第八章__塔式反应器
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1、1第八章第八章 塔式反应器塔式反应器8.1概述概述 8.1.1塔式反应器特点及应用塔式反应器特点及应用 8.1.2附属装置附属装置8.2填料塔填料塔 8.2.1物理吸收物理吸收 8.2.2化学吸收化学吸收8.3鼓泡塔鼓泡塔 8.3.1鼓泡塔操作状态鼓泡塔操作状态 8.3.2鼓泡塔流体力学鼓泡塔流体力学 28.1.1塔式反应器特点塔式反应器特点*及应用及应用 1.1.填料塔填料塔 优点：结构简单，耐腐蚀 ，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) 缺点：液体在填料床层中停留时间短，不能满足慢反应的要求，且存在壁流和液体分布不均等问题 ，
2、其生产能力生产能力低于板式塔低于板式塔. . 应用：适用于快速和瞬间反应过程，特别适宜于低压和介质具腐蚀性的操作。 填料塔要求填料比表面大、空隙率高、耐蚀性强及强度和润湿等性能优良。 常用的填料有拉西环、鲍尔环、矩鞍等，材质有陶瓷、不锈钢、石墨和塑料。38.1.1塔式反应器特点及应用塔式反应器特点及应用 2.2.板式塔板式塔 优点：逐板操作 ；轴向返混降到最低，并可采用最小的液流速率进行操作，从而获得极高的液相转化率 ；气液剧烈接触，气液相界面传质和传热系数大 ；板间可设置传热构件，以移出和移入热量 。 缺点：反应器结构复杂，气相流动压降大，且塔板需用耐腐蚀性材料制作 应用：适用于快速和中速的
3、传质过程控制的化学反应过程，大多用于加压操作过程 。48.1.1塔式反应器特点及应用塔式反应器特点及应用 3.3.喷雾塔喷雾塔 喷雾塔是气膜控制的反应系统，适于瞬间反应过程。塔内中空，特别适用于有污泥、沉淀和生成固体产物的体系。但储液量低，液相传质系数小，且雾滴在气流中的浮动和气流沟流存在，气液两相返混严重。 . .鼓泡塔鼓泡塔 储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。液相轴向返混严重，连续操作型反应速率明显下降。在单一反应器中，很难达到高的液相转化率，因此常用多级彭泡塔串联或采用间歇操作方式 58.1.28.1.2附属装置附属装置 . .液体喷淋装置液体喷淋装置 喷淋装置有单管喷洒、莲蓬式喷洒
4、、多孔管喷洒、盘式喷洒等多种型式 单管喷洒和莲蓬式喷洒适用于直径小于0.6m的塔 对于大型塔，宜采用多孔管喷淋和肋式喷洒 盘式喷酒装置的筛孔上保持50 200mm高的液层 简单直管型 环管型 并列多管型 树枝型 图8-1多孔管分布器示意图68.1.28.1.2附属装置附属装置 2.2.液体再分布装置液体再分布装置 为了改善塔的操作，减轻液体下流时逐渐增大的壁流现象，每隔一定距离设置一个液体再分布装置，可为倒锥形、波浪形和带升气管的筛孔再分布器，既起支承用，又起再分布作用 3.3.气体入口的布气结构气体入口的布气结构 当塔径小于0.5m时，将进气管做成向下450的切口，以免气体直接冲刷填料层。对
5、大塔，气体人塔向下方做成喇叭形扩口或多孔管气体分布器。 4.4.除沫器除沫器 可采用折流板，丝网除雾器 78.1.28.1.2附属装置附属装置 5.5.消泡和防旋板消泡和防旋板 在低液位处，由于液体流向排液口会引起旋涡，使部分气体被液体夹带而出，此情形在高压操作和使用易起泡液体时更严重，因此在液位处设置十字形竖向挡板，以分割液位部分空间，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。 6.6.支承板支承板 置于器底，强度应能支承填料的质量，其自由截面不小于填料的孔隙率，可用栅形、波浪形、升气管式。栅条间距为填料外径的0.60.8，要防止局部阻力过大和液泛 88.28.2填料塔填料
