塔式反应器选择与操作

体自上而下流经每块塔板，并在塔板上形成一定厚度的液层;气体自 下而上流经每块塔板，经塔板上的小孔分散，并以小气泡的形式与塔 板上的液层接触，并进行传质与反应。在操作中，液体是连续相，而 气体是分散相。板式塔(泡罩塔、筛板塔、浮阀塔)是气、液逆流流动， 级间液体与气体分别沿不同的路径流动。
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任务1 塔式反应器的选择
• (2)鼓泡塔内液相轴向返混很严重，在不太大的高径比情况下，可认 为液相处于理想混合状态，因此较难在单一连续反应器中达到较高的 液相转化率。
• (3)鼓泡塔反应器在鼓泡时所耗压降较大。 • 2.鼓泡塔反应器的分类 • 化学工业中的鼓泡反应器按其结构特征分类，鼓泡塔可分为空心式、
气体自塔底以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气一液相密切 接触而进行传质传热，两相的浓度呈阶梯式变化。根据气液操作状态 分为鼓泡式塔板(如泡帽、浮阀、筛板等塔板)及喷射式塔(如舌形、网 孔等塔板)。又可根据有没有降液管分为溢流式塔板(泡帽等)和穿流式 塔板(穿流式筛板和穿流式栅板等)。
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任务1 塔式反应器的选择
• 二、塔式反应器的特点
• 塔式反应器是石油化工、化学工业、炼油、化工等生产中最重要的设 备之一。它可使气(汽)液或液液相之间进行充分接触，达到相际传热 及传质的目的。化工生产中常见的可在塔设备中完成的单元操作有精 馏、吸收、解吸和萃取等。工业气体冷却与回收、气体的湿法精制和 干燥中也多使用塔设备。塔式反应器的外形呈圆筒状，高度一般为直 径的数倍以上，内部设有填料、筛板等构件，用来增大反应混合物相 际间的传质面积。塔式反应器可以用于进行气液相非均相反应，例如， 化学吸收，此时至少有一种反应物处于气相，其他反应物、催化剂或 溶剂处于液相;一也可进行气液固非均相反应，其中固相多为产物或 催化剂。
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任务1 塔式反应器的选择
• 对塔设备的基本要求有以下几点: • (1)气液两相充分接触，相际间传热面积大。 • (2)生产能力大，即气液处理量大。 • (3)操作稳定，操作弹性大。 • (4)阻力小。 • (5)结构简单，制造、安装、维修方便，设备的投资及操作费用低。 • (6)耐腐蚀，不易堵塞。
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任务1 塔式反应器的选择
• 为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体 自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，板式塔塔板分为浮 筏塔盘、筛孔塔盘、舌型塔盘、斜孔塔盘、网孔塔盘、导向浮筏型塔 盘、旋流板塔盘等。化工生产中常见的五种塔板为筛板塔板、泡罩塔 板、浮阀塔板、舌型塔板和斜孔塔板，其结构示意图如图5 -8，如图 5 -9，如图5 -10，如图5 -11，图5 -12所示。
项目五 塔式反应器选择与操作
• 任务1 塔式反应器的选择 • 任务2 鼓泡塔反应器的操作 • 任务3 学习拓展
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任务1 塔式反应器的选择
• 一、气液相反应动力学基础
• 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 的反应称为气液相反应。
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任务2 鼓泡塔反应器的操作
• (10)在确认工艺、设备等各种条件具备后方可开车。 • 2.正常开车 • (1)关闭所有入鼓泡塔的阀门，关闭各设备排污阀、去事故槽阀、烃
化液沉降槽和各取样阀。开启各安全阀之根部阀，开启各设备放空阀、 尾气塔进气阀门，关闭各泵进出口阀，开启各种仪表、调节阀，并进 行全面检查。 • (2)开启水解塔、尾气塔进水阀门，开启且型管出水阀，调节好进水 量和出水量，系统稍开冷却、冷凝、进出水阀门。 • (3)开启乙烯缓冲罐，用乙烯置换至02≤0.2%后，在乙烯罐内充乙烯 • 至0. 3 MPa稳定后，切入压力自调阀。 • (4)排尽蒸汽管中冷凝水，开启蒸汽总阀。 • (5)开启苯管线阀门和苯泵，开多乙苯转子流量计阀，向塔内打苯和 多乙苯，停泵，沉降2h左右，从鼓泡塔塔底排水。
具有热交换单元式、多段式、气提式、液体喷射式等多种。图5一3为 部分鼓泡塔示意图。 • 3.鼓泡塔反应器结构 • 鼓泡塔反应器的基本组成部分主要有下述三部分。
