塔式反应器
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。
塔式反应器特点及应用

塔式反应器特点及应用
1.填料塔
优点:结构简单,耐腐蚀,轴向返混可忽略,能获得较大的液相转化率,气相流动压降小,降低了操作费用.(塔内流动模型接近活塞流)
应用:适用于快速和瞬间反应过程,特别适宜于低压和介质具腐蚀性的操作。
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
优点:逐板操作;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;板间可设置传热构件,以移出和移入热量。
应用:适用于快速和中速的传质过程控制的化学反应过程,大多用于加压操作过程。
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。
液相轴向返混严重,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,因此常用多级彭泡塔串联或采用间歇操作方式
华北化工装备公司。
4月1日单元3任务2鼓泡塔式反应器仿真操作

4月1日单元3任务2鼓泡塔式反应器仿真操作鼓泡塔式反应器仿真操作是单元3任务2的重要内容。
在进行仿真操作之前,我们需要了解鼓泡塔式反应器的基本原理和操作流程,以便能够准确模拟和分析该反应器的性能。
本文将介绍4月1日完成的单元3任务2鼓泡塔式反应器仿真操作的详细过程及相关结果。
1. 实验目的鼓泡塔式反应器是化工领域常用的反应设备,在工业生产中具有广泛应用。
本次实验的目的是通过仿真操作,了解鼓泡塔式反应器的基本原理、工作特性以及优化方法。
2. 实验步骤(1)准备工作:首先,需确认仿真软件及相关设备已经准备就绪。
保证计算机的正常运行,并确保安装了合适的仿真软件。
(2)模型建立:在仿真软件中,建立鼓泡塔式反应器的数学模型。
根据实际情况确定模型的输入参数,包括反应物质的浓度、温度、压力等。
(3)模拟运行:根据实验要求,设置仿真软件的运行参数。
包括反应器的操作条件和目标要求。
运行仿真软件,模拟鼓泡塔式反应器的运行过程,并输出仿真结果。
(4)结果分析:对仿真结果进行分析和评估。
包括反应物质的转化率、反应速率等指标的计算和比较。
观察反应器的温度、压力和流体分布等变化情况。
(5)参数调整:根据分析结果,对反应器的相关参数进行调整。
可以改变反应物质的初始浓度、温度和流速等参数,以获得更好的反应效果。
(6)结果验证:对调整后的参数进行仿真运行,并观察结果的变化。
通过与实际操作的对比,验证仿真结果的准确性和可靠性。
3. 实验结果根据仿真操作和分析,得到了鼓泡塔式反应器的相关结果:(1)反应物质的转化率随时间的变化曲线;(2)反应物质的浓度随反应器高度的变化曲线;(3)反应器中温度和压力的变化曲线;(4)气液两相混合的程度及流体的流动情况。
4. 结果分析根据仿真结果的分析,可以得到以下结论:(1)反应物质的转化率随时间的增加而逐渐增加,并趋于稳定;(2)反应物质的浓度随着反应器高度的增加而逐渐减小,且呈现非线性变化;(3)反应器中的温度随着反应进行而升高,压力也随之增加;(4)气液两相的混合程度在鼓泡塔内较好,流体的流动呈现较好的均匀性。
塔式反应器工作原理

塔式反应器工作原理
塔式反应器主要有固定床和流动床两种。
其主要特点是设备简单,操作方便,反应产物和催化剂分离容易,原料转化率高。
但反应器高度大,传热效率低,气体和液体的混合效果不好。
对于这类反应,可采用搅拌式反应器,包括轴向搅拌桨、螺旋桨等。
一、固定床
固定床主要用于热态的化学反应和热态的传热过程,是一种连续床反应器。
它是利用热空气作为加热气体来实现化学反应,在这种反应器中温度均匀分布在整个床层上。
液体和固体通过搅拌装置分散在热空气中进行反应,在其周围形成一层气体膜以实现传质传热。
二、流动床
流动床主要用于气液相接触反应过程和气液固相接触反应过程,也可用于气固多相混合过程。
流动床具有传质效率高、传热效率高的特点。
由于其内部流道较大,液体在其中的传质效果较好。
因此常被用于反应器类型的前两种类型中。
三、流化床
流化床是一种用液体来代替气体的反应器。
它是利用液体作为反应器内的传热介质以提高化学反应速率和降低反应温度。
— 1 —。
