液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺

液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺
液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺

2005 年12月 The Chinese Journal of Process Engineering Dec. 2005

收稿日期:2004?12?27,修回日期:2005?05?23

作者简介:郭志武(1971?),男,湖南省益阳市人,本科,工程师,化学工艺专业;靳海波,通讯联系人,E-mail: jinhaibo@https://www.360docs.net/doc/011043629.html,.

液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺

郭志武1

, 靳海波1

, 项志军1

, 佟泽民1

, 程立泉2

, 胡镇华

2

(1. 北京石油化工学院化工系,北京 102617;2. 中国石化股份有限公司巴陵分公司,湖南 岳阳 414007)

摘 要:在连续无搅拌鼓泡塔反应器中,以环烷酸钴为催化剂,研究了空气液相氧化环己烷制备环己酮的氧化过程. 考察了空气流速、环己烷停留时间、催化剂浓度、压力及温度对反应效果的影响. 结果表明,在无搅拌鼓泡塔中,采用空气氧化环己烷制备环己酮的适宜操作条件为:反应温度413~423 K ,压力1.2~1.5 MPa ;当空气表观气速为2.5~3.5 cm/s 、环己烷停留时间为30~40 min 时,反应转化率为5%~7%,选择性达到80%~85%. 关键词:鼓泡塔;氧化;环己烷

中图分类号:TQ234 文献标识码:A 文章编号:1009?606X(2005)06?0631?05

1 前 言

环己酮是一种重要的化工原料,广泛应用于合成纤维、合成橡胶、工业涂料、医药、农药、有机溶剂等产品的制备. 由于聚酰胺行业的迅速发展,使国内、国际市场上作为生产己内酰胺原料的环己酮也得到了快速发展. 目前,国内外生产环己酮的主要方法是环己烷氧化法,其中以环己烷的催化氧化最为重要. 对传统催化氧化的改进集中在催化反应和反应工程方面[1,2],主要包括:(1) 寻找合适的催化剂、抑制剂以及相转移试剂和合适的反应条件,提高反应的转化率、选择性和单程收率;(2) 通过对反应器的改进解决工艺中的结渣难题,提高生产的连续性;(3) 反应条件温和化、生产安全化;(4) 控制反应,避免深度氧化和污染环境. 因此,有关环己酮合成的新工艺与新技术的研究开发一直受到学术界和企业的广泛关注.

目前,工业环己烷催化氧化反应大都采用搅拌反应器,如荷兰Sramicarbon 公司的钴盐催化氧化工艺、荷兰DSM 法以及国内采用的环己烷钴盐催化氧化工艺,其目的在于加快含氧气体与环己烷的混合. 由于环己烷的氧化产物环己酮和环己醇比环己烷反应活性高,更容易被氧化,因此,为减少反应混合物的返混而采用多级串联反应器(5~6级最常见),有利于缩短氧化产物的停留时间,可避免反应产物的深度氧化,从而提高目的产物的选择性和收率[3,4]. 一般情况下,此类工艺的反应温度在423 K 左右,压力为0.8~1.2 MPa ,转化率约为4%,环己酮和环己醇总收率为75%~85%[5]. 另外,由于环己烷的催化氧化在高压下进行,搅拌装置不仅增加了过程设备的投资,而且还增加了设备的复杂性、安全性和生

产成本.

本工作目的在于采用不带搅拌装置的立式鼓泡反应器,以多段进气方式来研究环己烷催化氧化制备环己酮反应工艺,考察了空气流量、环己烷平均停留时间、反应压力以及反应温度等操作条件对均相催化氧化反应效果的影响,以期获得一种适宜的环己烷催化反应器形式及反应工艺条件.

2 实 验

2.1 试剂和原料

原料为环己烷,北京化工厂,分析纯;液相氧化反应的催化剂为环烷酸钴,北京化工厂,实验级. 2.2 实验装置

实验装置主要由反应器、进料系统和冷凝回流系统3部分组成,如图1所示. 反应器高1.8 m ,内径Φ 0.06 m ,反应器有效体积约为5 L ,外壁设有加热装置,由几组热电偶和温控仪控制反应器内不同反应区的反应温度. 反应器内部设有与进气管道相连的多管式气体分布器,分布器为26个Φ

1.0 mm 的孔,在管上呈等边三角形排列. 进料系统包括空气进料和环己烷进料两部分,空气经压缩机加压后,通过流量计计量,进入反应器. 环己烷经计量泵、再经预热器加热到反应所需温度后进入反应器. 在反应器上端,氧化产物可以从反应器一侧的溢流管流出,经冷凝器冷却后收集. 冷凝回流系统由冷凝器、气液分离器和回料泵组成. 未反应完的气体、部分环己烷蒸汽以及少部分低沸点氧化产物(主要是水)从反应器顶部引出,经冷凝后,环己烷重新打回到反应器底部继续氧化,反应生成的水和未反应的气体则被移出反应体系.

图1 实验装置图 Fig.1 Experimental setup

工业上采用的催化剂环烷酸钴为均相催化剂,在进入反应器前与环己烷料液进行预混,反应后催化剂随产物带走,不回收. 本研究也采用这一方式. 2.3 试样分析与数据处理 2.3.1 分析方法

反应混合物中的环己基过氧化氢采用碘量法测定,酸和酯通过酸碱滴定法测量,反应混合物中环己烷、酮和醇用内标气相色谱分析方法测定,用工作曲线法计算烷、酮、醇含量. 气相色谱法测定的醇含量减去通过碘量法测定的过氧化物含量即为样品中的醇含量. 2.3.2 数据处理

环己烷转化率X (%)=

(产物摩尔数/环己烷投料摩尔数)×100%.

环己醇选择性S 1(%)=

(生成环己醇摩尔数/环己烷转化摩尔数)×100%.

环己酮选择性S 2(%)=

(生成环己酮摩尔数/环己烷转化摩尔数)×100%.

过氧化物选择性S 3(%)=

(生成过氧化物摩尔数/环己烷转化摩尔数)×100%.

总选择性S =S 1+S 2+S 3.

3 结果与讨论

3.1 空气流量对反应效果的影响

在催化剂浓度2.0×10?6 mol/L 、

反应温度419 K 、压力1.1 MPa 、环己烷平均停留时间75 min 、环己烷和空气采用连续进料方式(空气由底部进料)的条件下,考察了表观空气流速对反应效果的影响,结果如表1所示.

表观空气流速大小可从两个方面影响环己烷的氧化反应效果. 首先,空气流速增加,增加了反应器内单位体积氧含量,即氧浓度增加,有利于提高氧化反应的速率. 研究[3]表明,在环己烷氧化生成环己酮和环己醇阶段,氧的反应级数为1,而环己酮和环己醇进一步氧化的反应级数则大于1,因此氧浓度过高导致副反应加快,对目标反应不利. 有关液相中氧浓度对各氧化反应中间产物的影响还不十分清楚. 本研究发现,增加空气流速可引起产物中过氧化物浓度下降;其次,空气流速还影响反应器内的流体力学行为,空气流速增加将导致液相轴向返混程度的增加,最终导致反应效果的降低.

表1 空气流量对反应效果的影响

Table 1 Effect of air flow on product composition

Product composition (mol%)

Superficial air velocity (cm/s)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%)

1.77 24.4 38.1 21.6 15.9 84.1 3.20

2.36 30.4 38.1 17.5 14.0 86.0

3.78 2.95 35.5 37.5 10.1 16.9 83.1

4.45 3.54 38.5 36.0

5.5 20.0 80.0 5.25

3.2 环己烷停留时间对反应效果的影响

在催化剂浓度2.0×10?6 mol/L 、

反应温度419 K 、压力1.3 MPa 、空气流量3.5 L/min 、环己烷和空气采用连续进料方式(空气由底部进料)的条件下,考察环己烷平

1. Bubble column reactor

2. Condenser

3. Compressor

4. Valve

5. Gas ?liquid separator

6. Preheater

7. Flow meter

8. Manometer

9. Heating jacket 10. Pump

第6期 郭志武等:液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺633

均停留时间对反应效果的影响,结果如表2所示.

