反應(yīng)器氣液相反應(yīng)器的選擇

氣液相反應(yīng)器的選擇

現(xiàn)在是1頁\一共有62頁\編輯于星期四概述

氣液相反應(yīng)的基本類型

在反應(yīng)過程中至少有一種反應(yīng)物在氣相，另一些物質(zhì)在液相，氣相中的反應(yīng)物必須傳遞到液相中，然后在液相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種類型的反應(yīng)稱氣液相反應(yīng)。

應(yīng)用：氣體的凈化和分離生產(chǎn)化工產(chǎn)品現(xiàn)在是2頁\一共有62頁\編輯于星期四氣液相反應(yīng)的特殊性在氣液相反應(yīng)體系中，氣相往往是反應(yīng)物，而液相則可能有幾種情況：1、液相也是反應(yīng)物2、液相是催化劑3、液相中既有反應(yīng)物又有催化劑現(xiàn)在是3頁\一共有62頁\編輯于星期四

氣液相反應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)在是4頁\一共有62頁\編輯于星期四

氣液相反應(yīng)器的基本類型

氣液相反應(yīng)器按氣液相接觸形態(tài)可分為：氣體以氣泡形態(tài)分散在液相中（鼓泡塔反應(yīng)器、攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器和板式反應(yīng)器）液體以液滴狀分散在氣相中（噴霧、噴射和文氏反應(yīng)器）液體以膜狀運(yùn)動(dòng)與氣相進(jìn)行接觸（填料塔反應(yīng)器和降膜反應(yīng)器）現(xiàn)在是5頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是6頁\一共有62頁\編輯于星期四特點(diǎn)：a.氣相既與液相接觸進(jìn)行反應(yīng)同時(shí)攪動(dòng)液體以增加傳質(zhì)速率；b.鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時(shí)也無困難。c.鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴(yán)重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。應(yīng)用：這類反應(yīng)器適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。鼓泡塔反應(yīng)器現(xiàn)在是7頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是8頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是9頁\一共有62頁\編輯于星期四填料塔反應(yīng)器特點(diǎn)：a.液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而與氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少。b.填料塔反應(yīng)器氣體壓降很小，液體返混極小，是一種比較好的氣液相反應(yīng)器。應(yīng)用：適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)?，F(xiàn)在是10頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是11頁\一共有62頁\編輯于星期四板式塔反應(yīng)器

特點(diǎn):a.板式塔反應(yīng)器中的液體是連續(xù)相而氣體是分散相，借助于氣相通過塔板分散成小氣泡而與板上液體相接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；b.能在單塔中直接獲得極高的液相轉(zhuǎn)化率；c.板式塔反應(yīng)器的氣液傳質(zhì)系數(shù)較大，可以在板上安置冷卻或加熱元件，以適應(yīng)維持所需溫度的要求；d.但是板式塔反應(yīng)器具有氣相流動(dòng)壓降較大和傳質(zhì)表面較小等缺點(diǎn)。應(yīng)用：板式塔反應(yīng)器適用于快速及中速反應(yīng)?，F(xiàn)在是12頁\一共有62頁\編輯于星期四膜式反應(yīng)器現(xiàn)在是13頁\一共有62頁\編輯于星期四膜反應(yīng)器特點(diǎn)：a.通常借助管內(nèi)的流動(dòng)液膜進(jìn)行氣液反應(yīng)，管外使用載熱流體導(dǎo)入或?qū)С龇磻?yīng)熱。b.降膜反應(yīng)器還具有壓降小和無軸向返混的優(yōu)點(diǎn)。c.由于降膜反應(yīng)器中液體停留時(shí)間很短，d.降膜管的安裝垂直度要求較高，液體成膜和均勻分布是降膜反應(yīng)器的關(guān)鍵，工程使用時(shí)必須注意。應(yīng)用：降膜反應(yīng)器可用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，它特別適用于較大熱效應(yīng)的氣液反應(yīng)過程；不適用于慢反應(yīng)；也不適用于處理含固體物質(zhì)或能析出固體物質(zhì)及粘性很大的液體?，F(xiàn)在是14頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁\一共有62頁\編輯于星期四噴霧塔反應(yīng)器