反应操作单元(固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器)机械化自动化设计指导方案

反应操作单元(固定床、流化床、釜式、管式、塔式反应器)机械化、自动化设计指导方案目录1反应物系的相态化学反应是指分子破裂成原子,原子重新排列组合生成新分子的过程。
按反应物系的相态来分类,化学反应分为均相反应和多相反应,其中均相反应分为气相均相、液相均相、固相均相三类;多相反应分为气-固、气-液、液-液、液-固、固-固、气-液-固等六类。
2反应器类型反应器是一种实现反应过程的设备,根据不同特性,有不同的分类,工业生产中常用的五种反应器有固定床反应器、流化床反应器、釜式反应器、管式反应器、塔式反应器。
2.1固定床反应器化学工业中最为常用的气固相反应器主要是固定床反应器。
凡是流体通过不动的固体物料所形成的床层而进行反应的装置都称作固定床反应器,其中尤以用气态的反应物料通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气-固相催化反应器占最主要的地位。
如炼油工业中的催化重整,异构化,基本化学工业中的氨合成、天然气转化,石油化工中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氢制苯乙烯等等。
此外还有不少非催化的气-固相反应,如水煤气的生产,氮与电石反应生成石灰氮(CaCN2)以及许多矿物的焙烧等,也都采用固定床反应器。
2.2流化床反应器流态化技术是一种强化流体(气体或液体)与固体颗粒间相互作用的操作,可使操作连续,生产强化,过程简化。
具有传热效率较高、床层温度分布均匀、相间接触面积很大、固体粒子输送方便等优点。
流态化的过程与流化床的结构紧密联系,要根据生产任务正确识别流化床反应器及其附属设备。
流化床反应器是将流态化技术应用于流体(通常指气体)、固相化学反应的设备。
有气-固相流化床催化反应器和气-固相流化床非催化反应器两种。
以-定的流动速率使固体催化剂颗粒呈悬浮湍动,并在催化剂作用下进行化学反应的设备称为气-固相流化床催化反应器(常简称为流化床),它是气-固相催化反应常用的一种。
流化床反应器的结构形式很多,除单器外,还有双器流化床反应器。
(优选)聚合反应器的分类介绍

3.卧式搅拌反应器 该型式可设置多个搅拌器,每个搅拌器之间
用隔板分开,使物料在反应器内流动状况类似 于多级串联搅拌反应器,从而减少设备台数, 降低安装高度。
同时由于聚合反应器内物料粘度高、易结垢,因而要求传热速率高、结构简 单、避免易挂料的粗糙面及导致结垢的死角并易于清洗。
聚合反应器常用的传热装置型式有夹套传热、釜内传热件及釜外传热等。
1.夹套 根据工艺要求,夹套内可通入传热介 质(水、水蒸气或热载体等)。
为了提高夹套的传热系数,可通过提 高夹套传热介质的流速来实现,为此, 常在夹套内安装导流挡板。
优点:当设备较大时,搅拌轴可做成短而
细,稳定性好,且可降低安装高度。同时由 于把笨重的传动装置安装在地面基础上,从 而改善了釜体上封头的受力状态,也便于维 护与检修。
缺点:轴密封较困难,而且搅拌器下部
至轴封处常有固体物料粘积,影响产品的质 量,检修时需将釜内物料全部排净。该型式 较常用于大型搅拌设备。
1.以液体粘度和反应釜体积为依 据选型
右图为在较合理搅拌功率消耗下, 物料粘度与反应体积的关系图。图 中表示各种叶轮适用范围。
2.以流动状态、搅拌目的为依据选型 下表就列出了根据流动状态和搅拌目 的来选择搅拌器。
三、传热装置
化学反应过程伴有放热或吸热,对聚合反应而言,往往要求严格控制反应温 度,使其恒定或按一定的温度曲线进行。
其他型式的搅拌反应器
1. 偏心式搅拌反应器 偏心式搅拌反应器是搅拌器中
心偏离容器中心。由于其搅拌轴偏 离容器的中心轴线,使流体在各点 所受的压力不同,因而液层间的相 对运动加强,增加液层的湍动,明 显提高搅拌效果。但容易引起振动, 故一般多用于较小型设备。
2.底部传动搅拌反应器
塔式反应器保护措施

塔式反应器保护措施
塔式反应器是一种常见的化学反应器,用于处理高温、高压、有害物质等危险物质。
为了确保操作人员和设备的安全,需要采取一系列的保护措施。
防爆门:在反应器壳体上设置防爆门,当反应器内部出现过压时,防爆门会自动打开,以释放压力并避免发生爆炸事故。