环己烷在反应器内停留的时间越长,被氧化的几率越大,同时氧化产物环己醇和环己酮的停留时间也相应延长. 且由于环己醇与环己酮比环己烷的反应活性更高,更容易被进一步氧化为酸或酯等副产物. 另外,过氧化物在反应器内停留时间越长,被分解得越多,因此表2给出的产物组成中过氧化物浓度随停留时间缩短而增加. 若环己烷的停留时间过短,反应器内不能积累足够浓度的氧化产物(如环己基过氧化氢、环己酮和环己醇等),即不能为自催化游离基反应的环己烷氧化过程提供足够浓度的自由基,反应就会冷却下来,无法实现连续操作. 实验还发现,当环己烷停留时间短于25 min 时,已很难将反应控制在合适的温度.

3.3 温度对反应效果的影响

在催化剂浓度2.0×10?6 mol/L、环己烷平均停留时间40 min、压力1.3 MPa、环己烷和空气都采用连续进料方式(空气采用分段进气)、总流量5.5 L/min的条件下,考察了温度对反应效果的影响,结果如表3所示.

表2 环己烷停留时间对反应效果的影响

Table 2 Effect of cyclohexane residence time on product composition

Product composition (mol%)

Residence time (h)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl

hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%)

2.00 27.1 39.6 6.0 27.3 72.7 4.87

1.60 2

2.6 37.6 14.3 25.5 74.5 4.39

1.20 23.7 35.7 23.7 16.9 83.2 3.76

0.80 25.8 35.7 22.3 16.2 83.8 3.14

0.60 26.5 34.5 27.2 11.8 88.2 2.72

表3 温度对反应效果的影响

Table 3 Effect of temperature on product composition

Product composition (mol%)

Temperature (K)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl

hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%) 413 41.3 31.2 12.7 14.8

85.2 5.67

418 39.0 33.7 13.2 14.1

85.9 6.31

423 36.8 39.5 9.1 14.6

85.4 6.93

428 30.2 36.5 8.4 2.14

75.1 8.58

表4 温度序列对反应效果的影响

Table 4 Effect of temperature sequences on product composition

Product composition (mol%)

Temperature (K)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl

hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%)

418 418 418 39.0 33.7 13.2 14.1 85.9 6.31

423 418 418 40.3 35.2 11.3 13.2 86.8 6.62

423 418 415 38.5 33.1 15.3 13.1 86.9 6.52

研究发现,在低于413 K时,环己烷氧化的速率很低. 随着温度升高,环己烷转化率也相应提高,但当温度高于423 K时,氧化产物的选择性明显降低. 因为升高温度不仅能增加环己烷氧化反应的速率,同样也能增加环己醇或环己酮进一步氧化的速率,所以选择性随反应温度升高而减小. 在反应区沿着反应进行的方向,氧化产物(环己醇、环己酮和环己基过氧化氢)的浓度逐渐累积增加,因此在反应区末端适当降低反应温度,有利于提高反应的选择性. 在其他条件相同时,依照反应段分段控制温度,温度沿反应器从下至上按降序排列,结果如表4所示.

对比表4与3可以发现,按降序方式分段控制温度的反应效果优于均匀控制温度. 反应器底端是氧化反应的起始区,升高温度能加快自由基反应的引发过程,随着反应不断进行,反应区内氧化产物浓度也相应增加,此时适度降低反应温度可减少氧化产物进一步氧化的反应速率,提高反应的选择性.

3.4 压力对反应效果的影响

在催化剂浓度2.0×10?6 mol/L、环己烷和空气都采用连续进料方式(空气采用分段进气)、总流量4 L/min、环己烷平均停留时间40 min、温度419 K条件下,考察了压力对反应效果的影响,结果如表5所示.

液相氧化反应的压力和温度应相互匹配,只有反应压力大于相应反应温度下环己烷的饱和蒸汽压,氧化反应才会在液相中发生. 所选压力范围为0.9~1.5 MPa. 有研究[6,7]表明,使用均相催化剂的环己烷其氧化反应主要在液相中进行,而不是以前认为的在气液两相界面进行,因此,升高反应体系的压力,提高体系的溶氧能力,

634 过程工程学报第5卷

可以加快氧化反应速率. 如表5所示,压力对环己烷氧化反应的选择性影响不大,但转化率会随着压力的升高而增加,到1.5 MPa时,压力对提高转化率的作用已经不大,所以适宜的反应压力为1.3~1.4 MPa,这一压力比现行工业上的压力高. 压力增加可以加快氧从气相到液相的传质速率,因此适当提高反应压力是可取的. 同时,提高压力还会降低环己烷蒸汽在尾气中的含量,从而减少冷凝回流的环己烷的量,有利于降低热能消耗.

表5 压力对反应效果的影响

Table 5 Effect of pressure on product composition

Product composition (mol%)

Pressure (MPa)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl

hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%)

0.9 46.3

33.9 6.2 13.6 86.4 4.49

1.1 44.4

37.9 5.6 12.1 87.9 4.80

1.3 44.8

39.8 5.0 10.4 89.6 5.85

1.5 43.0

38.2 4.6 14.2 85.8 6.05

表6 催化剂浓度对反应效果的影响

Table 6 Effect of catalyst concentration on product composition

Product composition (mol%)

Catalyst (mol/L)

Cyclohexanol Cyclohexanone Cyclohexyl

hydroperoxide Byproduct

Selectivity, S (%) Conversion (%)

0 38.0

26.3 19.0 16.7

83.3 5.12

0.5×10?6 45.2 36.3 7.6 10.9 89.1 6.12

1.0×10?6 4

2.8 36.6 8.5 12.1 87.9 6.29

3.0×10?6 43.1 3

4.9 8.2 13.8 86.2 6.90

5.0×10?6 43.3 33.5 9.1 14.1 85.9

6.96

3.5 催化剂浓度对反应效果的影响

环己烷和空气都采用连续进料方式(空气采用分段进气)、总流量5.5 L/min、环己烷平均停留时间40 min、反应温度419 K、压力1.3 MPa条件下,考察了催化剂环烷酸钴浓度对反应效果的影响,结果如表6所示.

在给定的实验条件下考察的催化剂浓度范围内,催化剂对氧化反应效果的影响不大,环己烷的转化率随催化剂浓度增加而增加,但效果不明显. 但对比无催化的氧化(表6),催化的反应效果明显优于无催化. 因为环己烷氧化为复杂自催化自由基的反应历程,催化剂对产物的影响不是线性关系,一般认为,钴盐的作用在于加快引发环己烷与分子氧反应产生自由基的过程,还可以加快过氧化物的分解[8]. 如表所示,在催化反应产物中,过氧化物的组成比例较无催化的低,这也说明钴盐催化剂的确加快了过氧化物的分解过程.

4 结 论

(1) 在连续无搅拌鼓泡塔反应器中,以环烷酸钴为催化剂,采用空气液相氧化环己烷,当环己烷的转化率为5%~7%时,酮醇和环己基过氧化氢的选择性达到80%~85%.

(2) 与传统的带搅拌装置的工业多级串联反应器相比,在连续无搅拌鼓泡塔反应器中,反应压力增加0.2~ 0.5 MPa是合适的. 实验表明,当反应温度为413~423 K 及反应压力为1.3 MPa时,反应效果最好.

(3) 温度对氧化反应的影响十分明显,当进行连续氧化时,合适的反应温度为413~423 K,反应器采用降温序列操作的效果优于单一温度操作.

(4) 当空气表观流速为2.5~3.5 cm/s及液相停留时间为30~40 min时,氧化反应效果最好.

