任务：气液相反应器的选择.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目三：气液相反应器选择、设计、操作与控制,工作任务：,根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择气液相反应器的类型、工艺设计、鼓泡塔反应器和填料塔反应器的操作与控制。,、气液相反应器种类和工业应用,气液相反应的特点与应用,气液相反应是指气体在液体中进行的化学反应。气体反应物可能是一种或多种；液体可能是反应物，或者只是催化剂的载体。,与化学吸收的,共同点,：研究传质与化学反应之间的关系。,与化学吸收的,不同点,：,化学吸收着眼于传质,气液相反应侧重于化学反应,气液相反应的工业应用,工业反应,工业应用举例,有机物氧化,链状烷烃氧化成酸；对二甲苯氧化生产对苯二甲酸；环已烷氧化生产环已酮；乙醛氧化生产醋酸；乙烯氧化生产乙醛,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；乙烯氯化,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；醇被三氧化硫硫酸盐化；烯烃在有机溶剂中聚合,酸性气体的吸收,SO,3,被硫酸所吸收；,NO,2,被稀硝酸所吸收；,CO,2,和,H,2,S,被碱性溶液所吸收；,1,2,3,气体以气泡形态分散在液相中,鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器,液体以液滴状分散在气相中,喷雾、喷射和文氏反应器等,液体以膜状运动与气相进行接触,填料塔反应器和降膜反应器,（二）气液相反应器的基本类型与特点,气液相反应器的类型,鼓泡管反应器,鼓泡塔反应器,它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。,缺点：气相流动压降较大、传质表面较小,(3)填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。,液体收集及再分布装置：填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。,填料性能优劣的衡量因素,气体以气泡形态分散在液相中,副反应为连串反应，则应采用液相返混较少的设备（或填料塔）或采用半间歇（液体间歇加入或取出）反应器,(3)填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。,防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。,如气液反应在加压进行，则应考虑压力能量的综合利用。,平行反应中副反应较主反应为慢，则可采用持液量较大的设备,与化学吸收的共同点：研究传质与化学反应之间的关系。,填料：提供气液传质界面。,当气液相反应热效应很大而又需要综合利用时，降膜反应器是比较合适的。,根据化工产品的反应特点和生产条件初步选择气液相反应器的类型、工艺设计、鼓泡塔反应器和填料塔反应器的操作与控制。,在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高;填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。,与填料塔相比，鼓泡塔能处理悬浮液体。,气体以气泡形态分散在液相中,搅拌釜式反应器,气体升液式鼓泡塔,A,B,C,D,气液充分混合反应良好。,结构简单、容易清理、操作稳定、和维修费用低。,极高的储液量和相际接触面积，传质和传热效率较高，适用于缓慢反应和高度放热的情况。,在塔的内、外部可以安装换热装置。,E,与填料塔相比，鼓泡塔能处理悬浮液体。,鼓泡塔反应器：广泛用于液体相也参与 中速、慢速反应和放热量大的反应。,鼓泡塔反应器的缺点,为了保证气体沿横截面的均匀分布，鼓泡塔的直径不宜过大，一般在,2,3,米以内。,液相轴向返混严重，在不太大的高径比情况下可认为液相处理理想混合状态，较难在单一 连续反应器中达到较高的液相转化率。,在鼓泡时所耗压降较大。,填料塔反应器,优点：,结构简单、压力降小、易于适应各种腐蚀介质和不易造成溶液起泡。,缺点：,无法从塔体中直接移热，当反应热较高时必须借助增加液体喷淋量以,显热,形式带出热量；,很多情况下需采用自身循环才能保证填料的基本润湿，但这种自身循环破坏了逆流的原则。,适用范围：,瞬间反应、快速和中速反应过程,常压和低压下，压降成为主要矛盾和反应溶剂易于起泡时采用填料反应器。,显热与潜热,显热：,对固态、液态或气态的物质加热，只要它的形态不变，则热量加进去后，物质的温度就升高，加进热量的多少在温度上能显示出来，即不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。,潜热：,潜热是物质发生相变过程吸收或放出的热量。,板式塔反应器,液体是连续相 气体是分散相,适用于快速及中速反应,降低轴向的措施：多板,维持温度的措施：板上安置冷却或加热元件,缺点：气相流动压降较大、传质表面较小,鼓泡塔反应器结构,鼓泡塔反应器的分类及应用,1-,塔体；,2-,夹套；,3-,气体分布器；,4-,塔体；,5-,挡板；,6-,塔外换热器；,7-,液体捕集器；,8-,扩大段,空心式鼓泡塔,塔内不含塔板和液体分布器，最适用于缓慢化学反应系统或伴有大量热效应的反应系统。热效应较大时，可在塔内或塔外装备热交换单元。,具有塔内热交换单元的鼓泡塔,为克服塔中的液相返混现象，高径比较大时,高黏性物系如生化工程中的发酵、环境工程中的活性污泥的处理、有机化工的催化加氢（含固体催化剂）等,强化反应器传质效果，并有利于固体催化剂的悬浮。又称环流式鼓泡反应器。,优点：径向气液流动速度均匀，轴向弥散系数较低，传热、传质系数较大，液体循环速度可调节等。,鼓泡塔反应器的结构,塔底部的气体分布器,塔筒体部分,塔顶部的气液分离器,填料塔反应器结构,塔体：,大多数是等直径、等壁厚的圆筒体。材质：非金属（塑料、陶瓷等）、碳钢、不锈耐酸钢等。,塔体支座：裙式。碳素钢、铸铁等,人孔：对直径大于,800mm,的填料塔，人孔可设在每段填料层的上、下方，同时兼作填料装卸孔用。,一般在气液进出口等需要经常维修清理的部位设置人孔，另外在塔顶和塔釜也各设置一个人孔。,塔径小于,800mm,时，在塔顶设置法兰，不在塔体上开设人孔。,手孔：常用作小直径填料塔装卸填料之用。,塔内件：,填料、填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。