安全阀:在反应器上设置安全阀,当反应器内部压力超过安全阀设定值时,安全阀会自动打开,以释放压力并避免发生爆炸事故。
温度控制:通过设置温度传感器和控制系统,对反应器内部温度进行实时监测和控制,避免因温度过高引发反应失控的风险。
液位控制:通过设置液位传感器和控制系统,对反应器内部液位进行实时监测和控制,避免因液位过高或过低引发反应失控的风险。
废气处理:为了避免有害气体对环境和操作人员的危害,需要对反应器排放的废气进行处理,如通过设置废气吸收装置等。
以上就是常见的塔式反应器保护措施。
除此之外,还需要定期对设备进行检查和维护,确保各项指标满足安全要求。
塔式反应器设备安全技术措施

塔式反应器设备安全技术措施塔式反应器是一种重要的化工设备,它广泛用于石油化工、化学工业、医药工业、农药工业和食品工业等领域。
由于反应器操作条件的特殊性,塔式反应器存在着一定的安全隐患。
为保障设备安全,以下是几种塔式反应器设备安全技术措施:1. 设计阶段在塔式反应器的设计阶段,应考虑安全因素。
尤其是要确保反应器能够承受操作条件下的压力和温度,同时还需要针对生产工艺选择适当的材料。
在设计中应留出足够的安全系数,以确保设备的安全性。
2. 选用合适的设备在选用塔式反应器时,应选择符合安全要求的设备。
例如,应选用符合国家标准的设备,而且设备材料和设备厚度都应符合标准要求。
在选用设备时,还应考虑到反应器的使用环境,多年使用的经验也是一个重要考虑因素。
3. 严格执行操作规程在使用塔式反应器时,必须要严格按照操作规程执行,以确保设备的正常运行。
特别是对于驾驶员、操作工和维修人员,应进行专业培训,熟悉塔式反应器的操作方法和注意事项,严格遵守操作规程。
4. 安装防护设备针对塔式反应器使用过程中可能发生的事故,应在设备上安装防护设备,例如安全阀、压力计、温度计、流量计等。
这些设备监测反应器工作状态,一旦发现异常情况,就会及时采取措施,避免设备的危险发生。
5. 定期检查维修定期检查塔式反应器设备对设备的安全保障非常关键。
这涉及到设备的定期维护和保养,检查设备连接情况、阀门和管道的泄露情况,以及设备本身的压力、温度和流量等参数是否正常。
如发现异常,应及时处理,并在安全检查表上签字记录。
6. 做好紧急预案事故预案是实现塔式反应器设备安全保障的重要措施。
在塔式反应器发生危险事故时,应启动优先级高的紧急预案,包括疏散人员、把所有泄漏和异常关闭系统等。
为确保行动的平稳和迅速,还应制定一份操作手册。
7. 增强员工安全意识员工的安全意识对于塔式反应器设备的安全保障非常关键。
公司应该加强对员工的培训和教育,提高员工的安全意识,引导员工树立安全第一的思想,做好安全意识教育和安全意识提高活动。
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52
流向:液体在重力作用下自上而
下通过各层塔板后由塔底排出;
气体在压差推动下,经均布在塔 板上的开孔由下而上穿过各层塔 板后由塔顶排出;在每块塔板上 皆贮有一定的液体,气体穿过板 上液层时,两相接触进行传质。
板式塔的结构 1.塔壳体 2.塔板 3.溢流堰 4.变液盘 5.降液管
53
板式塔的结构
31
填料塔逆流操作时的持液量
1.动持液量:在填料塔正常操作时突然停止喷淋液体和输 入气体,由填料层流出的液体体积与填料层体积之比。
2.静持液量:当停止喷淋液体和输入气体后经过一段时间
仍然滞留在填料层内的液体体积与填料层体积之比。
Ht H0 H s
静持液量Hs、动持液量Ho 总持液量Ht 适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益。
23
填料塔适用于:
1. 真空操作的精馏,产生泡沫的物料。
填料对泡沫有限制和破碎的作用。
2. 对于超小型的塔填料塔更有优势,塔径在2.5以下。
对于塔径在2.5以上,一般选择板式塔。
3. 对于高腐蚀性的物料精馏。
但冷却移除反应热或溶解热时,结构复杂化。
比较:高效填料材料的使用,使填料塔相对于板式塔的 效率可以以10倍计。
(1) 鲍尔环填料具有低压降、通量大、效率高的特点。
应用: 适用于各种分离、吸收、脱吸装置、常减压装
置、合成胺脱碳、脱硫系统、乙苯分离、异辛烷、甲
苯分离。
(2) 改型鲍尔环:高径比为0.2-0.4,取消了阶梯环的翻
边,采用内弯弧形筋片来提高填料强度,在乱堆时有
序排列,流道结构合理,压降低,在处理能力和传质
2.
