鼓泡塔反应器设计ppt课件
鼓泡塔设计-反应器设计讲解
目录一、项目简介 (1)二、反应器选择 (1)2.1 工艺流程 (1)2.2 鼓泡塔介绍 (2)2.2.1 鼓泡塔反应器的分类 (2)2.2.2 鼓泡塔反应器的特点与结构 (4)2.2.3 鼓泡塔中的传质 (6)2.2.4 鼓泡塔中的传热 (6)三、初步设计 (6)3.1 PX氧化宏观动力学 (6)3.1.1宏观反应动力学 (6)3.1.2 PX氧化反应宏观动力学 (7)3.1.3 氧化反应机理 (8)3.2反应段模型的建立[7] (11)3.2.1 模型作如下假设： (11)3.2.2模型方程 (11)3.2.4 质量衡算 (13)3.2.5 热量衡算 (14)3.2.6 参数估算 (14)3.2.7 模型的求解 (16)3.3 影响PX氧化反应的工艺条件 (17)四、总结 (19)五、参考文献 (20)对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计一、项目简介精对苯二甲酸（PTA）是生产聚酯的主要原料，PTA生产历史可以一直追溯到上世纪二十年代，继英国帝国化学工业公司（ICI）和美国杜邦公司（Dupont）开始生产高性能聚酯纤维开始，聚酯工业的发展极大的刺激了主要原料PTA生产技术的变革。
PTA合成方法曾先后采用：硝酸氯化法，Dupont公司开发的以钴为催化剂的空气氧化法，Witten公司开发的酯化氧化法（DMT），以及具有划时代意义的1958年由Mid-Century公司发的MC氧化工艺。
如今，工业上主要采用Co-Mn-Br为催化剂由对二甲苯（PX）经空气氧化制得[1]。
主要工艺有Amoco、三井和Dupont三大公司的专利技术。
三种工艺的基本流程大致相同，均采用Amoco-MC高温氧化法[2]。
对二甲苯（PX）氧化制对苯二甲酸（TA）是聚酯工业的一个重要生产过程，同时也是一个液相催化氧化过程。
工业氧化反应在185 ~ 224 ℃、1 ~2 MPa 下进行，采用Co-Mn-Br 三元复合催化剂，醋酸为溶剂，空气为氧化剂，反应物PX 经过一系列自由基反应步骤顺序生成醇、醛、酸，并最终转化为固体产物TA。
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➢ 鼓泡塔的气体压降ΔP：
ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
=
10 3 C2
u
2 0
G
2
HRRg
kpa
式中 C2=0.8 （小孔阻力系数）
u0：小孔气速，m/s 鼓泡层密度,kg/m3
鼓泡塔的传质 一般气膜传质阻力较小，可以忽略，液膜传质阻力的大小决定了
传质速率的快慢。 欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩
3 H 12 D
反应。 ➢ 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。 ➢ 鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
结构
➢ 塔体： ➢ 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。
鼓泡塔反应器的计算 反应器体积 充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
➢ VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ')
连续操作时：VL=VOL
VOL
C AO xA
rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
➢ VG：
VG
VLG 1G
➢ VR：
VR
VG VL
➢ 4、水平多孔隔板：提高气体分散度，减少液体纵向循环。
鼓泡塔的传递特性
鼓泡塔的流体力学特性 ➢ 塔内液体流动状态：由空塔气速uOG决定
※空塔气速uOG=v0/At 安静区：uOG<4.5~6cm/s 气体通过分布器几乎呈分散的有次 序的鼓泡，既能达到一定的流量，又很少出现返混。 过渡区：4.5~6<uOG<8cm/s 湍动区：uOG>8cm/s 气泡不断地分裂、合并，并产生激烈无 定向运动。塔内液体扰动剧烈，返混严重，流型接近CSTR。
塔式反应器 ppt课件
一、塔式反应器特点及应用
1．填料塔---快速和瞬间反应过程，特别适合与低压和介质 具有腐蚀性的操作。
2．板式塔---中速和快速反应过程。大多采用加压操作，适 用于传质过程控制的加压反应过程。
3．喷雾塔---瞬间反应过程，适合于有污泥，沉淀和生成固体 产物的体系，气膜控制的反应系统，气液两相返混严重。
此外，人们对于填料形状对减小沟流的作用已给予了
足够的重视。
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23
填料塔适用于： 1. 真空操作的精馏，产生泡沫的物料。 填料对泡沫有限制和破碎的作用。 2. 对于超小型的塔填料塔更有优势,塔径在2.5以下。 对于塔径在2.5以上，一般选择板式塔。
3. 对于高腐蚀性的物料精馏。 但冷却移除反应热或溶解热时，结构复杂化。
体直接冲刷填料层。对大塔，气体入塔向下 方做成喇叭形以扩大或多空管气体分布器。
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除沫器
气体流过曲折通道时， 气流中夹带的液滴因 惯性附于折流板壁， 然后流回塔内。
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支承板
栅条间距为填料 外径的0.6~0.8倍
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消泡和防旋板
