鼓泡塔反应器计算课件

1、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 Computation of the Process of 10wt/a acetic acid by Oxidation of acetaldehyde reactor 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 第1页，共20页。 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+N

2、2) =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 任务引入： 第2页，共20页。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。0502-3 鼓泡塔反应器的工艺计算 会计算鼓泡塔反应

3、器体积、高度和直径，会应用相关公式进行压力降的计算。 第3页，共20页。第4页，共20页。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：uOG4.56cm/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：4.56uOG8cm/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。 0502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动第5页，共20页。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 uO

4、G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 形状：db1.0cm 垂直上升的菌帽状 条件：2000502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动第6页，共20页。0502-1 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. HGL充气液层高度，m； HL静液层高度，m； 第7页，共20页。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。 第8页，共20页。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

5、气体分布器阻力压降，二是床层静压头的阻力压降。 P=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降 = kpa 式中 C2=0.8 （小孔阻力系数） u0：小孔气速，m/s 鼓泡层密度,kg/m30502-1 鼓泡塔反应器内的流体流动第9页，共20页。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。 第10页，共20页。0502-2 鼓泡塔反应器内的传质与传热 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

6、。 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。1、鼓泡塔反应器内的传质第11页，共20页。2、鼓泡塔的传热Company Logo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694915W/(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第12页，共20页。a.反

7、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 0502-3 鼓泡塔反应器的工艺计算1、鼓泡塔的经验法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 第13页，共20页。 VL: 半连续操作时：VL=VOL(+) 连续操作时：VL=VOL 其中：（-rA）:实测的宏观速度。 第14页，共20页。VG：VR：第15页，共20页。 VE： 当液滴移动速度小于0.0001m/s HE=ED 当D1.2m HE1m D1.2m E=0.75 第16页，共20页。VC： 式中 ：形状系数，球盖： =1 标准椭圆形封头： =2 第17页，共20页。b.反应器直径和高度的计算直径 mUoG - 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。第18页，共20页。高度H H=HR+HE+HC 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。第19页，共20页。2、鼓泡塔反应器的数学