参考文献:

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第6期 郭志武等:液相氧化环己烷制备环己酮的鼓泡塔新工艺635

Liquid-phase Oxidation of Cyclohexane to Cyclohexanone in a Bubble Column Reactor GUO Zhi-wu1, JIN Hai-bo1, XIANG Zhi-jun1, TONG Ze-min1, CHENG Li-quan2, HU Zhen-hua2

(1. Department of Chemical Engineering, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China;

2. Baling Petrochemical Company, SINOPEC., Yueyang, Hunan 414007, China)

Abstract: Liquid-phase air oxidation of cyclohexane to cyclohexanone and cyclohexanol with cobalt napthenate as catalyst was carried out in a continuous bubble column reactor. The effects of reaction conditions including temperature, pressure, residence time of cyclohexane, superficial air velocity and catalyst concentration on cyclohexane conversion and the selectivities to cyclohexanone, cyclohexanol and cyclohexanyl hydroperoxide were studied. When the reaction was conducted in the system temperature range from 413 to 423 K, system pressure range from 1.2 to 1.5 MPa, superficial air velocity range from 2.5 to 3.5 cm/s and cyclohexane residence time of 30~40 min, the cyclohexane conversion of 5%~7% and the total selectivity to cyclohexanone, cyclohexanol and cyclohexanyl hydroperoxide of 80%~85% were obtained.

Key words: bubbling column; oxidation; cyclohexane

环己烷氧化制备环己酮

目录

环己烷的氧化制环己酮工艺技术 作者:指导教师: 摘要:环己酮是制备己内酰胺、己二酸的主要中间体,也是制备各种乙烯树脂漆的主要原料,并且被广泛用作许多高分子聚合物的溶剂,因此,环己酮在有机化工、涂料工业等方面都有着极其重要的作用。目前世界上环己酮生产工艺路线按原料分主要有3种:环己烷液相氧化法、苯酚加氢法和水合法。山东方明化工有限公司是由环己烷氧化制环己酮,该工序下同时还生成一些其他物质,如环己醇、X油、轻质油等。合成和制备环己酮的方法较多,工业化生产方法主要有苯酚加氢法;苯部分加氢法;环己烷氧化法。其中环己烷氧化法的应用最为普遍,本文对以苯为起始原料的合成环己烷然后氧化成环己酮,对公司生产环己酮的过程及原理做了详细叙述,对于生产中出现的异常现象做出合理的解释,也给出其处理方法。本论文重点介绍了环己烷氧化制备环己酮工艺技术。 关键词:环己烷;环己酮;氧化;进展

引言 环己酮是一种重要的有机化工产品,是制造尼龙、己内酰胺和己二酸的主要中间体,具有高溶解性和低挥发性,可以作为特种溶剂,对聚合物如硝化棉及纤维素等是一种理想的溶剂;也是重要的有机化工原料,是制备己内酰胺和己二酸的主要中间体。1893年A. Bayer采用庚二酸和石灰(庚二酸钙)干馏首先合成了环己酮。1943年德国I.G.Farben公司建成了苯酚加氢法合成环己酮生产装置。1960年德国BASF公司采用环己烷氧化法建成大型环己酮生产装置,使环己烷氧化技术得以迅速发展,并导致聚酰胺纤维的大规模发展。本论文突出详述了环己烷氧化制环己酮生产过程。 项目概述 公司概况 山东方明化工股份有限公司拥有的8万吨/年环己酮装置是目前国内单套最大的环己酮生产装置,采用先进的工艺,各种消耗特别是苯耗、碱耗是国内乃至世界最低的,具有较强的市场竞争力。公司隶属山东洪业集团,公司董事长余庆明先生是全国五一劳动奖章获得者、并先后荣获全国优秀企业家、山东省劳动模范等荣誉称号,现为山东省人大代表。公司是一家规模实力雄厚的综合性化工股份制民营企业,座落于闻名中外的牡丹之乡,庄周故里。位于东明县化工园区内,西临106国道东兰公路,北瞰新石铁路,东靠京九大动脉,南临南兰高速,距日东高速公路入口处6公里,地理位置优越。公司占地600余亩,现有固定资产 10 亿元,年可实现工业产值14亿元,创利税2亿元。公司现有员工600余人,大中专以上学历人员占70%以上。公司主导产品有环己酮、环己烷、环己醇等,副产品有轻质油、X油、碳酸钠等。 下属公司有山东东巨化工股份有限公司和山东恒力供热有限公司。公司重视环保、科技建设工作,坚持把“十个一工程”作为提高自身治污能力和管理水平的基础工程来抓,先后投入七千余万元建设“十个一工程”,完善管理体系,治污减排工作取得了显著成效。2010年公司被评为菏泽市“十个一工程”示范企业,积极投入技术力量进行技术创新及改造,2010年10万吨环己酮成套技术获得山东省科技成果三等奖,菏泽市科技成果二等奖,公司被评为市级技术中心。

CT-121鼓泡式吸收塔烟气脱硫工艺技术介绍

CT-121鼓泡式吸收塔烟气脱硫工艺技术介绍 单选户薛宝华 北京博奇电力科技有限公司 摘要:介绍CT-121鼓泡式吸收塔脱硫工艺的技术特点。鼓泡式脱硫工艺是一种先进、成熟的湿式石灰石法脱硫工艺。本脱硫工艺对于中高硫煤、燃油等性质的烟气具有优越的性能。本工艺具有SO2脱除率高、对不同含硫量燃料适应性强、具有较低的粉尘排放率、不易结垢、极高的石灰石利用率和大颗粒、高纯度的石膏晶体等优点。在实际运行中具有优异的可靠性和实用性。 关键词:CT-121,石灰石-石膏法,脱硫,SO2,技术介绍 1 概述 千代田化工自行开发的CT-121脱硫工艺是一种先进的湿式石灰石法脱硫工艺。这种工艺尤其对高硫煤、燃油产生的烟气显示出了优越的性能。这种工艺能够达到95%以上稳定连续的脱硫率、最低10mg/Nm3以下的粉尘排放率以及优异的可靠性和实用性。 1.1CT-121的历史和现状 1971年,千代田开发出了第一个脱硫工艺CT-101,并建成了13个商业装置。千代田化工继续改进和发展这项技术,于1976年开发出了更为先进的CT-121工艺。 这项先进的技术将SO2的吸收、氧化、中和、结晶以及除尘等工艺过程合并到一个单独的气-液-固相反应器中进行。这个反应器就是鼓泡式吸收塔(JBR)。 鼓泡塔技术目前在世界范围内获得了广泛应用,目前有30多个CT-121脱硫工艺商业装置业绩投入运行。 鼓泡技术目前已应用于单机装机容量最大为10,000MW的脱硫装置。由于CT-121工艺以其先进性和可靠性被日本的几大公用事业公司认可,因此最近几年来日本的烟气脱硫领域虽然竞争激烈,但鼓泡塔技术商业装置数量仍直线上升。 1.2 CT-121获得的奖项 CT-121工艺作为一种先进的FGD技术,被授予了多项著名的奖项。诸如日本能源研究机构授予的“1990年度奖”;电力杂志授予的美国伊利诺斯州Abbott电站CT-121装置“1990年度电站奖”和美国乔治亚州Yates“1994年度电站奖”;国际电力杂志授予的日本爱知县Hekinan电站CT-121装置“1993年度电站奖”;以及日本发明和创新协会为CT-121工艺发展和应用授予的“1993年度国内发明奖”等,说明该技术已得到了广泛的认可和应用。 1.2博奇科技所引进的鼓泡塔技术 北京博奇电力科技有限公司通过大量调查研究后,于2002年底和日本株式会社荏原制作所签订了CT-121技术引进协议,并首次在国内应用于600MW等级烟气脱硫装置上,目前该项目即将建成投产,这将是我国最早投产的600MW等级燃煤机组烟气脱硫装置。