特點(diǎn)：a.液體以細(xì)小液滴的方式分散于氣體中，氣體為連續(xù)相，液體為分散相，b.具有相接觸面積大和氣相壓降小等優(yōu)點(diǎn)。c.具有持液量小和液側(cè)傳質(zhì)系數(shù)過小，氣相和液相返混較為嚴(yán)重的缺點(diǎn)。應(yīng)用：適用于瞬間、界面和快速反應(yīng)，也適用于生成固體的反應(yīng)?，F(xiàn)在是16頁\一共有62頁\編輯于星期四攪拌釜式反應(yīng)器現(xiàn)在是17頁\一共有62頁\編輯于星期四攪拌鼓泡釜式反應(yīng)器

特點(diǎn)：a.反應(yīng)器內(nèi)氣體能較好地分散成細(xì)小的氣泡，增大氣液接觸面積。b.反應(yīng)器內(nèi)液體流動(dòng)接近全混流，同時(shí)能耗較高。應(yīng)用：攪拌釜式反應(yīng)器適用于慢反應(yīng)?，F(xiàn)在是18頁\一共有62頁\編輯于星期四氣液相反應(yīng)器的選型若是傳質(zhì)控制應(yīng)選擇氣液接觸面積大、持液量較小的反應(yīng)器；若是化學(xué)反應(yīng)控制則應(yīng)選擇持液量大的反應(yīng)器；反應(yīng)極快熱效應(yīng)又很大，對(duì)傳熱的要求高時(shí)刻選擇膜式塔；當(dāng)液體的處理量大、反應(yīng)較慢、換熱要求較高時(shí)刻選用鼓泡塔 ；當(dāng)有懸浮固體催化劑顆粒時(shí)可選用攪拌釜式反應(yīng)器，此時(shí)為氣液固三相，稱做於漿反應(yīng)器現(xiàn)在是19頁\一共有62頁\編輯于星期四用于化學(xué)吸收時(shí)可選用填料塔和噴霧塔，這種場合氣體濃度比較低，對(duì)處理后尾氣要求不嚴(yán)格；當(dāng)用于生產(chǎn)化學(xué)品時(shí)，反應(yīng)若極快（瞬時(shí)反應(yīng)），由傳質(zhì)控制，可選用填料塔和噴霧塔，它們的相界面積大、持液量低；對(duì)快反應(yīng)和中速反應(yīng)可選用板式塔和鼓泡塔，這兩種反應(yīng)器的持液量都比較大；現(xiàn)在是20頁\一共有62頁\編輯于星期四鼓泡塔反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)簡單鼓泡塔1-塔體；2-夾套；3-氣體分布器；4-塔體；5-擋板；6-塔外換熱器；7-液體捕集器；8-擴(kuò)大段現(xiàn)在是21頁\一共有62頁\編輯于星期四1、塔體：2、氣體分布器：使氣體分布均勻，強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)。是氣液相鼓泡塔的關(guān)鍵設(shè)備之一。型式：多孔板噴嘴多孔管等現(xiàn)在是22頁\一共有62頁\編輯于星期四3、換熱裝置：夾套式：熱效應(yīng)不大時(shí)。蛇管式：熱效應(yīng)較大時(shí)。外循環(huán)換熱式：熱效應(yīng)較大時(shí)。4、水平多孔隔板：提高氣體分散度，減少液體縱向循環(huán)?，F(xiàn)在是23頁\一共有62頁\編輯于星期四氣體升液式鼓泡塔1-筒體；2-氣升管；3-氣體分布器現(xiàn)在是24頁\一共有62頁\編輯于星期四塔內(nèi)裝有氣升管，引起液體形成有規(guī)則的循環(huán)流動(dòng)，可以強(qiáng)化反應(yīng)器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮。特點(diǎn)：在這種鼓泡塔中氣流的攪動(dòng)比簡單鼓泡塔激烈得多?，F(xiàn)在是25頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是26頁\一共有62頁\編輯于星期四填料塔填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)填料的類型填料塔的內(nèi)件現(xiàn)在是27頁\一共有62頁\編輯于星期四填料塔的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

