鼓泡塔反应器的操作与控制-鼓泡塔反应器的选型

任务0501:选择10万吨/年乙醛氧化制乙酸反应工艺方案Typeselectionofreactortoproduce10wt/a

aceticacidbyOxidationofacetaldehyde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

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+N2)=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：

选择10万吨/年乙醛氧化制乙酸反应工艺方案

任务引入：任务点及其要求0501－乙醛氧化制乙酸生产工艺选择能够简单描述乙酸工业生产方法，并加以评价0501－2物料的性质能简单描述产品、原料、催化剂的性质0501－3生产工艺流程画出生产工艺流程简图并加以叙述0501－4气液相反应及宏观动力学能够叙述气液相反应种类、反应历程及宏观动力学特征0501－5气液相反应器的种类及其特点能说出常见的气液相反应器种类、特点及选用原则0501－6乙醛氧化反应器选型分析能够根据工艺要求合理分析选择乙醛氧化反应器型式0501－7乙醛氧化反应器的各部分结构及其作用能够画出乙醛氧化反应器的结构示意图并说明各部分的作用二、乙醛氧化法的反应原理CH3CHO+O2→CH3COOOH

CH3COOOH+CH3CHO→2CH3COOH

0501－1乙酸工业生产方法一、乙酸工业生产方法1、乙醛氧化法2、甲醇羰基化法3、丁烷氧化法4、乙醇氧化法

要点：通过查资料，了解以下物料的理化性质

1、乙酸

2、乙醛

3、过氧乙酸

4、醋酸锰（催化剂）0501－2物料的性质

0501－3乙醛氧化制乙酸生产工艺流程

气液相反应：气液相反应是指气体在液体中进行的化学反应。气体反应物可能是一种或多种，液体可能是反应物，或者只是催化剂的载体。气液相反应与化学吸收，既有相同点，又有不同之处。它侧重于研究传质过程如何影响化学反应的转化率、选择性及宏观速率，以求经济、合理地利用气体原料生产化学产品，即着眼于化学反应。0501－4气液相反应及宏观动力学气液相反应的工业应用

广泛应用于加氢、磺化、卤化、氧化等化学加工过程。此外，气体产品的净化过程和废气及污水的处理过程，以及好气性微生物发酵过程均应用气液相反应过程。气液相反应宏观动力学气相组分A与液相组分B之间的反应历程：（1）气相组分A从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡；（2）气相组分A从气液相界面扩散入液相，并且在液相内进行化学反应；（3）液相内的反应产物向浓度梯度下降的方向扩散，气相产物则向界面扩散；（4）气相产物向气相主体扩散。

气液相实际表现出来的反应速率是包括这些传递过程在内的综合反应速率，即宏观动力学。传递速率＞＞化学反应速率：动力学控制（又称快反应）；化学反应速率很快：扩散控制（又称慢反应）；化学反应速率和传递速率相近时，则二者均对过程速率有显著的影响（中速反应）。宏观动力学特征不同，适宜的气液反应设备也不相同。0501－5气液相反应器的种类及特点

(a)

(b)(c)

(d)

(e)

(f)

(g)(a)填料塔反应器；（b）板式塔反应器；（c）降膜反应器；（d）喷雾塔反应器；（e）鼓泡塔反应器；（f）搅拌鼓泡釜式反应器；（g）喷射或文氏反应器

填料塔反应器液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而与气相接触进行反应。液相主体量较少，气体压降很小，液体返混极小。适用于瞬间、界面和快速反应，广泛应用于气体吸收，也可用作气液相反应器。板式塔反应器液体是连续相而气体是分散相，借助于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化学反应。气液传质系数较大，但压降较大和传质表面较小。适用于快速及中速反应。降膜反应器借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热。具有传热面积大、压降小和无轴向返混的优点。可用于瞬间、界面和快速反应，特别适用于较大热效应的气液反应过程；不适用于慢反应及用于处理含固体物质或能析出固体物质及粘性很大的液体。喷雾塔反应器液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体为连续相，液体为分散相。具有相接触面积大和气相压降小等优点。但持液量小和液侧传质系数过小，气相和液相返混较为严重。适用于瞬间、界面和快速反应，也适用于生成固体的反应。鼓泡塔反应器1、分类及应用按其结构可分为：空心式、多段式、气提式和液体喷射式。2、鼓泡塔反应器的结构塔底部的气体分布器；塔筒体部分；塔顶部的气液分离器3、鼓泡塔反应器的特点（1）优点气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断的通过气液反应层，保证了气液接触面，使气液充分混合反应良好。在塔的内、外都可以安装换热装置。具有极高的储液量和相际接触面积，传质和传热效率较高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况。和填料塔相比较，鼓泡塔能处理悬浮液体。结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。

（2）鼓泡塔的缺点为了保证气体沿截面的均匀分布，鼓泡塔的直径不宜过大，一般在2～3m以内。液相轴向返混很严重，在不太大的高径比情况下，可认为液相处于理想混合状态，因此较难在单一连续反应器中达到较高的液相转化率。反应器在鼓泡时压降较大。搅拌鼓泡釜式反应器在机械搅拌的作用下反应器内气体能较好地分散成细小的气泡，增大气液接触面积。传质效率高，但液体流动接近全混流，同时能耗较高。适用于慢反应，尤其对高粘性的非牛顿型液体更为适用。高速湍动反应器如喷射反应器、文氏反应器等。由于湍动的影响，加速了气膜传递过程的速率，因而获得很高的反应速率。适用于瞬间反应。表常用气液相反应器的特性参数

型式反应器液含率低持液量填料塔12001000.08板式塔10001500.15喷淋塔1200600.05高存液量鼓泡塔20200.98搅拌釜2002000.90气液相反应器的选用原则选型时一般应考虑以下因素：1、具备较高的生产能力2、有利于反应选择性的提高3、有利于降低能量消耗4、有利于反应温度的控制5、能在较少液体流率下操作动力学控制时，应考虑选用鼓泡塔反应速率极快可以选用填料塔和喷雾塔0501－6乙醛氧化反应器选型分析