鼓泡塔反应器综述

目录 1 鼓泡塔反应器简介 (1) 1.1 鼓泡塔的概念 (1) 1.2 鼓泡塔的结构 (1) 1.3 鼓泡塔类型 (2) 1.3.1空心式 (2) 1.3.2 多段式 (3) 1.3.3 循环式 (3) 1.4 鼓泡塔反应器的操作状态 (4) 2 鼓泡塔反应器的流体力学特性 (6) 2.1气泡直径 (6) 2.2含气率 (6) 2.3气液比相界面积 (7) 2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP (7) 2.5返混 (8) 3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 (9) 3.1鼓泡塔的传质 (9) 3.2鼓泡塔的传热 (9) 4 鼓泡塔反应器的数学模型 (11) 4.1 双流体模型 (11) 4.2 湍流模型 (11) 5 鼓泡塔反应器的工业应用实例 (13)

1 鼓泡塔反应器简介 1.1 鼓泡塔的概念 鼓泡塔是在塔体下部装上分布器,将气体分散在液体中进行传质、传热的一种塔式反应器。 优点:气相高度分散于液相中,具有大的液体持有量和相界接触面,传质和传热效率高,适用于缓慢化学反应和高度放热的情况; 结构简单,操作稳定,投资和维修费用低,被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化等工业过程。 缺点:液相有较大的返混,气相有较大的压降。 当高径比大时,气泡合并速度增加,使相际接触面积减小。 1.2 鼓泡塔的结构 图1.2 简单鼓泡塔

气体分布器:使气体分布均匀,强化传热、传质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一,型式:多孔板,喷嘴,多孔等,为鼓泡塔主要结构之一,另一主要结构为塔体。 换热装置: 1、夹套式:热效应不大时。 2、蛇管式:热效应较大时。 3、外循环换热式:热效应较大时 塔体可安装夹套或其它型式换热器或设有扩大段、液滴捕集器等;塔内液体层中可放置填料;塔内可安置水平多孔隔板以提高气体分散程度和减少液体返混。 1.3 鼓泡塔类型 1.3.1空心式 图1.3.1 空心式鼓泡塔图1.3.2 多段式鼓泡塔空心式鼓泡塔如图1.3.1所示,塔内不含塔板和液体分布器,最适用于缓慢化学反应系统或伴有大量热效应的的反应系统。热效应较大时,可在塔内或塔外装备热交换单元。

环己烷氧化制环己酮主要生产工艺及其改进情况

环己烷氧化制环己酮主要生产工艺及其改进情况 摘要:介绍了当前环己烷氧化制备环己酮的主要生产工艺的优缺点以及在工艺上的改进情况。 关键词:环己烷环己酮催化氧化 环己酮是一种重要的有机化工原料,其在下游市场的应用越来越广泛,成为近几年的热点产品,它是生产己内酰胺和己二酸的中间原料,也是生产各种高档油漆的重要溶剂。随着下游产品的扩能、新建,在未来一段时间内仍有较大的市场需求。 目前在世界范围内,环己酮生产工艺中90%以上采用环己烷氧化法,该工艺方法根据使用催化剂的不同,又分为无催化氧化法和有催化氧化的钴盐法、硼酸法。 一、无催化氧化工艺 无催化氧化法由法国Rhone-Ponlene公司最先开发,此法把反应过程分为两步:第一步,在160~170℃的温度条件下,环己烷与空气混合发生氧化反应,生产环己基过氧化氢;第二步,在碱性和催化剂作用下,环己基过氧化氢发生分解反应,生产环己醇、环己酮的混合物。此法的优点是反应过程分两步进行,不使用催化剂,解决了反应器结渣的问题,反应可连续进行,氧化过程中环己基过氧化氢的收率达到95%以上;缺点是环己基过氧化氢分解需要大量的碱,环己醇、环己酮的选择性≤88%,此工艺单程转化率比较低,大约在 3.5~4%之间,工艺流程比较长,装置消耗高。在改善此工艺方面,人们针对不同环己酮装置的特点,从改善环己基过氧化氢分解条件、提高环己烷转化率和环己醇、环己酮的收率方面,采取了以下工艺方法: 1.在改变环己基过氧化氢分解条件方面:肖藻生从改变有机相和无机相的混合比例,使碱液通过外部循环和静态混合器,强化环己烷氧化混合液与含过渡金属盐的碱性水溶液的混合,将分解过程分为两步,第一步控制碱液中碱浓度在0.25~0.5 mol/L之间,第二步控制碱液中碱浓度在0.5~1.5mol/L之间,从而改善环己基过氧化氢的分解环境,使环己醇、环己酮的选择性高达94%。 2.在提高环己醇、环己酮收率方面:黄敬等从改变氧化反应器温度分布状况着手,通过改变循环环己烷进氧化反应器的入口位置和入口温度,合理的控制各个反应器的温度,达到减少环己基过氧化氢在氧化阶段的热分解,从而提高环己醇、环己酮的收率。 二、催化氧化工艺 催化氧化工艺法根据氧化采用催化剂的不同又分钴盐法和硼酸法。

鼓泡塔设计-反应器设计

目录 一、项目简介 (1) 二、反应器选择 (1) 2.1 工艺流程 (1) 2.2 鼓泡塔介绍 (2) 2.2.1 鼓泡塔反应器的分类 (2) 2.2.2 鼓泡塔反应器的特点与结构 (4) 2.2.3 鼓泡塔中的传质 (6) 2.2.4 鼓泡塔中的传热 (6) 三、初步设计 (6) 3.1 PX氧化宏观动力学 (6) 3.1.1宏观反应动力学 (6) 3.1.2 PX氧化反应宏观动力学 (7) 3.1.3 氧化反应机理 (8) 3.2反应段模型的建立[7] (11) 3.2.1 模型作如下假设: (11) 3.2.2模型方程 (11) 3.2.4 质量衡算 (13) 3.2.5 热量衡算 (14) 3.2.6 参数估算 (14) 3.2.7 模型的求解 (17) 3.3 影响PX氧化反应的工艺条件 (18) 四、总结 (19) 五、参考文献 (20)

对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计 一、项目简介 精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯的主要原料,PTA生产历史可以一直追溯到上世纪二十年代,继英国帝国化学工业公司(ICI)和美国杜邦公司(Dupont)开始生产高性能聚酯纤维开始,聚酯工业的发展极大的刺激了主要原料PTA生产技术的变革。PTA合成方法曾先后采用:硝酸氯化法,Dupont公司开发的以钴为催化剂的空气氧化法,Witten公司开发的酯化氧化法(DMT),以及具有划时代意义的1958年由Mid-Century公司发的MC氧化工艺。如今,工业上主要采用Co-Mn-Br为催化剂由对二甲苯(PX)经空气氧化制得[1]。主要工艺有Amoco、三井和Dupont三大公司的专利技术。三种工艺的基本流程大致相同,均采用Amoco-MC高温氧化法[2]。 对二甲苯(PX)氧化制对苯二甲酸(TA)是聚酯工业的一个重要生产过程,同时也是一个液相催化氧化过程。工业氧化反应在185 ~ 224 ℃、1 ~2 MPa 下进行,采用Co-Mn-Br 三元复合催化剂,醋酸为溶剂,空气为氧化剂,反应物PX 经过一系列自由基反应步骤顺序生成醇、醛、酸,并最终转化为固体产物TA。PX 氧化涉及多种反应物和自由基之间的相互作用、催化剂-反应物-溶剂之间的协同作用、化学吸收与反应结晶过程的耦合作用,机理十分复杂。 二、反应器选择 2.1 工艺流程 选用的对二甲苯(PX)液相空气氧化反应流程如图1.1所示。原料PX和循环回收的溶剂醋酸和催化剂以及补充的新鲜醋酸和催化剂充分混合后进入反应器。在一定温度和压力条件下,料液中的对二甲苯与空气接触发生氧化反应,生成对苯二甲酸(TA)。TA在反应液中溶解度很小,因此反应器内是气、液、固三相并存。反应生成的TA固体由溶剂醋酸夹带在浆料中从反应器底部排出。气相的主要成分为移出反应热的蒸发溶剂醋酸、水和反应尾气,经过反应器顶部的脱水塔之后水富集,塔顶冷凝液部分采出,部分回流至脱水塔顶部。[3] PX氧化鼓泡塔反应器带脱水段,反应器构型为直筒鼓泡式,无强力搅拌,顶部设有脱水塔。压缩空气从反应器底部通人,鼓泡产生搅动促进气液传质与混

