化技術的理論和應用[M].北京：清華大學出版社.2001.InternationalCriticalTables.VolIII.NewYork：McCrawHill,1928.261張成芳.氣液反應和反應器[M].北京：化學工業(yè)出版社.1985.時鈞，汪家鼎，余國宗，陳敏恒等.化學工程手冊第二版[M].北京：化學工業(yè)出版社.1996.CarberryJJ.ChemicalandCatalysticReactionEngingeering