作用：防止液体旋涡流动，有利于泡沫浮 升破碎和减小液体对气体的夹带。
比较：高效填料材料的使用，使填料塔相对于板式塔的 效率可以以10倍计。
板式塔不宜堵塞，填料塔p则pt课件不然，所以有串连的做法24
填料特性的评价
（1）比表面积
－塔内单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。
须把比表面积与有效的传质比表面积加以区分。
（2）空隙率
－塔内单位体积填料层具有的空隙体积，m3/m3。
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7
（3）有利于降低能量消耗 反应热的回收，压力能的回收，分散液体所需要的动力。 （4）有利于反应温度的控制
鼓泡塔反应器
0.072
1.61
鼓泡塔中的传热
传热方式：三种
利用溶剂、反应物或产物气化带走热量。
利用液体外循环冷却器移走热量。
利用夹套、蛇管或列管式冷却器移走热量。
鼓泡塔反应器的计算
反应器体积
充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ') 连续操作时：VL=VOL
VC：
=1 式中 ：形状系数，球盖： 标准椭圆形封头： =2
D 3 VC 12
D
反应器直径和高度的计算
D
4VG 3600u OG
m
H
H=HR+HE+HC
H 3 12 D
欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩 散系数。 扩散系数不仅与液体物理性质有关，而且还与反应温度、气体反 应物的分压或液体浓度有关。当鼓泡塔在安静区操作时，影响液相传质 系数的因素主要是气泡大小、空塔气速、液体性质和扩散系数等；而在 湍动区操作时，液体的扩散系数、液体性质、气泡当量比表面积以及气 体表面张力等，成为影响传质系数的主要因素。
鼓泡塔反应器
鼓泡塔反应器的特点与结构
鼓泡塔反应器的传质
鼓泡塔反应器的计算
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构 特点： 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升， 既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 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。 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。 鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
鼓泡塔设计-反应器设计
目录一、项目简介错误!未定义书签。
二、反应器选择错误!未定义书签。
工艺流程错误!未定义书签。
鼓泡塔介绍错误!未定义书签。
鼓泡塔反应器的分类错误!未定义书签。
鼓泡塔反应器的特点与结构错误!未定义书签。
鼓泡塔中的传质错误!未定义书签。
鼓泡塔中的传热错误!未定义书签。
三、初步设计错误!未定义书签。
PX氧化宏观动力学错误!未定义书签。
宏观反应动力学错误!未定义书签。
PX氧化反应宏观动力学错误!未定义书签。
氧化反应机理错误!未定义书签。
反应段模型的建立[7] 错误!未定义书签。
模型作如下假设：错误!未定义书签。
模型方程错误!未定义书签。
质量衡算错误!未定义书签。
热量衡算错误!未定义书签。
参数估算错误!未定义书签。
模型的求解错误!未定义书签。
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四、总结错误!未定义书签。
五、参考文献错误!未定义书签。
对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计一、项目简介精对苯二甲酸（PTA）是生产聚酯的主要原料，PTA生产历史可以一直追溯到上世纪二十年代，继英国帝国化学工业公司（ICI）和美国杜邦公司（Dupont）开始生产高性能聚酯纤维开始，聚酯工业的发展极大的刺激了主要原料PTA生产技术的变革。
PTA合成方法曾先后采用：硝酸氯化法，Dupont公司开发的以钴为催化剂的空气氧化法，Witten公司开发的酯化氧化法（DMT），以及具有划时代意义的1958年由Mid-Century公司发的MC氧化工艺。
如今，工业上主要采用Co-Mn-Br 为催化剂由对二甲苯（PX）经空气氧化制得[1]。
主要工艺有Amoco、三井和Dupont 三大公司的专利技术。
三种工艺的基本流程大致相同，均采用Amoco-MC高温氧化法[2]。
对二甲苯（PX）氧化制对苯二甲酸（TA）是聚酯工业的一个重要生产过程，同时也是一个液相催化氧化过程。
工业氧化反应在185 ~ 224 ℃、1 ~2 MPa 下进行，采用Co-Mn-Br 三元复合催化剂，醋酸为溶剂，空气为氧化剂，反应物PX 经过一系列自由基反应步骤顺序生成醇、醛、酸，并最终转化为固体产物TA。
鼓泡塔课件讲解共31页文档
鼓泡塔课件讲解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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计算液膜传质过程可用以下公式：
sh k LA d b D LA
SCL
L L DLA
Reb
dbuOGL L
1 0.0721.61
Sh2.0CReb0.484SC0.3L39 dDbL2g/A33
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鼓泡塔中的传热
传热方式：三种 ➢ 利用溶剂、反应物或产物气化带走热量。 ➢ 利用液体外循环冷却器移走热量。 ➢ 利用夹套、蛇管或列管式冷却器移走热量。