水吸收丙酮吸收塔设计

目录 目录............................................................... I 摘要.............................................................. I II 第1章绪论.. (1) 1.1吸收技术概况 (1) 1.2吸收设备的发展 (1) 1.3吸收在工业生产中的应用 (2) 第2章设计方案 (3) 2.1 吸收剂的选择 (3) 2.2 吸收流程的选择 (3) 2.3吸收塔设备及填料的选择 (4) 2.4 吸收参数的选择 (5) 第3章吸收塔的工艺计算 (6) 3.1 基础物性数据 (6) 3.1.1 液相物性数据 (6) 3.1.2 气相物性数据 (6) 3.1.3 气液相平衡数据 (6) 3.2 物料衡算 (7) 3.3 填料塔的工艺尺寸的计算 (7) 3.3.1 塔径的计算 (7) 3.3.2 填料塔填料层高度的计算 (9) 3.4 塔附属高度的计算 (12) 3.5 液体初始分布器和再分布器的选择与计算 (12) 3.5.1 液体分布器 (12) 3.5.2 液体再分布器 (12) 3.5.3 塔底液体保持管高度 (13) 3.6 其他附属塔内件选择的选择 (13) 3.7 吸收塔的流体力学参数计算 (13) 3.7.1 吸收塔的压力降 (13) 3.7.2 吸收塔的泛点率 (14) 3.7.3 气体动能因子 (14) 3.8 附属设备的计算与选择 (15) 3.8.1 离心泵的选择与计算 (15) 3.8.2 吸收塔的主要接管尺寸的计算 (16) 结论 (18)

鼓泡塔设计-反应器设计与应用

《反应器设计及应用》课程设计报告 对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计 学院化工学院 专业化学工程与工艺 班级 2 班 学号 姓名 指导教师

目录 一、项目简介 (1) 二、反应器选择 (1) 2.1 工艺流程 (1) 2.2 鼓泡塔介绍 (2) 2.2.1 鼓泡塔反应器的分类 (2) 2.2.2 鼓泡塔反应器的特点与结构 (4) 2.2.3 鼓泡塔中的传质 (6) 2.2.4 鼓泡塔中的传热 (6) 三、初步设计 (6) 3.1 PX氧化宏观动力学 (6) 3.1.1宏观反应动力学 (6) 3.1.2 PX氧化反应宏观动力学 (7) 3.1.3 氧化反应机理 (8) 3.2反应段模型的建立[7] (11) 3.2.1 模型作如下假设: (11) 3.2.2模型方程 (11) 3.2.4 质量衡算 (13) 3.2.5 热量衡算 (14) 3.2.6 参数估算 (14) 3.2.7 模型的求解 (17) 3.3 影响PX氧化反应的工艺条件 (18) 四、总结 (19) 五、参考文献 (21)

对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计 一、项目简介 精对苯二甲酸(PTA)是生产聚酯的主要原料,PTA生产历史可以一直追溯到上世纪二十年代,继英国帝国化学工业公司(ICI)和美国杜邦公司(Dupont)开始生产高性能聚酯纤维开始,聚酯工业的发展极大的刺激了主要原料PTA生产技术的变革。PTA合成方法曾先后采用:硝酸氯化法,Dupont公司开发的以钴为催化剂的空气氧化法,Witten公司开发的酯化氧化法(DMT),以及具有划时代意义的1958年由Mid-Century公司发的MC氧化工艺。如今,工业上主要采用Co-Mn-Br为催化剂由对二甲苯(PX)经空气氧化制得[1]。主要工艺有Amoco、三井和Dupont三大公司的专利技术。三种工艺的基本流程大致相同,均采用Amoco-MC高温氧化法[2]。 对二甲苯(PX)氧化制对苯二甲酸(TA)是聚酯工业的一个重要生产过程,同时也是一个液相催化氧化过程。工业氧化反应在185 ~ 224 ℃、1 ~2 MPa 下进行,采用Co-Mn-Br 三元复合催化剂,醋酸为溶剂,空气为氧化剂,反应物PX 经过一系列自由基反应步骤顺序生成醇、醛、酸,并最终转化为固体产物TA。PX 氧化涉及多种反应物和自由基之间的相互作用、催化剂-反应物-溶剂之间的协同作用、化学吸收与反应结晶过程的耦合作用,机理十分复杂。 二、反应器选择 2.1 工艺流程 选用的对二甲苯(PX)液相空气氧化反应流程如图1.1所示。原料PX和循环回收的溶剂醋酸和催化剂以及补充的新鲜醋酸和催化剂充分混合后进入反应器。在一定温度和压力条件下,料液中的对二甲苯与空气接触发生氧化反应,生成对苯二甲酸(TA)。TA在反应液中溶解度很小,因此反应器内是气、液、固三相并存。反应生成的TA固体由溶剂醋酸夹带在浆料中从反应器底部排出。气相的主要成分为移出反应热的蒸发溶剂醋酸、水和反应尾气,经过反应器顶部的脱水塔之后水富集,塔顶冷凝液部分采出,部分回流至脱水塔顶部。[3] PX氧化鼓泡塔反应器带脱水段,反应器构型为直筒鼓泡式,无强力搅拌,顶部设有脱水塔。压缩空气从反应器底部通人,鼓泡产生搅动促进气液传质与混

鼓泡塔反应器

学年论文 学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2012级 姓 名 题 目 鼓泡塔反应器的发展 成 绩 2015 年 6 月 15 日 学号:

目录 1.鼓泡塔反应器 (1) 2.鼓泡塔反应器特点与结构 (1) 2.1鼓泡塔反应器特点 (1) 2.2鼓泡塔反应器结构 (2) 2.2.1简单鼓泡塔反应器基本结构 (2) 2.2.2最佳空塔气速应满足的两个条件 (2) 2.3影响传质的因素 (2) 3.鼓泡塔的优缺点 (2) 3.1优点 (2) 3.2缺点 (3) 4.鼓泡塔的分类 (3) 5.鼓泡塔反应器的历史发展及应用 (4) 5.1历史发展 (4) 5.2应用 (5) 6.结语 (5) 参考文献 (5)

鼓泡塔反应器的发展 摘要:本文通过对鼓泡塔反应器以及对其发展前景进行的论述,使能够更容易的对该反应器进行研究,达到推动反应器发展的目的。 关键词:鼓泡塔、反应器、发展 Abstract:In this paper, the reactor and its development prospects of bubble column reactor are discussed, which make it easier to study the reactor, and achieve the purpose of promoting the development of the reactor. Keywords:Bubble column、Reactor、Development 前言 鼓泡塔反应器广泛用于发酵、生物化学、制药以及有机化合物的氢化、加氢、氯化等生产过程。另外,湿法冶金和废水处理也常用这种反应器。所以,鼓泡塔反应器的使用广泛,应该加以深入研究。 1.鼓泡塔反应器 气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层,以液相为连续相,气相为分散相来实现气液相反应过程的反应器[1]。 有槽型鼓泡反应器、鼓泡管式反应器、鼓泡塔等多种结构型式,其中鼓泡塔应用最广。 2.鼓泡塔反应器特点与结构 2.1鼓泡塔反应器的特点 (1)液体分批加入,气体连续通入的称为半连续操作鼓泡塔。 (2)连续操作的鼓泡塔气体和液体连续加入,流动方向可以为向上并流或逆流。 (3)鼓泡塔多为空塔,一般在塔内设有挡板,以减少液体返混;为加强液体循环和传递反应热,可设外循环管和塔外换热器[2]。 (4)鼓泡塔中也可设置填料来增加气液接触面积减少返混。气体一般由环形气体分散器、单孔喷嘴、多孔板等分散后通入。 (5)塔内充满液体,气体从反应器底部通入,分散成气泡沿着液体上升,既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。

