鼓泡塔反應(yīng)器

學(xué)號(hào):信潺阡茹孝總學(xué)年論文學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 年 級(jí) 2012級(jí) 姓 名 題目 鼓泡塔反應(yīng)器的發(fā)展 成 績(jī) 2015年6月15日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應(yīng)器 1\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu) 1\o"CurrentDocument"2.1鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn) 1\o"CurrentDocument"2.2鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 22.2.1簡(jiǎn)單鼓泡塔反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu) 22.2.2最佳空塔氣速應(yīng)滿足的兩個(gè)條件 2\o"CurrentDocument"2.3影響傳質(zhì)的因素 2\o"CurrentDocument"鼓泡塔的優(yōu)缺點(diǎn) 2\o"CurrentDocument"3.1優(yōu)點(diǎn) 2\o"CurrentDocument"3.2缺點(diǎn) 3\o"CurrentDocument"鼓泡塔的分類 3\o"CurrentDocument"鼓泡塔反應(yīng)器的歷史發(fā)展及應(yīng)用 4\o"CurrentDocument"5.1歷史發(fā)展 4\o"CurrentDocument"5.2應(yīng)用 5\o"CurrentDocument"結(jié)語(yǔ) 5\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 5鼓泡塔反應(yīng)器的發(fā)展摘要：本文通過(guò)對(duì)鼓泡塔反應(yīng)器以及對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行的論述，使能夠更容易的對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行研究，達(dá)到推動(dòng)反應(yīng)器發(fā)展的目的。關(guān)鍵詞：鼓泡塔、反應(yīng)器、發(fā)展Abstract:Inthispaper,thereactoranditsdevelopmentprospectsofbubblecolumnreactorarediscussed,whichmakeiteasiertostudythereactor,andachievethepurposeofpromotingthedevelopmentofthereactor.Keywords:Bubblecolumn、Reactor、Development前言鼓泡塔反應(yīng)器廣泛用于發(fā)酵、生物化學(xué)、制藥以及有機(jī)化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過(guò)程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應(yīng)器。所以，鼓泡塔反應(yīng)器的使用廣泛，應(yīng)該加以深入研究。鼓泡塔反應(yīng)器氣體鼓泡通過(guò)含有反應(yīng)物或催化劑的液層，以液相為連續(xù)相，氣相為分散相來(lái)實(shí)現(xiàn)氣液相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器［1］。有槽型鼓泡反應(yīng)器、鼓泡管式反應(yīng)器、鼓泡塔等多種結(jié)構(gòu)型式，其中鼓泡塔應(yīng)用最廣。鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)2.1鼓泡塔反應(yīng)器的特點(diǎn)液體分批加入，氣體連續(xù)通入的稱為半連續(xù)操作鼓泡塔。連續(xù)操作的鼓泡塔氣體和液體連續(xù)加入，流動(dòng)方向可以為向上并流或逆流。鼓泡塔多為空塔，一般在塔內(nèi)設(shè)有擋板，以減少液體返混；為加強(qiáng)液體循環(huán)和傳遞反應(yīng)熱，可設(shè)外循環(huán)管和塔外換熱器⑵。鼓泡塔中也可設(shè)置填料來(lái)增加氣液接觸面積減少返混。氣體一般由環(huán)形氣體分散器、單孔噴嘴、多孔板等分散后通入。塔內(nèi)充滿液體，氣體從反應(yīng)器底部通入，分散成氣泡沿著液體上升，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。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)。（6） 鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易控制、易維修、防腐問(wèn)題易解決，用于高壓時(shí)也無(wú)困難。（7） 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。（8） 儲(chǔ)液量大，適于速度慢和熱效應(yīng)大的反應(yīng)。液相軸向返混嚴(yán)重，連續(xù)操作型反應(yīng)速率明顯下降。在單一反應(yīng)器中，很難達(dá)到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級(jí)彭泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式［3］。2.2鼓泡塔反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)2.2.1簡(jiǎn)單鼓泡塔基本結(jié)構(gòu)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⑷（其中①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。②型式分為多孔板噴嘴、多孔管等。③換熱裝置分為夾套式：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)。）主要由塔體和氣體分布器組成。塔體可安裝夾套或其它型式換熱器或設(shè)有擴(kuò)大段、液滴捕集器等；塔內(nèi)液體層中可放置填料；塔內(nèi)可安置水平多孔隔板以提高氣體分散程度和減少液體返混。塔內(nèi)液相可近似視為理想混合流型，氣相可近似視為理想置換流型。2.2.2最佳空塔氣速應(yīng)滿足的兩個(gè)條件（1） 保證反應(yīng)過(guò)程的最佳選擇性；（2） 保證反應(yīng)器體積最小。2.3影響傳質(zhì)的因素當(dāng)氣體空塔氣速低于0.05m/s時(shí)，氣體分布器的結(jié)構(gòu)就決定了氣體的分散狀況、氣泡的大小，進(jìn)而決定了氣含率和液相傳質(zhì)系數(shù)的大小。當(dāng)氣體空塔氣速大于0.1m/s時(shí)，氣體分布器的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)緊要。此時(shí)的氣泡是靠氣流與液體間的沖擊和摩擦而形成，氣泡大小及其分布狀況主要取決于氣體空塔氣速⑸。