0502鼓泡塔反应器计算(精)

0502-1
鼓泡塔反应器内的流体流动
4.气液比相界面积 a 单位反应器有效体积气泡的表面积。
6 G 2 3 a m /m dVS
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鼓泡塔反应器内的流体流动
5、鼓泡塔内的气体压降△P
鼓泡塔内的气体压降由两部分组成：一是气体分布器阻力压降，
二是床层静压头的阻力压降。 Δ P=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降 = 式中
2、鼓泡塔的传热 鼓泡塔中液体剧烈扰动，对换热器壁的给热系数比自然对流给热系数大10 余倍之多，不成为热交换中的主要阻力。鼓泡塔的总传热系数通常为 694~915W/(m2.K)。 鼓泡塔中的传热，通常以三种方式进行： 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
条件： Re 0 d 0u0 G
G
<200
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鼓泡塔反应器内的流体流动
3.气含率 气含率的含义是气液混合液中气体所占的体积分率，对圆柱形塔 来说，气含率意味着通气前后塔内充气床层膨胀高度的变化。故气含 率可以测量静液层高度.
H GL H L G H GL
HGL——充气液层高度，m； HL——静液层高度，m；
1、鼓泡塔反应器内的传质 一般，气膜传质阻力可以忽略，液膜传质阻力的大小决定了传质
速率的快慢。 提高单位相界面的传质速率，则必须提高扩散系数。
扩散系数与液体物理性质有关，还与反应温度、气体反应物的分 压或液体浓度有关。 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； 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。
•试确定（1）计算鼓泡塔反应器体积、高度和直径 （2）鼓泡塔反应器内气体压降
任务点及其要求
• 0502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动
在理解气液相反应动力学基础上，理解气液相流体流动相关的特性参数，
了解流体在鼓泡塔中流动的特性。 • 0502-2鼓泡塔反应器内的传质与传热
理解鼓泡塔反应器内的传质与传热过程。
D≥1.2m αE=0.75

VC：
D 3 VC 12
式中
：形状系数，球盖：
=1


标准椭圆形封头：
=2
b.反应器直径和高度的计算 直径
D 4vG uOG
m
UoG ---- 最佳空塔气速：
最佳空塔气速应满足两个条件： （1）保证反应过程的最佳选择性；
（2）保证反应器体积最小。
高度H
光明石油化工厂计划生产乙酸，年产量10万吨。工艺数据：（1）原料规格：乙 烯99.7%(vt%)，氧99.5%；（2）操作条件：温度398K，塔顶表压294.2kPa；气液 并流操作，其uOG =0.715m/s，uOl =0.43m/s；（3）进气比： C2H4:O2(CO2+N2) =65:17:18(mol比)；（4）乙醛空时收率为0.15kg/L.h，乙烯单程转化率为35.2%， 每吨产品单耗乙烯（纯）700kg，氧（纯）280Nm3。 本次任务：10万吨/年乙醛氧化制乙酸反应器的工艺计算
项目05： 10万吨/年乙醛氧化制乙酸反应器的工艺计算与操作
任务0502
10万吨/年乙醛氧化制乙酸反应器（鼓泡塔）的工艺计算 by
Computation of the Process of 10wt/a acetic acid Oxidation of acetaldehyde reactor
任务引入：
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0502-3 鼓泡塔反应器的工艺计算
鼓泡塔反应器工艺计算的主要内容是气液鼓泡床的体积计算 1、鼓泡塔的经验法计算 a.反应器体积V=VR + VE + VC 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
H=HR+HE+HC
3
H 12 D
反应器高度确定因素： 床层含气量、雾沫夹带、床层上部气相的允许空间（有时为了防止气 相爆炸，要求空间尽量小些）、床层出口位置和床层液面波动范围。
H GL
2、鼓泡塔反应器的数学模型法计算
有关鼓泡塔反应器的数学模型，只能局限于几种简化了的理想模型。 鼓泡塔反应器的数学模型 操作方法 1.连续 2.半连续 3.间歇
• 0502-3 鼓泡塔反应器的工艺计算 会计算鼓泡塔反应器体积、高度和直径，会应用相关公式进行压力降的计
算。
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鼓泡塔反应器内的流体流动
1.流动状态和气泡特性 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。适用于动力学控制的 慢反应。 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。
2 G 103 u0 H R R g 2 C 2
kpa
C2=0.8 （小孔阻力系数）
u0：小孔气速，m/s
鼓泡层密度,kg/m3
0502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动
6、返混 鼓泡塔内液相存在返混，塔内液相视为理想混合，塔内气相常假设 为置换流。
0502-2 鼓泡塔反应器内的传质与传热
0502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动
2.气泡大小
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
VOL
C AO xA rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
VG：
VG
VL G 1 G
VR：
VR VG VL
VG
G

VL 1 G
VE：
VE

4
D2H E
当液滴移动速度小于0.0001m/s HE=αED 当D<1.2m HE≥1m