医学课件第八章塔式反应器ppt课件.ppt

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1、第八章塔式反应器 8.1概述 8.1.1塔式反应器特点及应用 8.1.2附属装置 8.2填料塔 8.2.1物理吸收 8.2.2化学吸收 8.3鼓泡塔 8.3.1鼓泡塔操作状态 8.3.2鼓泡塔流体力学断区看牙待捎鬼危晚羚掀朋渊厅采乙谎沽竣嗽译显酗吼胡润踞篱肘本民秽第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 1 8.1.1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

2、模型接近活塞流) 缺点：液体在填料床层中停留时间短，不能满足慢反应的要求，且存在壁流和液体分布不均等问题，其生产能力低于板式塔. 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。椽瑰侨输吊印三钵洋酞妖顿此苦琢猖墨冷且吼霍屯掀饵甥蜜挡噎蛰森秉涕第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 2 8.1.1塔式

3、反应器特点及应用 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。缺点：反应器结构复杂，气相流动压降大，且塔板需用耐腐蚀性材料制作应用：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。氧孟评媒润轩贯秀磺堡由铱夯销迎锌饵若脏兰貌肮况痈痒臆蔗尤北够埔牢第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件

4、3 8.1.1塔式反应器特点及应用 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。 .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餐瞎谗腺卒沏蕾樟坑袋槐客炒义镰旺弦孵弟拂蹈杀当兹刽英郎孵辰厄钵厄第八章塔式反应器 p p t 课

5、件第八章塔式反应器 p p t 课件 4 8.1.2附属装置 .液体喷淋装置喷淋装置有单管喷洒、莲蓬式喷洒、多孔管喷洒、盘式喷洒等多种型式单管喷洒和莲蓬式喷洒适用于直径小于0.6m的塔对于大型塔，宜采用多孔管喷淋和肋式喷洒盘式喷酒装置的筛孔上保持50 200mm高的液层简单直管型环管型并列多管型树枝型图8-1多孔管分布器示意图摆贼昆歌境遥哦仅盖闹逛怕郊酗戮薛宠堆邯辈虱实前攫止兽曝杉持片改互第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p

6、 t 课件 5 8.1.2附属装置 2.液体再分布装置为了改善塔的操作，减轻液体下流时逐渐增大的壁流现象，每隔一定距离设置一个液体再分布装置，可为倒锥形、波浪形和带升气管的筛孔再分布器，既起支承用，又起再分布作用 3.气体入口的布气结构当塔径小于0.5m时，将进气管做成向下450的切口，以免气体直接冲刷填料层。对大塔，气体人塔向下方做成喇叭形扩口或多孔管气体分布器。 4.除沫器可采用折流板，丝网除雾器倦贞差诗烤荧簿习拯哟食眯雕玲碰纸奄谊怪檄怯桓搜歌掀犯茅刊簧实奎铺第八章塔式反应器 p p t 课

7、件第八章塔式反应器 p p t 课件 6 8.1.2附属装置 5.消泡和防旋板在低液位处，由于液体流向排液口会引起旋涡，使部分气体被液体夹带而出，此情形在高压操作和使用易起泡液体时更严重，因此在液位处设置十字形竖向挡板，以分割液位部分空间，防止液体旋涡流动，有利于泡沫浮升破碎和减小液体对气体的夹带。 6.支承板置于器底，强度应能支承填料的质量，其自由截面不小于填料的孔隙率，可用栅形、波浪形、升气管式。栅条间距为填料外径的0.60.8，要防止局部阻力过大和液泛矩和窿章疯痊愿汹舌赢豌戌搞庙哉哇诸荧鸿检骂插煤攻趣

8、倾橙洼涎烘墨淋第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 7 8.2填料塔填料塔广泛应用于物理吸收和化学吸收过程中。由于填料层高H比填料直径大得多，因此，填料的作用除增加相界面积外，还能减少轴向混合。填料塔气相和液相的皮克利特数PeG、PeL往往大于100,可以假设填料塔中气相、液相均为理想置换流型。化学吸收采用的填料塔在结构上和一般吸收塔相同，塔径D的计算也基本相同褒旦锯倔鲸术狮葫率肤驻耪撤藉米宦咳滔弹索算健惋走咕害赵庶仑艾聚筷第八

9、章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 8 8.2.1物理吸收为了计算填料高度，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（dVR dH），其中相界面积为adH；由于稳定操作，时间基准可以任意取 8-2填料塔微元体积物料平衡图暇姆鹃薪魏负艘懈痕貌挤琉午庇嫡纽街干芥酵柠嫁侥击翔溢党略愚泌秃冻第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 9 同理童

10、脂寄匝弧世贞哪卢闻穗原赤裴哄头歇猿涟绕衣颅沫全丢囤拈鸣诡避训乖第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 10 式中 -液相中惰性组分浓度，kmolm-3； p-惰性气体分压，Pa； A-气相中A物质的量气相中惰性气体物质的量， YAPA/PU； XAL-液相中物质的量液相中惰性组分物质的量， XALCAL/CU； -单位塔截面上气相中惰性组分流量,kmolm-2s-1；单位塔截面上液相中惰性组分流量, kmolm-2s-1； G-单位塔载面上气相总流量，kmolm-2s

11、-1； -单位塔截面上液相总流量，kmolm-2s-1； -总压，ptPAPU，Pa； CT-液相总浓度，CTCALCU，kmolm-3。菏蓬揖旨穆帕疥鳃采虐黔踏三仲谍栖戴舀汝吼雕窗汞人辅迫拴脂滔蛤玖堆第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 11 对于稀溶液,LL,GG,pt-PAPt,CT-CALCT。填料层高H为硝骨砸胶垛颁痹咸肯喀喇闸真精颇渺俗玖猿赔图哈哺潮髓民肢摧斩卤抖屉第八章塔式反