鼓泡塔反应器综述

鼓泡塔反应器综述 摘要:本文在调研的基础上,对化工生产中常用的鼓泡塔反应器进行综合叙述。从鼓泡塔的基本概念、起源发展、结构、流体力学特性、传质和传热、简化模型、设计及应用等方面进行综述,以便于更好的利用和开发。 Abstract: in this paper, on the basis of investigation, the chemical production in the bubble column reactor for a comprehensive description. Summarize on basic concept, the origin and development of bubbling tower, structure, hydrodynamics, mass transfer and heat transfer, a simplified model, design and application, to use and develop better. 前言 用于进行化学反应的设备称为化学反应器,简称反应器。化工生产中所用的反应器内部进行的是伴有传质、传热和物质流动的化学反应过程,结构复杂,有时也称为工业反应器。按其结构特征来分,可分为管式反应器、釜式反应器和塔式反应器;按操作方法来分,可分为间歇、连续和半间歇反应器;按物料相态来分,可分为均相反应器和非均相反应器,均相反应器又有气相和液相两类,非均相反应器又分为气—液、气—固、液—液、液—固、气—液—固等反应器。按固体颗粒(固体颗粒可以是反应物,也可以是催化剂)状态来分,可分为固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器等。另外,还有一些分类方法,如按反应器内温度分布分类,可分为等温和非等温反应器;按反应器和外部之间换热来分,可分为绝热反应器和非绝热反应器等。 化学反应器是化工装置的重要设备之一,其设计是否科学、合理,其运行是否安全、可靠,直接关系到整套装置的安全性和经济效益。反应设备虽然种类繁多,但对其要求是共同的主要有以下几点:①技术指标先进,即转化效率高处理量大,能耗低;②使用方便,操作稳定,容易调节,易于清理和检修;③结构简单,节省材料,造价低廉,制造安装方便。 了解化学反应器发展的现状,进一步研究和开发新型实用的化学反应器具有重要的现实意义。本文就鼓泡塔反应器的概念、起源与发展、结构、流体力学、应用范围等进行综述,以便于更好的利用和开发。

塔式鼓泡反应器混合法

臭氧发生器提供的臭氧源能否得到充分应用,是臭氧工程技术人员研究的重要课题,也是经过长时间的实践运行所积累经验。常用的投加方式有:鼓泡法、射流法、涡轮混合法、尼可尼混合法等方式。 鼓泡法 鼓泡法一般有塔式鼓泡和池式鼓泡两种(又称汽- 液反应器)。 1.塔式鼓泡反应器 设计必须先考虑总工艺之后,才能确定一座气液接触器(反应器)的尺寸。工艺是间歇的、半间歇的,还是连续的?间歇处理是在接触器内加入反应剂,反应后取出产品的一种加工过程。这种方法难得用于臭氧化,因为臭氧一般要求连续供应,由此导致考虑半间歇操作。普通半间歇臭氧化程序是将液体装入反应器,然后连续投加臭氧直到反应完成。连续处理是将反应剂同时加入和取出。这种连续臭氧化处理的一个例子是饮水净化,此时臭氧气投加到水中,随水连续流过反应器槽。 有关工艺类型的决定要同臭氧反应器的选择相一致。选择的气- 液接触器(反应器),在很大程度上受特定臭氧化反应的动力学和传质之间关系的制约。这一控制机理表明,在某种程度上该型接触器可以使用。如果臭氧吸收带有快反应,需要有大的界面面积来促进臭氧传质,所以,可以优先选用填料塔。另一方面,如果反应速率慢,从而大的液相容积(储液量)有益,鼓泡塔更有效。表5-1 列出常用气液接触器(表内“转化”一词指反应剂转换到中间产物或最终产品的百分数,而不是指臭氧从气相向液相的转化)。 表5-1 气液系统接触器及其特性 类型运行方式传质优点缺点反应方式 填料塔液体和气体相互逆流通过 由填料形成的同一通道。连 续运行 良好传质,随填料 类型和气液流量变 化 运行范围广能耐 受强腐蚀的系统 昂贵,难以保持温 度分布。易堵塞 气相或液相传质控制 板塔 液体和气体相互逆流通过 板塔,连续运行良好传质,同依气 体质量而定的界面 面积成比例 运行范围广,易 清洗 昂贵、设计复杂、 易堵塞 适合慢反应,中间停留容积 和大液体容积 鼓泡塔气体扩散成气泡,上升穿过 液柱,能连续顺流或逆流, 交替逆流,或反复逆流或顺 流运行,可以是半批量的 低传质,依界面面 积而定,后者是气 体流量的函数 低能耗 喷头可能堵塞,引 起气泡的不均匀分 布,混合差。接触 时间长 要求大液体容积受反应速 率控制的系统 喷淋塔 流体扩散到含 O 3 的气体 内借助大的界面面积 有中等传质 气相均匀 高能耗,固体物能 堵塞喷嘴 适合小储液量的快反应

鼓泡性吸收塔传质模型皆解析

鼓泡型吸收塔的传质模型及基础方程解析 摘要: 基于液体扩散模型、气泡平推流假设在一维情况下考虑鼓泡塔内部气液两相的传质行为,建立了鼓泡型吸收塔的传质模型,并利用常规方法和算子特征值法对其进行了解析求解。分析表明,沿塔高方向的浓度分布主要取决于引入的无因次数R、U、S的值,而塔顶排放尾气的有效浓度和塔底排出液的有效含量也由R、U、S决定。 关键词:鼓泡式吸收塔;平推流;轴向扩散;算子特征值法 Abstract: The mass transfer behaviour of gas-liquid bubble column under unidimensional condition is investigated based on liquid diffusion model and bubble plug flow hypothesis,and the mass transfer model is established as well as its analytical solutions in the conventional and operator eigenvalue method .It is demonstrated that concentration distribution along the height is mainly determined by R、U and S,three introduced dimensionless groups,which also determine the effective concentration of exhaust and excluding liquid from the top and bottom of the tower,respectively. Key words: bubble column;plug flow;axial diffusion;operator eigenvalue method 背景介绍: 鼓泡型吸收塔是化学工业以及其他许多工业生产中中的重要设备之一。由于其设备结构简单,操作方便,早已成为化工单元设备而广泛地用于吸收、解吸等操作中,经验表明,对于所谓“液膜”控制或“气一液膜”控制的物系,鼓泡式吸收塔比较奏效,尤其对于规模不是很大的生产更为适宜,操作简便。 鼓泡式吸收塔是将液体自塔顶不断地流向塔底而构成液柱,使气泡导入液柱之中,实现气液相连续逆流接触的装置。过去对于单一气泡的传质研究众多,而关于气泡群在鼓泡塔内传质的研究则为数甚少。在鼓泡塔内进行了氢和二氧化碳的吸收试验,把气液两相看作是平推流,来求取总容积传质系数。有人用注入染料等方法,观察液流时,发现返混相当明显,并不能当作是平推流。采用示踪排出液浓度的矩形、脉动波解法对液体混合特性研究之后 ,得知了轴向扩散模型大体上是适用的。 本文目的在于根据气泡流为平推流,液体为扩散模型的观点,建立鼓泡式吸收塔的理论模型,并给出边界条件及由此得出的解析结果,找出沿塔高度方向浓度分布函数关系及其主要影响因素,从而估计塔顶排出气体中有效成分浓度和塔底排出液的有效成分含量,为鼓泡式吸收塔的设计及操作求得必要的理论依据。 模型的建立: 为简化起见,取鼓泡塔气体流动方向为z轴正向,并满足以下假设:

鼓泡塔反应器综述

目录 1鼓泡塔反应器简介 (1) 1.1 鼓泡塔的概念 (1) 1.2 鼓泡塔的结构 (1) 1.3 鼓泡塔类型 (2) 1.3.1空心式 (2) 1.3.2 多段式 (3) 1.3.3 循环式 (3) 1.4 鼓泡塔反应器的操作状态 (4) 2 鼓泡塔反应器的流体力学特性 (6) 2.1气泡直径 (6) 2.2含气率 (6) 2.3气液比相界面积 (7) 2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP (7) 2.5返混 (8) 3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 (9) 3.1鼓泡塔的传质 (9) 3.2鼓泡塔的传热 (9) 4 鼓泡塔反应器的数学模型 (11) 4.1 双流体模型 (11) 4.2 湍流模型 (11) 5 鼓泡塔反应器的工业应用实例 (13)

1鼓泡塔反应器简介 1.1 鼓泡塔的概念 鼓泡塔是在塔体下部装上分布器,将气体分散在液体中进行传质、传热的一种塔式反应器。 优点:气相高度分散于液相中,具有大的液体持有量和相界接触面,传质和传热效率高,适用于缓慢化学反应和高度放热的情况; 结构简单,操作稳定,投资和维修费用低,被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化等工业过程。 缺点:液相有较大的返混,气相有较大的压降。 当高径比大时,气泡合并速度增加,使相际接触面积减小。 1.2 鼓泡塔的结构 图1.2 简单鼓泡塔

气体分布器:使气体分布均匀,强化传热、传质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一,型式:多孔板,喷嘴,多孔等,为鼓泡塔主要结构之一,另一主要结构为塔体。 换热装置:1、夹套式:热效应不大时。 2、蛇管式:热效应较大时。 3、外循环换热式:热效应较大时 塔体可安装夹套或其它型式换热器或设有扩大段、液滴捕集器等;塔内液体层中可放置填料;塔内可安置水平多孔隔板以提高气体分散程度和减少液体返混。 1.3 鼓泡塔类型 1.3.1空心式 图1.3.1 空心式鼓泡塔图1.3.2 多段式鼓泡塔空心式鼓泡塔如图1.3.1所示,塔内不含塔板和液体分布器,最适用于缓慢化学反应系统或伴有大量热效应的的反应系统。热效应较大时,可在塔内或塔外装备热交换单元。

废气吸收塔的种类及原理

废气吸收塔的种类及原理 参考资料:https://www.360docs.net/doc/011043629.html,/esite/detail10007861.htm 废气吸收塔的种类: 吸收塔是实现吸收操作的设备。按气液相接触形态分为三类。第一类是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔、鼓泡吸收塔、搅拌鼓泡吸收塔;第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器、文氏管、喷雾塔;第三类为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔。 塔内气液两相的流动方式可以逆流也可并流。通常采用逆流操作,吸收剂以塔顶加入自上而下流动,与从下向上流动的气体接触,吸收了吸收质的液体从塔底排出,净化后的气体从塔顶排出。 工业吸收塔应具备以下基本要求: 塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。 气液两相应具有强烈扰动,减少传质阻力,提高吸收效率。 操作范围宽,运行稳定。 设备阻力小,能耗低。 具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。 结构简单、便于制造和检修。 几种常用的吸收塔 1.填料塔 它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成,塔外壳多采用金属材料,也可用塑料制造。 填料是填料塔的核心,它提供了塔内气液两相的接触面,填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面,有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料,20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等,为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程,多用于气体的净化。该塔结构简单,易于用耐腐蚀材料制作,气液接触面积大,接触时间长,气量变化时塔的适应性强,塔阻力小,压力损失为300—700Pa,与板式塔相比处理风量小,空塔气速通常为0.5—1.2m/s,气速过大会形成液泛,喷淋密度6—8m3/(m2,h)以保证填料润湿,液气比控制在2—10L/m3。填料

鼓泡反应器

鼓泡反应器 bubbling reactor 以液相为连续相,气相为分散相的气液反应器。 有槽型鼓泡反应器、鼓泡管式反应器、鼓泡塔等多种结构型式,其中鼓泡塔应用最广。 液体分批加入,气体连续通入的称为半连续操作鼓泡塔。 连续操作的鼓泡塔气体和液体连续加入,流动方向 可以为向上并流或逆流。 鼓泡塔多为空塔,一般在塔内设有挡板,以减少液体返混;为加强液体循环和传递反应热,可设外循环管和塔外换热器。 鼓泡塔中也可设置填料来增加气液接触面积减少返混。 气体一般由环形气体分散器、单孔喷嘴、多孔板等分散后通入。 气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程的反应器。 编辑本段主要形式有 ①鼓泡塔气体从塔底向上经分布器以气泡形式通过液层,气相中的反应物溶入液相并进行反应,气泡的搅拌作用可使液相充分混合。鼓泡塔结构简单,没有运动部件,适用于高压反应或腐蚀性物系。 ②鼓泡搅拌釜又称通气搅拌釜,利用机械搅拌使气体分散进入液流以实现质量传递和化学反应。常用的搅拌器为涡轮搅拌器,气体分布器安装在搅拌器下方正中处。鼓泡搅拌釜因搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节,故具有较强的适应能力。当反应为强放热时,上述两种反应器均可设置夹套或冷却管以控制反应温度;还可在反应器内设导流筒,以促进定向流动;或使气体经喷嘴注入,以提高液相的含气率,并加强传质。 与填充塔、板式塔相比,鼓泡反应器的主要特点是液相体积分率高(可达90%以上),单位体积液相的相界面积小(在200m2/m3以下)。当反应极慢,过程由液相反应控制时,提高以单位反应器体积为基准的反应速率主要靠增加液相体积分率,宜于采用鼓泡反应器。当反应极快,过程由气液相际传质控制时,提高过程速率主要靠增加相界面积,则以采用填充塔或板式塔为宜。 1、基本结构

吸收塔

吸收塔 脱硫系统采用一炉一塔布置方式。由吸收塔浆池和吸收区两部分组成。烟气中SO2的去除和石膏的生成就在吸收塔内完成。吸收塔为钢制,塔内采用玻璃鳞片内衬进行防腐。塔体采用岩棉进行保温,压型板作保护层。 1设备规范 吸收塔组成: 1循环泵系统:脱硫系统每台吸收塔内布置3层喷淋层,浆液通过喷嘴成雾状喷出,对应循环泵把吸收塔浆池中的浆液输送至喷淋层。最上面两层喷淋层只布置与烟气逆流的喷嘴,下层喷淋层均布置有顺流和逆流的双向喷嘴。SO2与喷淋浆液接触,并与之反应。通过吸收区后的净烟气经位于吸收塔上部的两级除雾器排出。 2吸收塔氧化空气系统:吸收塔设2台氧化风机,提供无油氧化空气,以保证浆液池内浆液完全氧化。氧化空气在进入吸收塔之前在管道中被加增湿工艺水,目的是为了冷却并使氧化空气达到饱和状态。通过这种方式,可以防止热的氧化空气在进入吸收塔时,在氧化空气管出口使浆液中的水份蒸发。氧化空气经过分配系统进入氧化区,这个分配系统是由4根管道组成的管线系统构成。氧化空气通过氧化管