k AG apA k B1aC B
反应在液相内进行,为液相控制。 化学吸收可以大大降低塔的高度,
而物理吸收塔过高,不能够实现。
51
5.3 板式反应器(tray column reactor)
G L
1. 适于易聚合或含有固体悬浮物的物料
2.较适合有多股进料及侧线采出的精馏
3. 比填料塔操作范围较大(最小润湿速率, 液泛现象)
性能上均有所改善 。
15
(3) 阶梯环: 吸取了短拉西环的优点而对鲍尔环的改
进。减少了气体通过床层的阻力,并增大了通量,填
料强度较高,由于其结构特点,使气液分布均匀,增
加了气液接触面积而提高了传质效率。
(4) 马鞍环:低压降、通量大、传质效率高。 应用: 蒸馏、气体吸收、再生及脱吸系。
16
液体喷淋装置
有单管喷洒,蓬式喷洒, 多孔管喷洒,盘式喷洒等
17
液体再分布器
作用: 减轻液体流动时, 逐渐增大的壁流现象。 如令每段填料层的高度为Z, 塔径为D,对乱堆拉西环, 取 随着填料性能的改进, 之值可增大, 该值一般在3至10之间。
18
气体入口布气结构
作用:防止气体直接冲刷填料层。
当塔径小时,将进气管做成向下45º 的切口, 以免气
36
物理吸附
为了计算填料塔高度,必须把传质速度方程式和 物料平衡方程式联立求解。计算的空间基准为单
位塔截面,高为dH的微元体积,其中相界面积为
adH;由于稳定操作,时间基准可以任意取△t。
37
38
39
40
KAG,KLG分别是组分A一分压和液相浓度表示的传质系数。
41
动力学控制与扩散控制: 当传递速率远大于化学反应速率时,实际的反应
第五章 塔式反应器
参考文献:
<现代塔器技术> 兰州石油机械出版社 主编 中国石油化工出版社出版
1
本章内容
1. 填料塔-内部构件,填料特性,流体力学特性 物理吸收,化学吸收 2 板式塔-结构,特性,适用性 3. 降膜反应器, 喷雾反应器特点 4. 鼓泡塔-鼓泡塔流动力学
2
5.1 概述 一、塔式反应器特点及应用
CA=0
PA*=HACA/PA =0
HA K AG a k AG a k A1a 1 1
-气相总传质系数
47
(2) CB 高时
塔顶:
塔底:
气相传质控制
48
塔顶: 塔底:
液膜传质控制
49
塔顶: 塔底:
50
化学吸收
结论:
1.
