反应器-3气液相反应器的选择

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SO3被硫酸所吸收;NO2被稀硝酸所吸收;CO2和H2S被碱性 溶液所吸收;
酸性气体的吸收
气液相反应器的基本类型
气液相反应器按气液相接触形态可分为: 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) 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)
3.液体分布装置
使液体在塔顶的初始分布须均匀。
4.液体收集及再分布装置
作用是减小壁流现象。 在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置。
5.除沫装置 主要用途:除去出口气流中的液滴。
填料塔适用于: 塔径小; 真空操作; 易起泡; 腐蚀性物系; 热敏性物系
气液相反应器的选型
喷雾塔反应器
特点: a.液体以细小液滴的方式分散于气体中,气体为 连续相,液体为分散相, b.具有相接触面积大和气相压降小等优点。 c.具有持液量小和液侧传质系数过小,气相和液 相返混较为严重的缺点。 应用: 适用于瞬间、界面和快速反应,也适用于生成固 体的反应。
搅拌釜式反应器
搅拌鼓泡釜式反应器
气液相反应的工业应用
工业反应 有机物氧化 工业应用举例 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 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 烯烃加氢;脂肪酸酯加氢
有机物氯化 有机物加氢
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
鼓泡塔反应器
特点: a.气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加 传质速率; b.鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维 修、防腐问题易解决,用于高压时也无困难。 c.鼓泡塔内液体返混严重,气泡易产生聚并,故效 率较低。 应用: 这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速 反应和放热量大的反应。
⑤矩鞍型(intolox saddle):矩鞍形填料结 构不对称,堆积时不重 叠,均匀性更高。该填 料气流阻力小,处理能 力大,性能虽不如鲍尔 环好,但构造简单,是 一种性能优良的填料。
⑥环矩鞍(Intalox):兼具环 型、鞍型填料的优点。敞开 的侧壁有利于气体和液体通 过,减少了填料层内滞液死 区。填料层内流体孔道增多, 使气液分布更加均匀,传质 效率得以提高。 一般采用金属材质,机械强 度高。
有利于反应选择性的提高 反应器的选型应有利于抑制副反应的发生。 如平行反应中副反应较主反应为慢,则可采用持 液量较少的设备,以抑制液相主体进行缓慢的副 反应的发生;如副反应为连串反应,则应采用液 相返混较少的设备(如填料塔)进行反应,或采 用半间歇(液体间歇加入和取出)反应器。
有利于降低能量消耗 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。
填料塔的内件
1.填料支承装置:
主要用途是支承塔内的填料,同时又 能保证气液两相顺利通过。若设计不 当,填料塔的液泛可能首先在填料支 承装置上发生。
对填料支承装置的要求: 对于普通填料,支承装置的自由截面积应不低于全 塔面积的50%,并且要大于填料层的自由截面积; 具有足够的机械强度、刚度; 结构要合理,利于气液两相均匀分布,阻力小,便 于拆装。
气体升液式鼓泡塔 1-筒体;2-气升管;3-气体分布器
塔内装有气升管,引起液体形成有规则的循环流 动,可以强化反应器传质效果,并有利于固体催 化剂的悬浮。 特点:在这种鼓泡塔中气流的搅动比简单鼓 泡塔激烈得多。
填料塔
填料塔的结构与特点 填料的类型 填料塔的内件
填料塔的结构与特点
填料塔结构图
气体从塔底送入,经气体分布装置(小直径塔一 般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连 续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相 密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液 传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操 作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
填料作用 提供气液接触面积; 强化气体湍动,降低气相传质阻力; 更新液膜表面,降低液相传质阻力。
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气液相反应器的选择
概述
气液相反应的基本类型 在反应过程中至少有一种反应物在气相,另一 些物质在液相,气相中的反应物必须传递到液相 中,然后在液相中发生化学反应,这种类型的反 应称气液相反应。 应用: 气体的净化和分离 生产化工产品
气液相反应的特殊性
在气液相反应体系中,气相往往是反应物,而液 相则可能有几种情况: 1、液相也是反应物 2、液相是催化剂 3、液相中既有反应物又有催化剂
拉西环

拉西环结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间 易形成线接触,填料层的均匀性差,因而存在严 重的向壁偏流和沟流现象,致使传质效率低。而 且流动阻力大,操作范围小。其改善方面有θ 形、 十字格形的拉西环。
拉西环结构简单,制造容易,但堆积时相邻环间 易形成线接触,填料层的均匀性差,因而存在严 重的向壁偏流和沟流现象,致使传质效率低。而 且流动阻力大,操作范围小。其改善方面有θ 形、 十字格形的拉西环。
填料塔反应器
特点: a.液体沿填料表面下流,在填料表面形成液膜而 与气相接触进行反应,故液相主体量较少。 b.填料塔反应器气体压降很小,液体返混极小, 是一种比较好的气液相反应器。 应用: 适用于瞬间、界面和快速反应。
板式塔反应器
特点: a.板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相,借助 于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化 学反应; b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率; c.板式塔反应器的气液传质系数较大,可以在板上安置冷 却或加热元件,以适应维持所需温度的要求; d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较 小等缺点。 应用: 板式塔反应器适用于快速及中速反应。