1.填料塔的結(jié)構(gòu)填料層：提供氣液接觸的場所。液體分布器：均勻分布液體，以避免發(fā)生溝流現(xiàn)象。液體再分布器：避免壁流現(xiàn)象發(fā)生。支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分布。除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。現(xiàn)在是28頁\一共有62頁\編輯于星期四壁流：當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)的后果：造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。解決辦法：當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置?，F(xiàn)在是29頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是30頁\一共有62頁\編輯于星期四填料塔結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)在是31頁\一共有62頁\編輯于星期四氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相?，F(xiàn)在是32頁\一共有62頁\編輯于星期四填料作用提供氣液接觸面積；強(qiáng)化氣體湍動(dòng)，降低氣相傳質(zhì)阻力；更新液膜表面，降低液相傳質(zhì)阻力?，F(xiàn)在是33頁\一共有62頁\編輯于星期四填料的類型1填料（packings）的類型1).分類按填料形狀分：網(wǎng)體填料實(shí)體填料按填料的裝填方式分：散裝填料規(guī)整填料現(xiàn)在是34頁\一共有62頁\編輯于星期四按材質(zhì)分：金屬填料塑料填料陶瓷填料石墨填料現(xiàn)在是35頁\一共有62頁\編輯于星期四2).常用的幾種填料①拉西環(huán)(Raschingring)：拉西環(huán)是工業(yè)上最早使用的一種填料，為外徑與高度相等的圓環(huán)，通常由陶瓷或金屬材料制成。拉西環(huán)環(huán)現(xiàn)在是36頁\一共有62頁\編輯于星期四拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但堆積時(shí)相鄰環(huán)間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因而存在嚴(yán)重的向壁偏流和溝流現(xiàn)象，致使傳質(zhì)效率低。而且流動(dòng)阻力大，操作范圍小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西環(huán)。

現(xiàn)在是37頁\一共有62頁\編輯于星期四拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但堆積時(shí)相鄰環(huán)間易形成線接觸，填料層的均勻性差，因而存在嚴(yán)重的向壁偏流和溝流現(xiàn)象，致使傳質(zhì)效率低。而且流動(dòng)阻力大，操作范圍小。其改善方面有θ形、十字格形的拉西環(huán)。

現(xiàn)在是38頁\一共有62頁\編輯于星期四②鮑爾環(huán)(pallring)：鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的壁上開一層或兩層長方形窗口，窗孔的母材兩層交錯(cuò)地彎向環(huán)中心對(duì)接。這種結(jié)構(gòu)使填料層內(nèi)氣、液分布性能大為改善，尤其是環(huán)的內(nèi)表面得到充分利用。現(xiàn)在是39頁\一共有62頁\編輯于星期四與同樣尺寸的拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣液通量可提高50%，而壓降僅為其一半，分離效果也得到提高。其改進(jìn)為階梯形鮑爾環(huán)，圓筒部分的一端制成喇叭口形狀。這樣填料間呈現(xiàn)點(diǎn)接觸，床層均勻且空隙率大，與鮑爾環(huán)相比氣體阻力減少25%，生產(chǎn)能力提高10%。

現(xiàn)在是40頁\一共有62頁\編輯于星期四③階梯環(huán)：鮑爾環(huán)基礎(chǔ)上改造得出的。環(huán)壁上開有窗孔，其高度為直徑的一半。由于高徑比的減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了阻力。現(xiàn)在是41頁\一共有62頁\編輯于星期四喇叭口一邊，不僅增加機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間為點(diǎn)接觸，有利于液膜的匯集與更新，提高了傳質(zhì)效率。目前所使用的環(huán)型填料中最為優(yōu)良的一種?，F(xiàn)在是42頁\一共有62頁\編輯于星期四④弧鞍型(berlsaddle)

：表面全部敞口，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流動(dòng)呈弧形，氣體阻力小。但兩面對(duì)稱有重疊現(xiàn)象，容易產(chǎn)生溝流。強(qiáng)度差，易破碎。應(yīng)用較少?，F(xiàn)在是43頁\一共有62頁\編輯于星期四⑤矩鞍型(intoloxsaddle)：矩鞍形填料結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，堆積時(shí)不重疊，均勻性更高。該填料氣流阻力小，處理能力大，性能雖不如鮑爾環(huán)好，但構(gòu)造簡單，是一種性能優(yōu)良的填料。

