反应器-3气液相反应器的选择

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%。
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。
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。
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。
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
拉西环
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。
LOGO
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
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
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。
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
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。
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பைடு நூலகம்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。
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
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。
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。
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。
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）
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
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。
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。