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任务1 塔式反应器的选择
• (1)塔底部的气体分布器。 • 分布器的结构要求使气体均匀分布在液层中;分布器鼓气管端的直径
证了气液充分混合，反应良好。 • (2)反应器结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。 • (3)反应器具有极高的储液量和相际接触面积，传质和传热效率高。
适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。 • (4)在塔的内外都可以安装换热装置。 • (5)和填料塔比较，鼓泡塔能处理悬浮液。 • 鼓泡塔一也有一些难以克服的缺点: • (1)为了保证气体沿截面均匀分布，鼓泡塔的直径不宜过大，一般在 • 2~3 m以内。
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任务1 塔式反应器的选择
• 五、填料塔反应器特点与结构
• 1.填料塔反应器特点 • 填料塔反应器内装有填料，液体由分布器自塔顶喷淋而下，成膜状润
湿填料表面，气体一般由分布器自塔底与液体成逆流上升，同时在与 填料表面与液体接触并进行传质与反应。在操作中，液体为分散相， 而气体为连续相。填料塔反应器具有结构简单、压降小、能适应各种 腐蚀介质和不易造成溶液气泡，轴向返混可忽略，能获得较大的液相 转化率，气相流动压降小，降低了操作费用(塔内流动模型接近活塞 流)的优点。缺点有:一是液体在填料床层停留时间短，不能满足慢反 应的要求，同时存在壁流和液体分布不均等问题;二是它较难从塔体 中直接移去热量，当反应热较高时，必须增加液体喷淋量带出的热量。
衡。 • (2)气相组分A从气液相界面扩散入液相，并且在液相内进行化学反应。 • (3)液相内的反应产物向浓度梯度下降的方向扩散，气相产物则向界
面扩散。 • (4)气相产物向气相主体扩散。 • 对于气液相反应，根据不同的传质速率和化学反应速率，有八种不同
的反应类型，如图5一2所示。
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分三氯化铝复合体催化剂，经冷却沉降后，有活性的部分送回鼓泡塔 继续使用，另一部分分解处理。
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任务2 鼓泡塔反应器的操作
• 2.工艺流程简述 • 精苯由苯贮槽用苯泵送入鼓泡塔，乙烯气经缓冲器送入鼓泡塔，三氯
化铝催化剂从三氯化铝槽定量地压入鼓泡塔。苯和乙烯在三氯化铝催 化剂的存在下反应，过量的苯蒸汽以及未反应的乙烯气体经过捕集器 捕集，使带出的烃化液回至烃化液沉降槽，其余气体进入循环苯冷凝 器中冷凝。从鼓泡塔出来的流体经气液分离器后，回收苯送入水洗塔， 分离出的尾气，即HCl气体进入尾气洗涤塔洗涤。沉降槽上层烃化液 流入烃化液缓冲罐并压进水洗塔底部进口，水洗塔上部出口溢出的烃 化液进入烃化液中间槽，水洗塔中的污水由底部排至污水处理系统。 由烃化液中间罐出来的烃化液与由碱液罐出来的NaOH溶液一起经过 中和泵混合中和。中和之后的混合液进入油碱分离沉降槽进行沉降分 离。工艺流程如图5一13所示。
任务1 塔式反应器的选择
• 3.按操作压力分类 • 塔设备根据其完成的工艺操作条件不同，其压力和湿度也不同。从操
作方便和设备简单的角度看，选择常压塔操作最好。在实际生产中根 据具体工艺要求和设备及操作成本综合考虑，有时可在常压下操作、 有时则在加压下操作，有时还需在减压下操作。相应的塔设备分别称 为常压塔、加压塔及减压塔。 • 板式塔、填料塔和鼓泡塔三种塔式反应器形式与特性见表5一1，各种 塔板的优缺点及适用范围见表5一2。
• 三、塔式反应器的分类
• 塔式反应器的种类很多，常见的分类方法有以下几种。 • 1.按用途分类 • (1)精馏塔。
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任务1 塔式反应器的选择
• (2)吸收塔、解吸塔。 • (3)萃取塔。 • (4)洗涤塔。 • 2.按内件结构分类 • 板式塔是一种逐级(板)接触的气液传质设备。塔内以塔板为基本构件，
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任务1 塔式反应器的选择
• 2.填料塔反应器结构 • 填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料 • 塔的结构比较简单，如图5 -6所示。它由塔体、液体分布器、填料压
