《化学反应过程与设备》课件-项目七 塔式反应器操作与控制

化学反应过程与设备项目七塔式反应器操作与控制任务1认识气液相反应器1、釜式反应器的基本结构气液相反应过程特点1

是指一个反应物在气相，另一个反应物在液相，

气液相反应物需进入液相才能反应或两个反应物都在气相，但需进入液相与液相催化剂接触才能反应。化学反应可以发生在气-液界面上，也可以发生在液相主体中。（1）气相通常是反应物；（2）液相可能是反应物、催化剂、或者既是反应物又是催化剂。一、气液相反应过程特点1.气液相反应过程2.气液相反应体系特点相同点：都是研究传质与化学反应之间的关系。不同点：（1）化学吸收研究如何用化学反应去强化传质，以求经济、合理地从气体中吸收某些有用组分，即着眼于传质，也称为化学反应的传质。（2）气液相反应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，故称为气液相反应。一、气液相反应过程特点2.化学吸收和气液相反应的区别（1）气体的净化和分离；（2）生产化工产品（加氢、磺化、卤化、氧化）；（3）废气及废水的处理；（4）好气性微生物的发酵过程；一、气液相反应过程特点3.气液相反应的工业应用工业反应工业应用举例有机物氧化链状烷烃氧化成酸；对二甲苯氧化生产对苯二甲酸；环已烷氧化生产环已酮；乙醛氧化生产醋酸；乙烯氧化生产乙醛有机物氯化苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯；乙烯氯化有机物加氢烯烃加氢；脂肪酸酯加氢其他有机反应甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；醇被三氧化硫硫酸盐化；烯烃在有机溶剂中聚合酸性气体的吸收SO3被硫酸所吸收；NO2被稀硝酸所吸收；CO2和H2S被碱性溶液所吸收一、气液相反应过程特点1、釜式反应器的基本结构气液相反应器类型21.气液相反应器按气液相接触形态可分为：气体以气泡形态分散在液相中（鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器）液体以液滴状分散在气相中（喷雾、喷射和文氏反应器）液体以膜状运动与气相进行接触（填料塔反应器和降膜反应器）二、气液相反应器类型二、气液相反应器类型2.按照结构类型分：特点:a.板式塔反应器中的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；b.能在单塔中直接获得极高的液相转化率；c.板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷却或加热元件，以适应维持所需温度的要求；d.但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较小等缺点。应用：板式塔反应器适用于快速及中速反应。二、气液相反应器类型板式塔反应器特点：a.通常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。b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。c.由于降膜反应器中液体停留时间很短，不适用于慢反应，也不适应处理含有固体物质或能析出固体物质及黏性很大的液体。d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。应用：降膜反应器可用于瞬间、界面和快速反应，它特别适用于较大热效应的气液反应过程；不适用于慢反应；也不适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。二、气液相反应器类型降膜反应器特点：a.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，b.具有相接触面积大和气相压降小等优点。c.具有持液量小和液侧传质系数过小，气相和液相返混较为严重的缺点。应用：适用于瞬间、界面和快速反应，也适用于生成固体的反应。二、气液相反应器类型喷雾塔反应器特点：a.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。b.反应器内液体流动接近全混流，同时能耗较高。应用：搅拌釜式反应器适用于慢反应。二、气液相反应器类型搅拌鼓泡釜式反应器特点：a.喷射、文氏反应器属于高速湍动接触设备；b.反应速率高。适用于瞬间反应。二、气液相反应器类型高速湍动反应器（1）具备较高的生产能力；（2）有利于反应选择性的提高；（3）有利于降低能耗；（4）有利于反应温度的控制；（5）在较小液体流速下操作。二、气液相反应器类型1.气液相反应器选择考虑的因素（1）若是传质控制应选择气液接触面积大、持液量较小的反应器；（2）若是化学反应控制则应选择持液量大的反应器；（3）反应极快热效应又很大，对传热的要求高时刻选择膜式塔；（4）当液体的处理量大、反应较慢、换热要求较高时刻选用鼓泡塔；（5）当有悬浮固体催化剂颗粒时可选用搅拌釜式反应器，此时为气液固三相，称做於浆反应器。二、气液相反应器类型2.具体应用实例一、气液相反应过程特点二、气液相反应器类型总结化学反应过程与设备项目七塔式反应器操作与控制任务2认识鼓泡塔反应器1、釜式反应器的基本结构鼓泡塔反应器分类与应用1工艺流程1.定义：气体以鼓泡形式通过催化剂液层进行化学反应的塔式反应器，称作鼓泡式反应器，简称鼓泡塔。2.结构：塔内是盛液体的空心圆筒，底部装有气体分布器，壳外装有夹套或其他型式换热器或设有扩大断、液滴捕集器等。3.分类：空心式、多段式、气体式和液体喷射式。一、鼓泡塔反应器分类与应用一、鼓泡塔反应器分类与应用一、鼓泡塔反应器分类与应用1、釜式反应器的基本结构鼓泡塔反应器结构2使气体均匀地分布在液层中。分布器鼓气管端的直径大小，要使鼓出来的气体泡小，使液相层中含气率增加，液层内搅动激烈，有利于气液相传质过程。二、鼓泡塔反应器结构1.塔底部的气体分布器主要是气液鼓泡层，是反应物进行化学反应和物质传递的气液层。如果需要加热或冷却时，可在简体外部加上夹套，或在气液层中加上蛇管均可。塔顶的扩大部分，内装液滴捕集装置，以分离从塔顶出来气体中夹带的液滴，达到净化气体和回收反应液的作用。二、鼓泡塔反应器结构2.塔筒体部分3.塔顶的气液分离器1、釜式反应器的基本结构鼓泡塔反应器中的流动特性3当表观气速低于0.05m/s时，常处于此种安静鼓泡区域，此时，气泡呈分散状态，气泡大小均匀，进行有秩序的鼓泡，目测液体搅动微弱。在较高的表观气速下，安静鼓泡状态不再能维持。此时部分气泡凝聚成大气泡，塔内气液剧烈无定向搅动，呈现极大的液相返混。气体以大气泡和小气泡两种形态与液体相接触，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，形成不均匀接触的状态，称为湍流鼓池区。在小直径气泡塔中，较高表观气速下会出现栓塞气泡流动状态。这是由于大气泡直径被鼓泡塔的器壁所限制，实验观察到栓塞气泡流发生在小直径直至0.15m直径的鼓泡塔中。三、鼓泡塔反应器中的流动特性安静鼓泡区湍流鼓泡区栓塞气泡流动区三、鼓泡塔反应器中的流动特性1、釜式反应器的基本结构鼓泡塔反应器的优缺点4优点气体以小的气泡形式均匀分布，连续不断地通过气液反应层，保证了气、液接触面，使气、液充分混合，反应良好。结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低。鼓泡塔反应器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。