現(xiàn)在是44頁\一共有62頁\編輯于星期四⑥環(huán)矩鞍(Intalox)：兼具環(huán)型、鞍型填料的優(yōu)點(diǎn)。敞開的側(cè)壁有利于氣體和液體通過，減少了填料層內(nèi)滯液死區(qū)。填料層內(nèi)流體孔道增多，使氣液分布更加均勻，傳質(zhì)效率得以提高。一般采用金屬材質(zhì)，機(jī)械強(qiáng)度高?，F(xiàn)在是45頁\一共有62頁\編輯于星期四⑦球型：球體為空心，氣體和液體從其內(nèi)部經(jīng)過。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，故氣液分散性能好。常采用塑料材質(zhì)。一般用于特定場合，工程上應(yīng)用較少?，F(xiàn)在是46頁\一共有62頁\編輯于星期四⑧格柵填料：以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成，其結(jié)構(gòu)隨條狀單元體的形式和組合規(guī)則而變，具有多種結(jié)構(gòu)形式。特點(diǎn)是比表面積較低，主要用于低壓降、大負(fù)荷、防堵的場合。木格柵填料格里奇格柵填料現(xiàn)在是47頁\一共有62頁\編輯于星期四⑨波紋填料：波紋填料是由許多層波紋薄片組成，各片高度相同但長短不等，搭配組合成圓盤狀，填料波紋與水平方向成45°傾角，相鄰兩片反向重疊使其波紋互相垂直。圓盤填料塊水平放入塔內(nèi)，相鄰兩圓盤的波紋薄片方向互成90°角。金屬絲網(wǎng)波紋填料金屬孔板波紋填料現(xiàn)在是48頁\一共有62頁\編輯于星期四波紋填料因波紋薄片的材料與形狀不同分成板波紋填料和網(wǎng)波紋填料。板波紋填料可由陶瓷、塑料、金屬、玻璃鋼等材料制成。填料的空隙率大，阻力小，流體通量大、效率高，而且制造方便、價(jià)格低，正向通用化、大型化方向發(fā)展。

現(xiàn)在是49頁\一共有62頁\編輯于星期四

填料塔的內(nèi)件1.填料支承裝置：主要用途是支承塔內(nèi)的填料，同時(shí)又能保證氣液兩相順利通過。若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先在填料支承裝置上發(fā)生?，F(xiàn)在是50頁\一共有62頁\編輯于星期四對(duì)填料支承裝置的要求：對(duì)于普通填料，支承裝置的自由截面積應(yīng)不低于全塔面積的50%，并且要大于填料層的自由截面積；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、剛度；結(jié)構(gòu)要合理，利于氣液兩相均勻分布，阻力小，便于拆裝。

現(xiàn)在是51頁\一共有62頁\編輯于星期四現(xiàn)在是52頁\一共有62頁\編輯于星期四2.填料壓緊裝置作用：保持填料層為一高度固定的床層，從而保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，防止在高壓降、瞬時(shí)負(fù)荷波動(dòng)等情況下，填料層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)。填料壓板。自由放置于填料上端，靠自身重量將填料壓緊。適用于陶瓷、石墨材質(zhì)的散裝填料。床層限制板：固定在填料上端?，F(xiàn)在是53頁\一共有62頁\編輯于星期四3.液體分布裝置使液體在塔頂?shù)某跏挤植柬毦鶆颉，F(xiàn)在是54頁\一共有62頁\編輯于星期四4.液體收集及再分布裝置作用是減小壁流現(xiàn)象。在填料層內(nèi)每隔一定高度設(shè)置液體再分布裝置?，F(xiàn)在是55頁\一共有62頁\編輯于星期四5.除沫裝置主要用途：除去出口氣流中的液滴。

現(xiàn)在是56頁\一共有62頁\編輯于星期四填料塔適用于：塔徑小；真空操作；易起泡；腐蝕性物系；熱敏性物系現(xiàn)在是57頁\一共有62頁\編輯于星期四氣液相反應(yīng)器的選型能在較少液體流率下操作為了得到較高的液相轉(zhuǎn)化率，液體流率一般較低，此時(shí)可選用鼓泡塔、攪拌釜和板式塔反應(yīng)器，但不宜選用填料塔、降膜塔和噴射型反應(yīng)器。例如，當(dāng)噴淋密度低于3m3/(m2·h)時(shí)