道上的开孔进入浆液。由于开孔向下,FGD停运时,浆液中的固体不会进入氧化空气分配系统。 3石膏运输系统:结晶区位于吸收塔浆池中氧化区下部。在结晶区,逐渐形成大的易于旋流器分离的石膏晶体。每塔设2台石膏浆液排出泵泵(1运1备),将石膏浆液输送至石膏旋流站。 4浆液循环系统:吸收塔浆池还配置有4个侧入式搅拌器均匀布置,作用是使浆液保持流动状态,充分悬浮,从而使其中的脱硫有效物质(CaCO3固体微粒)也保持在浆液中的均匀悬浮状态, 保证浆液对SO2的吸收和反应能力。 5除雾器系统:当烟气通过吸收区时会带走液滴。为了满足净烟气的要求及防止液滴在下游部件中发生沉积,大部分液滴必须被再次分离。在吸收塔上部安装了一个两级除雾器,当净烟气通过第一级除雾器时,大部分液滴被分离出来,通过第二级除雾器可以获得更好的分离效果,可保证吸收塔出口烟气雾滴浓度不大于75mg/Nm3:。在除雾器的表面会产生固体沉积,因此必须设置冲洗水。烟气蒸发会带走吸收塔内的一部分水,同时石膏浆液排出也会带走一部分水,因此吸收塔的液位会降低。吸收塔的补水通过除雾器的冲洗水和单独的工艺水补水实现。 2 检修工艺及质量标准 2..4.1吸收塔常规检查 1检查修理塔基础裂纹、破损、倾斜和下沉。 2清扫塔内壁、喷嘴、除雾器各部件的垢污及积尘。

吸收塔浆液起泡原因及处理方法

吸收塔浆液起泡原因及处理方法 吸收塔浆液因为起泡而导致溢流是石灰石-石膏法脱硫运行中常见的问题之一。由于吸收塔液位多采用装在吸收塔底部的压差式液位计测量,脱硫控制系统显示的液位是根据差压变送器测得的差压与吸收塔内浆液密度计算得来的值,而吸收塔内真实液位——由于气泡、或泡沫引起的“虚假液位”远高于显示液位,再加上底部浆液扰动泵脉冲扰动或搅拌器搅拌、氧化空气鼓入、浆液喷淋等因素的综合影响而引起液位波动,从而导致吸收塔间歇性溢流。因此当吸收塔浆起泡溢流严重时,如果DCS上无法及时监测并采取有效措施就会导致事故发生。 具体引起起泡溢流的原因归纳如下: (1)锅炉在运行过程中投油、燃烧不充分,未燃尽成份随锅炉尾部烟气进入吸收塔,造成吸收塔浆液有机物含量增加。 (2)锅炉后部除尘器运行状况不佳,烟气粉尘浓度超标,含有大量惰性物质的杂质进入吸收塔后,致使吸收塔浆液重金属含量增高。重金属离子增多引起浆液表面张力增加,从而使浆液表面起泡 (3)脱硫用石灰石中含过量MgO(起泡剂),与硫酸根离子反应参生大量泡沫(泡沫灭火器利用的是这个原理)。 (5)脱硫装臵脱水系统或废水处理系统不能正常投入,致使吸收塔浆液品质逐渐恶化。 (6)锅炉燃烧情况不好,飞灰中有部分碳颗粒或焦油随烟气进入吸收塔。

(7)运行过程中出现氧化风机流速不均,吸收塔浆液气液平衡被破坏,致使吸收塔浆液大量溢流。 吸收塔浆液一旦出现起泡溢流现象后,必须及时采取妥善的处理方式,以免造成严重事故。处理方法:一是要消除已经产生的泡沫;二是要通过运行方式的调整,缓解起泡溢流现象;三是要控制进入吸收塔的各种可能引起吸收塔浆液起泡的物质。具体实施方法如下: (1)从吸收塔排水坑定期加入脱硫专用消泡剂。在吸收塔最初出现起泡溢流时,消泡剂加入量较大,在连续加入一段时间后,泡沫层逐渐变薄,减少加入量,直至稳定在一定加药量上。 (2)在可以暂时忽略脱硫效率的条件下,停运一台浆液循环泵以减小吸收塔内部浆液的扰动,同时减少浆液供给量。因为浆液循环量大时,浆液起泡性强。 (3)在可以保证氧化效果的前提下,适当降低吸收塔工作液位,减小浆液溢流量,防止浆液进入吸收塔入口烟道。 (4)降低排除石膏时的吸收塔浆液密度,加大石膏排除量,保证新鲜浆液的不断补入。 (5)坚持脱硫废水的排放,从而降低吸收塔浆液重金属离子、Cl-、有机物、悬浮物及各种杂质的含量,保证吸收塔内浆液的品质。 (6)严格控制脱硫用工艺水的水质,加强过滤和预处理工作,降低COD、BOD。同事严格控制石灰石原料,保证其中各项组分(如

JBR((鼓泡塔)脱硫技术

JBR((鼓泡塔)脱硫技术 1. 工艺概述 千代田自行开发的CT-121脱硫工艺是一种先进的湿式石灰石法脱硫工艺。无论是对于低硫煤,高硫煤还是燃油,这种工艺都显示出优越的性能。这种工艺能够达到95%以上稳定,连续的脱硫率,10mg/Nm3以下的粉尘排放率以及优异的可靠性和实用性。 2. CT-121的历史和现状 1971年, 千代田开发出了第一个脱硫工艺CT-101,并建成了13个商业装置。千代田公司继续改进和发展这项技术,于1976年开发出了更为先进的CT-121工艺。这项先进的技术将二氧化硫的吸收,氧化,中和,结晶以及除尘等几个必不可少的工艺过程合并到一个单独的气相-液相-固相反应器中进行。这个反应器就叫做鼓泡式反应器(JBR)。在电力研究院(EPRI)的经济资助下, 千代田于1978年8月至1979年6月间,在位于美国佛罗里达州Sneads海湾电力公司的Scholz电厂建成了23MW的CT-121示范工程。自此,千代田在世界范围内获得了30多个CT-121脱硫工艺商业装置建设合同。千代田公司以10,000MW装机容量的脱硫装置在世界范围的烟气脱硫市场享有极大的影响力。由于CT-121工艺以其先进性和可靠性被日本的几大公用事业公司任可。最近几年,在日本的烟气脱硫领域竞争激烈,但CT-121商业装置数量直线上升。荏原制作所已引进千代田的CT-121技术,并在中国已有独占性的实施权。 3. CT-121获得的奖项 CT-121工艺作为一种杰出的FGD技术,被授予了多项著名的奖项。诸如日本能源研究机构授予的”1990年度奖”;电力杂志授予的美国伊利诺斯州Abbott电站CT-121装置”1990年度电站奖”和美国乔治亚州Y ates”1994年度电站奖”;国际电力杂志授予的日本爱知县Hekinan电站CT-121装置”1993年度电站奖”,以及日本发明和创新协会为CT-121工艺发展和应用所授予的”1993年度国内发明奖”。 4. 工艺介绍 JBR(鼓泡塔)是CT-121工艺的核心部分。 JBR提供了高效的气-液接触方式,可以在稳定和可靠的基础上高效的脱出SO2和粉尘。通过鼓泡装置,烟气均匀的扩散到浆液中,使得JBR达到很高的性能。 烟气先进入烟气冷却烟道。在这里,烟气是通过JBR的循环液,辅以补充水和滤液被冷却到饱和状态。然后,烟气通过浸没在石膏浆液几英寸下的许多喷射管分布到浆液中去喷入浆液的烟气产生了一个气泡层,这个气泡层促进了烟气中SO2的吸收。此外,JBR在设计上将酸性物质的中和,亚硫酸盐的沉淀,亚硫酸盐氧化生成石膏以及石膏的结晶等几个过程同时JBR中进行。最后,处理后的烟气通过除雾器除去携带的液滴,然后经GGH升温后排放至烟囱。 5. CT-121的工艺特点 CT-121工艺的优点有以下几点: l 二氧化硫脱除率高 l 粉尘脱除率高 l 不易结垢 l 装置被简化,可靠性高 l 优异的烟气流量分配 l 极高的石灰石利用率 l 无废水运行稳定 l 高效和可靠的除雾器功能 l 维护保养方便 l 运行成本低,大颗粒,高质量的石膏晶体

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