填料的类型
1 填料(packings)的类型 1).分类 按填料形状分:
网体填料 实体填料
按填料的装填方式分:
散装填料 规整填料
按材质分:
金属填料 塑料填料 陶瓷填料 石墨填料
2).常用的几种填料 ①拉西环(Rasching ring) :拉 西环是工业上最早使用的一种 填料,为外径与高度相等的圆 环,通常由陶瓷或金属材料制 成。
2.填料压紧装置
作用:保持填料层为一高度固定的床层,从而保持均匀 一致的空隙结构,使操作正常、稳定,防止在高压降、 瞬时负荷波动等情况下,填料层发生松动或跳动。 填料压板。 自由放置于填料上端,靠自身重量将填料压紧。适用于 陶瓷、石墨材质的散装填料。 床层限制板: 固定在填料上端。
1. 填料塔的结构 填料层:提供气液接触的场所。 液体分布器:均匀分布液体,以避免发生沟流 现象。 液体再分布器:避免壁流现象发生。 支撑板:支撑填料层,使气体均匀分布。 除沫器:防止塔顶气体出口处夹带液体。
壁流: 当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中 的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种 现象称为壁流。 壁流效应的后果: 造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质 效率下降。 解决办法: 当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分 布装置。
⑦球型:球体为空心,气体和液体从其内部经过。 由于球体结构的对称性,填料装填密度均匀,不 易产生空穴和架桥,故气液分散性能好。 常采用塑料材质。一般用于特定场合,工程上应 用较少。
⑧格栅填料:以条状单元体 经一定规则组合而成,其结 构随条状单元体的形式和组 合规则而变,具有多种结构 形式。特点是比表面积较低, 主要用于低压降、大负荷、 防堵的场合。
能在较少液体流率下操作 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3m3/(m2· 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。
特点: a.反应器内气体能较好地分散成细小的气泡,增 大气液接触面积。 b.反应器内液体流动接近全混流,同时能耗较高。 应用: 搅拌釜式反应器适用于慢反应。
气液相反应器的选型
若是传质控制应选择气液接触面积大、持液量较 小的反应器; 若是化学反应控制则应选择持液量大的反应器;
反应极快热效应又很大,对传热的要求高时刻选 择膜式塔; 当液体的处理量大、反应较慢、换热要求较高时 刻选用鼓泡塔 ; 当有悬浮固体催化剂颗粒时可选用搅拌釜式反应 器,此时为气液固三相,称做於浆反应器
简单鼓泡塔
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
1、塔体: 2、气体分布器:使气体分布均匀,强化传热、传 质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一。 型式:多孔板 喷嘴 多孔管等
3、换热装置: 夹套式:热效应不大时。 蛇管式:热效应较大时。 外循环换热式:热效应较大时。 4、水平多孔隔板: 提高气体分散度,减少液体纵向循环。
③阶梯环:鲍尔环基础上改造得 出的。环壁上开有窗孔,其高度 为直径的一半。由于高径比的减 少,使得气体绕填料外壁的平均 路径大为缩短,减少了阻力。
喇叭口一边,不仅增加机械强度,而且使填料之 间为点接触,有利于液膜的汇集与更新,提高了 传质效率。 目前所使用的环型填料中最为优良的一种。
④弧鞍型(berl saddle) : 表面全部敞口,不分内外, 液体在表面两侧均匀流动, 表面利用率高,流动呈弧形, 气体阻力小。但两面对称有 重叠现象,容易产生沟流。 强度差,易破碎。应用较少。
木格栅填料
格里奇格栅填料
⑨波纹填料:波纹填料是由 许多层波纹薄片组成,各片 高度相同但长短不等,搭配 组合成圆盘状,填料波纹与 水平方向成45°倾角,相邻 两片反向重叠使其波纹互相 垂直。圆盘填料块水平放入 塔内,相邻两圆盘的波纹薄 片方向互成90°角。
金属丝网波纹填料
金属孔板波纹填料
波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹 填料和网波纹填料。 板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料 制成。填料的空隙率大,阻力小,流体通量大、效 率高,而且制造方便、价格低,正向通用化、大型 化方向发展。
用于化学吸收时可选用填料塔和喷雾塔,这种场 合气体浓度比较低,对处理后尾气要求不严格; 当用于生产化学品时,反应若极快(瞬时反应), 由传质控制,可选用填料塔和喷雾塔,它们的相 界面积大、持液量低; 对快反应和中速反应可选用板式塔和鼓泡塔,这 两种反应器的持液量都比较大;
鼓泡塔反应器的基本结构
②鲍尔环(pall ring):鲍尔环是 在拉西环的壁上开一层或两层 长方形窗口,窗孔的母材两层 交错地弯向环中心对接。这种 结构使填料层内气、液分布性 能大为改善,尤其是环的内表 面得到充分利用。
与同样尺寸的拉西环相比,鲍尔环的气液通量可 提高50%,而压降仅为其一半,分离效果也得到 提高。其改进为阶梯形鲍尔环,圆筒部分的一端 制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触,床层 均匀且空隙率大,与鲍尔环相比气体阻力减少 25%,生产能力提高10%。
源自文库
膜式反应器
膜反应器 特点: a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应,管外使用载热 流体导入或导出反应热。 b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。 c.由于降膜反应器中液体停留时间很短, d.降膜管的安装垂直度要求较高,液体成膜和均匀分布是 降膜反应器的关键,工程使用时必须注意。 应用:降膜反应器可用于瞬间、界面和快速反应,它 特别适用于较大热效应的气液反应过程;不适用于慢反应; 也不适用于处理含固体物质或能析出固体物质及粘性很大 的液体。
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