k AG apA k B1aCB
气相反应速率较慢,由较慢的控制。
CT≈CU
44
当处理稀溶液时,Pt≈Pu CT≈CU 可得到微分物料平
衡方程
G L dpA — dcA B pt bCT
对塔内任一截面的组分积分, 求得 G/Pt (PA-PA1) = - L/bCT (CB-CB1)
45
例1
物理吸附
G L dpA dcA pt CT
46
PA=20 PA
计算kL的关联式。
(7-3) 式中 k L——液相传质分系数, kmol/[s· m2· (kmol/m3)]; dp——填料的名义尺寸,m。 GL——液相质量流速,kg/(s· m2)。
34
计算气相传质系数 kG的关联式
式中
kG——气相传质分系数,kmol/(s· m2· kPa);
降膜、板式塔、鼓泡塔:易;填料塔:难
(5)应能在较少流体流率下操作
填充床反应器、降膜反应器和喷射反应器有限制。
8
气液反应器的形式和特点 气相 I II 分散 连续 液相 连续 分散 举 鼓泡反应器 喷雾反应器 例 板式反应器 文氏反应器
III
连续
膜状连续 填料反应器
降膜反应器
9
5.2 填充床反应器(packed column reactor)
速率就完全取决于后者,叫做动力学控制;
反之,如果化学反应的速率很快,而某一步的传
递速率很慢时,例如经过气膜或液膜的传递阻力
很大时,过程速率就完全取决于该步的传递速率, 叫做扩散控制。
42
' rA
化学吸收 反应式为A(气)+B(液)——产品。 采用逆流稳定操作。 气相中失去组分A的物质的量=1/b液相中失去组分B的 物质的量=液相中反应掉的A的物质的量。
适合反应器:填料反应器和板式反应器
6
(2)有利于反应选择性的提高
平行副反应:如主反应快于副反应,则采用储液量
较少的反应设备
连串副反应:返混较少的反应器,或半间歇 连串反应产物为主产物,反应速度很慢, 适合反应器型式?
7
(3)有利于降低能量消耗
反应热的回收,压力能的回收,分散液体所需要的动力。
(4)有利于反应温度的控制
C——系数,对大于15mm的填料,C=5.23;小于
15mm的填料,C=2.0;
35
轴向混合对传质过程的影响
气液相流动的不均匀,
再加上涡流因素。
由于返混,塔内气液浓度随塔 高的变化曲线与假想情况发生
差异。返混使传质推动力减小,
故应设法减小返混程度。
需适当加高,以保证 预期的分离效果。
轴向混合对塔内气液浓度分布曲线的影响
因L3>L2>L1
27
液泛
在泛点气速下,液体被大量带出塔顶,塔 的操作极不稳定,甚至会被破坏,此种情 况称为淹塔或液泛。
28
液体喷淋密度: 指单位塔截面积上,单位时间内喷淋的液体体积, 以U表示,单位为m3/m2· h)。
U min ( Lw ) min a
式中 U
3/(m2· —— 最小喷淋密度, m h); min
Ldx B ' GdYA rA adH b
其中 r
' —宏观反应速度 A
(5.7)
b—B的反应系数与A的反应系数之比。
43
Ldx B ' GdYA rA adH b
p A p A1 p C B1 L L cB ' B1 G (Y A Y A1 ) ( X ) G ( ) ( c ) r XB B- B1 ) B1 A adH b pV pV 1 b cV cV 1 填料高度为: YA 2 dY pA2 dp A L xB1 dxB A H G GPt YA1 r ' a p A1 ( p p ) 2 r ' a xB 2 r ' a b A t A A A 当处理稀溶液时,填料 塔的高度H为: Pt≈Pu G p A 2 dp A L CB1 dCB H ' p CB 2 r ' a A1 r a p bC Pt 1 T A A
由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等 部件组成。塔板是板式塔的核心部件,它提供气液 接触的场所。 ① 气体通道-筛板、浮阀、泡罩等对塔板性能影响很大 ② 降液管(液体通道)-多为弓形
24 板式塔不宜堵塞,填料塔则不然,所以有串连的做法
填料特性的评价
(1)比表面积
-塔内单位体积填料层具有的填料表面积,m2/m3。 须把比表面积与有效的传质比表面积加以区分。 (2)空隙率 -塔内单位体积填料层具有的空隙体积,m3/m3。 u-空塔气速; u1气体在填料层孔隙内流动的真正气速。
u1 u /
陶瓷、聚丙烯、增强聚丙烯
产量0.5-6500万吨年系列产品, 填料塔 塔径:0.25-4.5(m) 塔高:6-28(m)
12
填料(packings)
拉西环
球形填料
共 轭环
鲍尔环 矩 鞍环
陶瓷波纹填料 聚丙烯球 海尔环
13
麦拉派克