在塔的内、外都可以安装换热装置。和填料塔相比较，鼓泡塔能处理悬浮液体。四、鼓泡塔反应器的优缺点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。鼓泡塔反应器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-连续反应器中达到较高的液相转化率。鼓泡塔反应器在鼓泡时所耗压降较大四、鼓泡塔反应器的优缺点鼓泡塔反应器广泛应用于各种气液相反应，例如：1.有机化合物的氧化反应：如乙烯氧化生成醛、乙醛氧化生成乙酸或乙酸酐、环己醇氧化生成己二酸、环己烷氧化生成环己醇和环己酮等。2.石蜡和芳烃的氯化反应。3.生物化学反应：如乙醇发酵、单细胞蛋白发酵等。4.污水处理曝气氧化。5.氨水碳化生产固体碳酸氢铵反应。四、鼓泡塔反应器的优缺点工业生产中的应用实例一、鼓泡塔反应器分类与应用二、鼓泡塔反应器结构三、鼓泡塔反应器中流动特性四、鼓泡塔反应器的优缺点总结化学反应过程与设备项目七塔式反应器操作与控制任务3

认识填料塔反应器1、釜式反应器的基本结构填料塔反应器应用1工艺流程1.定义：是一种气液传质设备，通过在塔内填充特定的填料，增加气液两相的接触面积和接触时间，从而实现物质传递和能量传递。2.工作原理：气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。3.应用：由于液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜与气相进行接触，故液相主体量较少，适用于瞬间反应、快速反应和中速反应。如催化热碱吸收CO2,水吸收氯化氢生产盐酸。一、填料塔反应器应用1、釜式反应器的基本结构填料塔反应器特点21.优点：（1）

传质效率高：填料提供了大量的表面积，增加了气液两相的接触机会，从而提高了传质效率。（2）适应性强：适用于多种气液传质过程，如吸收、解吸、蒸馏和萃取等。（3）结构简单：相对简单，易于制造、安装和维修。（4）

耐腐蚀：填料塔反应器适应各种腐蚀介质，且不易造成溶液起泡。2.缺点：（1）持液量小：填料塔反应器的持液量相对较小，可能不适用于需要大量液体参与的反应。（2）

传热性能差：当反应热较高时，填料塔反应器较难从塔体中直接移去热量，需要增加液体喷淋量带出热量。（3）

易堵塞：填料易为固体颗粒堵塞，在气相或液相中含有悬浮杂质或会生成固体产物时不宜使用。二、填料塔反应器的特点1、釜式反应器的基本结构填料塔反应器结构3（1）塔体（2）塔体支座（3）人孔（4）手孔（5）塔内件三、填料塔反应器结构1.结构填料塔结构图

（1）填料层：提供气液接触