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➢ 气泡尺寸
a. 气泡的形成： uOG较低时：气体分布器 uOG中等时：气体分布器加液体湍动 uOG较高时：液体湍动使气流破碎成气泡。
b.单个气泡的形状和直径 形状：db<0.2cm 垂直上升的坚实圆球. 0.2≤db≤1.0cm 螺旋式摆动上升的椭圆球 db>1.0cm 垂直上升的菌帽状
条件：
4VG
3600uOG
m
H H=HR+HE+HC
3 H 12 D
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鼓泡塔反应器的计算 反应器体积 充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
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➢ VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ')
连续操作时：VL=VOL
VOL
CAO xA
rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
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➢ VG：
VG
VLG 1G
➢ VR：
鼓泡塔反应器 鼓泡塔反应器的特点与结构 鼓泡塔反应器的传质 鼓泡塔反应器的计算
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鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： ➢ 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，
既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 ➢ 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
Re0
d0u0 G G
<200
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➢ 气泡群的直径的计算
a.当量比表面直径dVS： b.体积平均直径dV： c内气体所点的体积分率。 εOG：静态气含率。液体不流动时的气含率。 εG：动态气含率。液体连续流动时的气含率。
➢ 比相界面a：
单位反应器有效体积气泡的表面积。m2/m3
反应。 ➢ 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。 ➢ 鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
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结构
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➢ 塔体： ➢ 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。
散系数。 扩散系数不仅与液体物理性质有关，而且还与反应温度、气体反
应物的分压或液体浓度有关。当鼓泡塔在安静区操作时，影响液相传质 系数的因素主要是气泡大小、空塔气速、液体性质和扩散系数等；而在 湍动区操作时，液体的扩散系数、液体性质、气泡当量比表面积以及气 体表面张力等，成为影响传质系数的主要因素。
VR
VGVL
VG
G
VL
1G
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➢ 4、VE：
VE
4
D2HE
当液滴移动速度小于0.0001m/s HE=αED
当D<1.2m HE≥1m D≥1.2m αE=0.75
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➢ VC：
D 3 V C 12
式中 ：形状系数，球盖： =1
标准椭圆形封头： =2
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反应器直径和高度的计算
D
D
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➢ 鼓泡塔的气体压降ΔP：
ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
=
103 C2
u02G
2
HRRg
kpa
式中 C2=0.8 （小孔阻力系数）
u0：小孔气速，m/s 鼓泡层密度,kg/m3
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鼓泡塔的传质 一般气膜传质阻力较小，可以忽略，液膜传质阻力的大小决定了
传质速率的快慢。 欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩
➢ 4、水平多孔隔板：提高气体分散度，减少液体纵向循环。
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4
鼓泡塔的传递特性
鼓泡塔的流体力学特性 ➢ 塔内液体流动状态：由空塔气速uOG决定
※空塔气速uOG=v0/At 安静区：uOG<4.5~6cm/s 气体通过分布器几乎呈分散的有次 序的鼓泡，既能达到一定的流量，又很少出现返混。 过渡区：4.5~6<uOG<8cm/s 湍动区：uOG>8cm/s 气泡不断地分裂、合并，并产生激烈无 定向运动。塔内液体扰动剧烈，返混严重，流型接近CSTR。