6、塔 填料塔广泛应用于物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收过程中。由于填料层高H比填料直径大得多，因此，填料的作用除增加相界面积增加相界面积外，还能减少轴向混合减少轴向混合。填料塔气相和液相的皮克利特数PeG、PeL往往大于100,可以假设填料塔中气相、液相均为理想置换理想置换流型。化学吸收采用的填料塔在结构上和一般吸收塔相同，塔径D的计算也基本相同 98.2.1物理吸收物理吸收 为了计算填料高度，必须把传质速度方程式和物料平衡方程式联立求解。 计算的空间基准空间基准为单位塔截面，高为dH的微元体积（dVRdH），其中相界面积为adH； 由于稳定操作，时间时间基准基准可以任意取 8-2填料塔微元
7、体积物料平衡图 10dHCCakdHppakLdXGdYALAiALAiAAGALA)()(dHCCakdHppakALAALAAAG)()(*22)()()(=)(=AtAAAAtUUAAUUAAppdppdpppGpdppdppGppGdGdY)()()()()()(222AtAAttAtAtAtAttUAtAtppdpGpppdppppGppdppppGppdppG同理ALTALALTALTALCCdCLCCdCGLLdX2)(tUppGG=TUCCLL=11 式中 -液相中惰性组分浓度，kmolm-3； p-惰性气体分压，Pa； A-气相中A物质的量气相中惰性气体物质的量，YAPA/P
8、U； XAL-液相中物质的量液相中惰性组分物质的量，XALCAL/CU； -单位塔截面上气相中惰性组分流量,kmolm-2s-1； 单位塔截面上液相中惰性组分流量, kmolm-2s-1； G-单位塔载面上气相总流量，kmolm-2s-1； -单位塔截面上液相总流量，kmolm-2s-1； -总压，ptPAPU，Pa； CT-液相总浓度，CTCALCU，kmolm-3。1221)()(20AAppAiAAtAGAtHppppakdpGpdHH21)()(*2AAppAAAtAGAtppppaKdpGp21)(*AAppAAAtAGAppppaKdpG212)-()-(ALALALAiALTAL
9、ALCCCCCCakdCTLC21)-()-(*2ALALCCALAALTALALTCCCCaKdCLC21)(*ALALCCALAALTALALCCCCaKdCL对于稀溶液,LL,GG,pt-PAPt,CT-CALCT。填料层高H为2121*ALALAACCALAALALTppAAAAGTCCdCaKCLppdpaKpGH138.2.28.2.2化学吸收化学吸收* * 反应式为 A（气）+B（液）产品。 采用逆流稳定操作。物料平衡的空间基准和时间基准与物理吸收相同 当反应局限于液膜内时，也就是对于极快反应和快反应时。图8-3逆流填料塔物料平衡图气 相 中 失 去 组 分A 的 物 质 的 量
10、=b1液 相 中 失 去 组 分B的 物 质 的 量液 相 中 反 应 掉的 A的 物 质 的 量=14 式中 -宏观反应速度。 塔内任一截面处的成分可由上式积分求得adHrbLdXGdYABAAr)()()()(211111BBUBUAUABBAACCCCbLppppGXXbLYYG填料高为2!21212)(BBAAAAXXABppAAtAtYYAAardXbLarppdpGpardYGH15 当处理稀溶液时，ptPU，CTCU，可得到微分物料平衡方程 对塔内任一截面的组分可按上式积分求得 在处理稀溶液时，填料塔填料高H为BTAtdCbCLdppG)()(11BBTAAtCCbCLpppG2
11、121BBAACCABTppAAtardCbCLardppGH16 例8-1 例8-2178.3鼓泡塔鼓泡塔 鼓泡塔是一种常用的气液接触反应设备，各种有机化合物的氧化反应都采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，一般不要求对液相作剧烈搅拌，蒸汽以气泡状吹过液体而造成的混合已足够。 鼓泡塔的优点是气相高度分散在液相中，因此有大的持液量和相际接触表面，使传质和传热的效率较高，它适用于缓慢化学反应和强放热情况。同时反应器结构简单、操作稳定、投资和维修费用低、液体滞留量大，因而反应时间长。但液相有较大返混，当高径比大时，气泡合并速度增加，使相际接触面积减小。18鼓泡塔的分类 按结构特征，鼓泡塔可分为空心式、多段式、气