鼓泡塔的優(yōu)缺點(diǎn)3.1優(yōu)點(diǎn)鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易控制、易維修、防腐問(wèn)題易解決，用于高壓時(shí)也無(wú)困難。3.2缺點(diǎn)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。鼓泡塔的分類工業(yè)所遇到的鼓泡塔反應(yīng)器，按其結(jié)構(gòu)可分為空心式、多段式、氣體提升式和液體噴射式。圖1 圖2 圖3空心式鼓泡塔（見(jiàn)圖1）在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。這類反應(yīng)器最適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)或伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。若熱效應(yīng)較大時(shí)，可在塔內(nèi)或塔外裝備熱交換單元（見(jiàn)圖2）。（1） 圖1空心式鼓泡塔1—塔體；2一夾套；3一氣體分布器（2） 圖2具有塔內(nèi)熱交換單元的鼓泡塔為克服鼓泡塔中的液相返混現(xiàn)象，當(dāng)高徑比較大時(shí)，常采用多段鼓泡塔，以提高反應(yīng)效果（見(jiàn)圖3）。（3） 圖3多段式氣液鼓泡塔當(dāng)高粘性物系，例如生化工程的發(fā)酵、環(huán)境工程中活性污泥的處理、有機(jī)化工中催化加氫（含固體催化劑）等情況，常用氣體提升式鼓泡反應(yīng)器或液體噴射式鼓泡反應(yīng)器。此種利用氣體提升和液體噴射形成有規(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。此類又統(tǒng)稱為環(huán)流式鼓泡反應(yīng)器。它具有徑向氣液流動(dòng)速度均勻、軸向彌散系數(shù)較低，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)較大，液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)[7]

氣體升液式鼓泡塔如右圖1-筒體；2-氣升管；3-氣體分布器塔內(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(jiǎn)單鼓泡塔激烈得多。簡(jiǎn)單鼓泡塔中氣體空塔速度不超過(guò)1m/s，氣體升液式鼓泡塔中氣升鼓泡管內(nèi)氣體空管速度可高達(dá)2m/s，換算至全塔截面的空塔氣速可達(dá)1m/s，其液體循環(huán)速度可達(dá)12m/s［8］。鼓泡塔反應(yīng)器的歷史發(fā)展及應(yīng)用5.1歷史發(fā)展自1971年來(lái)，千代田開(kāi)發(fā)出了第一個(gè)脫硫工藝，千代田公司繼續(xù)改進(jìn)和發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，于1976年開(kāi)發(fā)出了更為先進(jìn)的工藝，這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)將二氧化硫的吸收，氧化，中和，結(jié)晶以及除塵等幾個(gè)必不可少的工藝過(guò)程合并到一個(gè)單獨(dú)的氣相-液相-固相反應(yīng)器中進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)器就叫做鼓泡式反應(yīng)器(JBR)。20世紀(jì)70年代以后，有關(guān)鼓泡塔的研究日益活躍，除標(biāo)準(zhǔn)型鼓泡塔外，又開(kāi)發(fā)了各種各樣的改型鼓泡塔(射流噴射型、氣液下流型、雙管式、多段式、填充式等)和懸濁鼓泡塔等。2010年，漿態(tài)床鼓泡反應(yīng)器是一種氣液固多相反應(yīng)器，發(fā)展至今，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、持液量大、溫度梯度小、固相能在線加載以及操作成本低等優(yōu)點(diǎn)⑼。2011年應(yīng)用鼓泡塔式反應(yīng)器生產(chǎn)藏紅花素的研究。2012年精對(duì)苯二甲酸(PTA)是合成聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的重要原料，隨著國(guó)內(nèi)聚酯工業(yè)的高速發(fā)展，PTA產(chǎn)能越來(lái)越大。鼓泡塔式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造成本低，已成功用于規(guī)模化生產(chǎn)的PTA裝置。2014近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)苯二甲酸(PTA)產(chǎn)能的快速增加，單套PTA裝置的生產(chǎn)能力大幅提高。其中，核心設(shè)備對(duì)二甲苯(PX)氧化反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越來(lái)越大，單套反應(yīng)器的生產(chǎn)能力已達(dá)到75萬(wàn)t/a。PX氧化反應(yīng)涉及了氣、液、固三相，在反應(yīng)器內(nèi)，氧化反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱同時(shí)進(jìn)行，在反應(yīng)器生產(chǎn)能力逐步增加的過(guò)程中，帶有水富集段的鼓泡塔式反應(yīng)器得到了很好的放大和應(yīng)用［10］。5.2應(yīng)用鼓泡塔反應(yīng)器廣泛用于發(fā)酵、生物化學(xué)、制藥以及有機(jī)化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過(guò)程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應(yīng)器。結(jié)語(yǔ)綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鼓泡反應(yīng)器的應(yīng)用相對(duì)比較變得也較為廣泛，可以做進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)盧春喜，王祝安.催化裂化硫態(tài)化技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社.2002.陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程[M].北京：化工出版社.1981.第七章.金涌,王章茂.流態(tài)化技術(shù)的理論和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社.2001.InternationalCriticalTables.VolIII.NewYork：McCrawHill,1928.261張成芳.氣液反應(yīng)和反應(yīng)器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1985.時(shí)鈞，汪家鼎，余國(guó)宗，陳敏恒等.化學(xué)工程手冊(cè)第二版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1996.CarberryJJ.ChemicalandCatalysticReactionEngingeering