第四章-塔式反应器-

精细化工教研室5/26/2022第四章

塔式反应器精细化工教研室第四章 塔式反应器5/28/2022§4.1概述§4.2填料塔§4.3鼓泡塔精细化工教研室§4.1概述5/28/20224．1．1塔式反应器特点及应用

(1)填料塔结构简单，耐腐蚀，适用于快速和瞬间反应过程，轴向返混可忽略。能获得较大的液相转化率。由于气相流动压降小，降低了操作费用，特别适宜于低压和介质具腐蚀性的操作。但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，其生产能力低于板式塔。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。

(2)板式塔

适于快速和中速反应过程。具有逐板操作的特点，各板上维持相当的液量、以进行气液相反应。由于采用多板，可将轴向返混

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，是强化传质

过程的塔型，因此适用于传质过程控制的化学反应过程。板间可设置

传热构件，以移出和移入热量。但反应器结构复杂，气相流动压降大，且塔板需用耐腐蚀性材料制作，因此大多用于加压操作过程。精细化工教研室4．1．1塔式反应器特点及应用5/28/2022

(3)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。

(4)鼓泡塔储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。掖相袖向返混严重，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，因此常用多级鼓泡塔串联或采用间歇操作方式。精细化工教研室4.1.2附属装置5/28/2022附属装置的设计对反应器的操作和效率有重要的影响。如填料吸收反应器中的物料，气液分布不匀，会严重影响反应吸收效率；支承板设计不合理，会造成局部液泛等；液体喷淋装置影响塔内填料的有效利用，影响液体对气体反应吸收能力的充分发挥和液相转化率的提高等。(1)液体喷淋装置喷淋装置有单管喷洒、莲蓬式喷洒、多孔管喷洒、盘式喷洒等多种型式。其中多孔管分布器见图4.1。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。多孔管喷洒装置的结构简单、质量小，能在大面积上分布均匀。为保证小孔能以同速喷洒液体，在多孔管内，液体流速不能过大，一般在喷洒孔流速的1／2以下。一般小孔直径为3～10mm，每平方米塔截面上布60～100个喷洒孔。盘式喷洒装置的筛孔上保持50～200mm高的液层。精细化工教研室4.1.2附属装置(2)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)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45°的切口以免气体直接冲刷境料层。对大塔，气体入塔向下方做成喇叭形扩口或多孔管气体分布器。(4)除沫器可采用折流板，丝网除雾器。气体通过丝网的最大流速式中K——气体系数（m·s-1）；ρL、ρG——液体、气体密度（kg·m-3）实际操作时流速取0.75～0.80m·s-1。(5)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，防让液体旋涡流动，有利于泡沫浮升破碎和减小液体

对气体的夹带。(6)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。栅条间距为境料外径的0.6～0.8倍，要防止局部阻力过大和液泛。5/28/2022精细化工教研室§4.2填料塔4.2.1物理吸收同理5/28/2022精细化工教研室5/28/2022精细化工教研室4.2.2化学吸收反应式为：A(g)+bB(l)→产品5/28/2022精细化工教研室5/28/2022精细化工教研室§4.3鼓泡塔5/28/2022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及石蜡和芳烃的氯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。按结构特征，鼓泡塔可分为空心式、多段式、气提式三种精细化工教研室其中空心式鼓泡塔最适用于反应在液相主体中进行的缓慢化学反应系统，或伴有大量热效应的反应系统。当热效应较大时，可在塔内或塔外装置热交换单元，使之变为具有热交换单元的鼓泡塔。为避免塔中的液相返混，当高径比较大时，常采用多段式塔借以保证反应效果。为适应气液通量大的要求或减小气泡凝聚以适用于高粘性液体，使气体提升式鼓泡反应器得到应用，它具有均匀的径向气液流动速度，轴向分散系数较低、传热系数较大、液体循环速度可调节等优点。5/28/2022精细化工教研室４.３.１鼓泡塔操作状态5/28/2022鼓泡塔的流动状态可分为三个区域：安静鼓泡区

在该区域内表观气速低于0.05m·s-1，气泡呈现分散状态，大小均匀，进行有秩序的鼓泡，液体搅动微弱，可称为视均相流动区域。湍流鼓泡区该区域表观气速较高，塔内气液剧烈无定向搅动，呈现极大的液相返混。部分气泡凝聚成大气泡，气体以大气泡和小气泡两种形态与液体接触，大气泡上升速度较快，停留时间较短．小气泡上升速度较慢，停留时间较长，因此，形成不均匀接触的流动状态．称为剧烈扰动的湍流鼓泡区，或称为不均匀湍流鼓泡区。栓塞气泡流动区

在d≤0.15m的小直径气泡塔中，在较高表观气速下，由于大气泡直径被器壁所限制，而出现了栓塞气泡流动状态。工业鼓泡塔的操作常处于安静区和湍流区两种流动状态中，一般应保持在均匀流动的安静区才为合理。但当气通量增加时，原有小气泡的一部分发生凝聚，形或大气泡，获得较大的浮升速度，而构成了不均匀流动的湍流区，致使流动

条件由安静区向湍流区转化。此时液体产生较大的循环速度，在塔的中部，液

体随气泡夹带上升、而在近塔壁处，液体则回流向下。精细化工教研室4.3.2

鼓泡塔流体力学

气体在液体中的溶解速率和其分散程度有关，分散程度愈高，溶解速度愈大。分散程度可用气泡的平均直径、气体的滞留量或比表面表示。5/28/2022精细化工教研室4.3.2鼓泡塔流体力学5/28/2022精细化工教研室4.3.2

鼓泡塔流体力学5/28/2022精细化工教研室4.3.2