紧装置、填料层、液体收集与再分配装置和支撑栅板组成。 • 六、板式塔反应器特点与结构 • 1.板式塔反应器特点 • 板式塔反应器内部装有多块塔板，塔板的形式多为泡罩塔或筛板，液
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任务2 鼓泡塔反应器的操作
• 二、乙烯与苯生产乙苯的操作与运行
• 1.开车前准备 • (1)开车前所有安全消防设施、设备、器材要完好。 • (2)人员必须经过考核合格，确认可以上岗操作后才能上岗。 • (3)公用工程，水、电、气、汽等均符合开车工艺条件。 • (4)各种原料、辅料供应必须齐备，投料前进行分析确认。 • (5)各机泵冷却水通畅，处于可投用状态。 • (6)对各工艺阀门进行检查，保证装置流程畅通。 • (7)确认各种机电设备及电器仪表处于完好状态。 • (8)操作人员按规定着装。 • (9)检查开车所需工具、防护用品、记录表格是否满足生产条件。
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任务2 鼓泡塔反应器的操作
• 一、乙烯与苯生产乙苯的操作原理及工艺流程 简述
• 1.反应原理
• 乙烯气体与苯在三氯化铝复合体催化剂作用下进行烃化反应，生成物
含有主产物乙苯，反应式为
(乙苯)。未反应的
苯及反应副产物二乙苯、三烃基苯、四烃基苯统称多乙苯。苯、乙苯
以及多乙苯的混合物称为“烃化液”。从鼓泡塔出来的烃化液带有部
• 四、鼓泡塔反应器特点、分类与结构
• 1.鼓泡塔反应器特点 • 鼓泡塔反应器一也称为鼓泡床反应器，是一种常用的气液接触反应设
备，适用于液相一也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应， 有时一也作为气一液一固相反应器。
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任务1 塔式反应器的选择
• 在实际使用中鼓泡塔具有以下优点: • (1)气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断地通过气液反应层，保
• (4)在气膜之外的气相主体和液膜之外的液相主体中，达到完全的混 合均匀，即全部传质阻力都集中在膜内，两相本体中组分的传递方式 是湍流扩散，无传质阻力。
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任务1 塔式反应器的选择
• 2.气液反应宏观动力学 • 对于二级不可逆气液相反应，气相组分A与液相组分B之间的反应过
程，需要经历以下步骤: • (1)气相组分A从气相主体传递到气液相界面，在界面上达到气液相平
大小，要使气体鼓出来的气泡小，使液层中含气率增加，液层内搅动 激烈，有利于气液相传质过程。常见气体分布器结构如图5 -4所示。 • (2)塔筒体部分。 • 塔筒体部分主要是气液鼓泡层，是反应物进行化学反应和物质传递的 气液层。如果需要加热或冷却，那么可以在筒体外A幼日上夹套或在 气液层中加蛇管。 • (3)塔顶部的气体分离器。 • 塔顶的扩大部分内装有一些液滴捕集装置，以分离从塔顶出来气体中 夹带的液滴，达到净化气体和回收反应液的作用。常见的气体分离器 结构如图5一5所示。
• 1.气液传质理论简述 • 组分A由气相主体扩散而进入液相主体需经历以下途径:气相主体一气 • 膜一界面气液平衡一液膜一液相主体，如图5一1所示。 • 为描述气液相间的传质规律，曾提出了双膜理论、渗透理论、安静表
面模型、表面更新模型等理论和模型，其中，双膜理论较简明、直观、 应用广泛，下面介绍这个模型的墓本要点：
任务1 塔式反应器的选择
• 液体持留在塔板上，有利于需要较长接触时间的缓慢反应，具有逆流 流动的优点。对于气、液负荷，板式塔比填料塔具有更大的操作弹性。
• 2.板式塔反应器结构 • 板式塔基本结构如图5一7所示，由圆形塔体和按一定间距水平装置在
塔内的若干塔板组成。塔盘又称塔板，是板式塔中气液两相接触传质 的部位，塔盘决定塔的操作性能。塔盘通常主要由气体通道和溢流装 置两部分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ成。塔盘在结构方面要求有一定的刚度，以维持水平;塔 盘与塔壁之间应有一定的密封性，以避免气、液短路;塔盘应便于制 造、安装、维修并且要求成本低。
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任务1 塔式反应器的选择
• (1)气液两相之间存在一个相界面，界面上传质阻力极小，气液间处 于平衡状态。
• (2)平静的气液界面两侧存在着气膜与液膜，是很薄的静止层或层流 层，两相间的传质阻力都集中在各自的边界膜内，膜内组分的传递方 式是分子扩散。
• (3)当气相组分向液相扩散时，必须先到达气液相界面，并在相界面 上达到气液平衡，即服从亨利定律。