,除沫器：当空塔气速较大，塔顶溅液现象严重以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下，设置除沫装置，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。,折板除沫器,丝网除沫器,旋流板除沫器,填料：提供气液传质界面。填料的比表面积大、质量轻、并有一定的强度。,填料支承装置：支撑塔内填料层。,要求：,1,、应具有足够的强度和刚度，能支承填料的质量、填料层的持液量及操作中的附加压力等；,2,、应具有大于填料层空隙率的开孔率，以防止在此处首先发生液泛。,3,、结构合理，有利于气液两相的均匀分布，阻力小，便于拆装。,栅板型,填料压紧装置：保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，使操作正常稳定。防止在高压降、瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。,液体分布装置：实现填料内气液两相密切接触、高效传质。,理想的液体分布器应具备的条件：,1,、与填料相匹配的液体均匀分布点。,填料的比表面积越大，分离要求越精密，液体分布器的分布点密度越大。,2,、操作弹性较大，适应性好。,3,、为气体提供尽可能大的自由截面，实现气体的均匀分布，且阻力小。,4,、结构合理，便于制造、安装、调整和检修。,液体收集及再分布装置：填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。,填料的类型及性能评价,填料的性能评价,填料性能优劣的衡量因素,（传质）,效率、通量和压降,在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高,;,填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。,填料的几何特性数据主要包括,比表面积、空隙率、填料因子,等，是评价填料性能的基本参数。,(1),比表面积,单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以,a,表示，其单位为,m,2,/m,3,。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。,(2),空隙率,单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以,e,表示，其单位为,m,3,/m,3,，或以,%,表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。,(3),填料因子,填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即,a/e,3,，称为填料因子，以,f,表示，其单位为,1/m,。它表示填料的流体力学性能，,f,值越小，表明流动阻力越小。,1,2,3,4,5,具备较高的生产能力,有利于降低能量消耗,有利于反应温度的控制,能在较少液体流率下操作,气液相反应器选择,有利于反应选择性的提高,一般情况下，当气液反应用于生产化工产品时，应选用,填料塔,如果反应速率极快，选用,填料塔和喷雾塔,如果反应速率极快，同时热效应很大，选用,膜式塔,如果反应速率极快而处于气膜控制时，选用,喷射和文氏反应器等,如果反应速率为快速或中速时，,选用板式塔,对于要求在反应器内能处理大量液体而不要求较大相际面积的动力学控制过程，选用,鼓泡塔和搅拌釜式反应器,对于要求有悬浮均匀的固体粒子催化剂存在的气液相反应过程，一般选用,搅拌釜式反应器,鼓泡塔反应器的分类及应用,它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。,(3)填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。,填料压紧装置：保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，使操作正常稳定。,(3)填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。,鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器,当气液相反应热效应很大而又需要综合利用时，降膜反应器是比较合适的。,极高的储液量和相际接触面积，传质和传热效率较高，适用于缓慢反应和高度放热的情况。,如气液反应在加压进行，则应考虑压力能量的综合利用。,液体收集及再分布装置：填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。,1、应具有足够的强度和刚度，能支承填料的质量、填料层的持液量及操作中的附加压力等；,气液相反应侧重于化学反应,气液相反应是指气体在液体中进行的化学反应。,(2)空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为m3/m3，或以%表示。,无法从塔体中直接移热，当反应热较高时必须借助增加液体喷淋量以显热形式带出热量；,平行反应中副反应较主反应为慢，则可采用持液量较大的设备,副反应为连串反应，则应采用液相返混较少的设备（或填料塔）或采用半间歇（液体间歇加入或取出）反应器,反应器的选型应考虑,能量综合利用并尽可能降低能耗。,若气液反应在高于室温进行，则应考虑,反应热量的回收,；,如气液反应在加压进行，则应考虑,压力能量的综合利用,。,除此之外，为了造成气液两相分散接触，需要消耗一定的动力。研究表明：就造成比表面积而言，喷射反应器能耗最少，其次是搅拌釜式反应器和填料塔反应器，而文氏管和鼓泡反应器的能耗更大些。,气液相反应绝大部分是放热的，因而,如何移热防止温度过高是,经常碰到的实际问题。当气液相反应热效应很大而又需要综合利用时，降膜反应器是比较合适的。除此之外，板式塔和鼓泡反应器可借助于安置冷却盘管来移热。但在填料塔中，移热比较困难，通常只能提高液体喷淋量，以液体显热的形式移除。,为了得到较高的液相转化率，液体流率一般较低，此时可选用鼓泡塔、搅拌釜和板式塔反应器，但不宜选用填料塔、降膜塔和喷射型反应器。例如，当喷淋密度低于,3m,3,/(m,2,h),时，填料就不会全部润湿，降膜反应器也有类似的情况，喷射型反应器在液气比较低时将不能造成足够的接触比表面。,