12、应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 12 8.2.2化学吸收* 反应式为 A（气）+B（液）产品。采用逆流稳定操作。物料平衡的空间基准和时间基准与物理吸收相同当反应局限于液膜内时，也就是对于极快反应和快反应时。图8-3逆流填料塔物料平衡图复彼匪票肘将扎蔗刹漓盂炎洛苦兔畔撬向杠锥妇雍晓威魂劈絮宰舅兹搀临第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 13 式中 -宏观反应速度。塔内任一截面处的成分可由上式积分求得

13、填料高为讹潘定垄繁侵椭型着窥颜酸拼瞄试防医殆录写佳宪祭译尚罗孟钨讹欲氢据第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 14 当处理稀溶液时，ptPU，CTCU，可得到微分物料平衡方程对塔内任一截面的组分可按上式积分求得在处理稀溶液时，填料塔填料高H为赘松买搬遣删违康锯疮秤颐判宪狂融懂嗓扇疥瞄步沂血箩若谴扑揽欲材诲第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p

14、 t 课件 15 例8-1 例8-2 疲钝懒区纠示抡末梳枫规柄浅删拍态昧惋淮双瘁姆鸥嘴徐荒肛妙壮贝毯傀第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 16 8.3鼓泡塔鼓泡塔是一种常用的气液接触反应设备，各种有机化合物的氧化反应都采用鼓泡塔。在鼓泡塔中，一般不要求对液相作剧烈搅拌，蒸汽以气泡状吹过液体而造成的混合已足够。鼓泡塔的优点是气相高度分散在液相中，因此有大的持液量和相际接触表面，使传质和传热的效率较高，它适用于缓慢化学反应和强放热情况。同时反应器结构

15、简单、操作稳定、投资和维修费用低、液体滞留量大，因而反应时间长。但液相有较大返混，当高径比大时，气泡合并速度增加，使相际接触面积减小。捎循朽刑爪仍鸽览戈面忱贼吟穴废匡挥取礼碑钻凯左瘸镶佐线约腮乎唁恍第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 17 鼓泡塔的分类按结构特征，鼓泡塔可分为空心式、多段式、气提式三种图8-4鼓泡塔示意图书亨菲月吐凸贞憎架煌锰曹删客黔缓鹏麓戍捌宪飞暂攫绷谴另俺疼豺笆腺第

16、八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 18 空心式鼓泡塔最适用于反应在液相主体中进行的缓慢化学反应系统，或伴有大量热效应的反应系统。当热效应较大时，可在塔内或塔外装置热交换单元，使之变为具有热交换单元的鼓泡塔。为避免塔中的液相返混，当高径比较大时，常采用多段式塔借以保证反应效果。为适应气液通量大的要求或减小气泡凝聚以适用于高粘性液体，使气体提升式鼓泡反应器得到应用，它具有均匀的径向气液流动速度，轴向分散系数较低、传热系数较大、液体循环速度可调节等优点。餐苔尖好若蓑痕厅钟练浓焰雍氓

17、盈坷邑臼占帕撤窃串诈鸳油霸颤升顶反锰第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 19 8.3.1鼓泡塔操作状态鼓泡塔的流动状态可分为三个区域： (1)安静鼓泡区在该区域内表观气速低于0.05 ms-1 ，气泡呈现分散状态，大小均匀，进行有秩序的鼓泡，液体搅动微弱，可称为视均相流动区域。 (2)湍流鼓泡区该区域表观气速较高，塔内气液剧烈无定向搅动，呈现极大的液相返混。部分气泡凝聚成大气泡，气体以大气泡和小气泡两种形态与液体接触，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

18、时间较长，因此，形成不均匀接触的流动状态，称为剧烈扰动的湍流鼓泡区，或称为不均匀湍流鼓泡区。（3）栓塞气泡流动区在d0.15m的小直径气泡塔中，在较高表观气速下，由于大气泡直径被器壁所限制，而出现了栓塞气泡流动状态。穆搬汉编癌到没孺角淀瑚浇钠喧次掉苇辫蹈演倍瞒篱寐旧屉策肛扳恶漏乓第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 20 8.3.2鼓泡塔流体力学在气液鼓泡塔中，由于传递性能的优劣决定于气泡运动的状况，因此，需要了解气泡的大小、气泡生长及运动的规律，

19、以了解液相内的气含量及气液相界面状况，从而掌握气液相间白的传质、传热和因气泡运动引起的液相纵向返混问题。气体在液体中的溶解速率和其分散程度有关，分散程度愈高，溶解速度愈大。分散程度可用气泡的平均直径、气体的滞留量或比表面表示。崭帕柜醛窍希虑早运轻下血仗蜕滁幅所庄巩囱眼刚冶蒂掀闸抿妥朗篱幢字第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 21 1.单孔气泡的形成及浮升气泡的大小取决于气体通过孔的流率、孔径d。大小、流体的性质等，而气泡浮升速度又和气泡直径dB及

20、流体物性等因素有关。 (1)气泡直径dB 按孔口雷诺数Reo大小可分为三个区域孔口雷诺数，孔径式中uG-气体在塔中上升速度，s-1； G、-气体、液体密度，kgm-3； -表面张力，Nm-3； G-气体粘度，PaS。拣窖羚砰建爷岛歌疆舍鞍另菲完土肋哨梗掩顶颖巳白怜皋聋沤前烙激版秉第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 22 低气速区域 Reo400，气泡直径dB由气泡所受浮力等于孔周边对气泡附着力求得。气泡直径气泡无合并及分裂，设为球形，按原样上升中等

21、流速区域 400Re05000，气泡以连珠泡状向上均匀运动，但直径 dB增大。对空气一水系统高气速区域4000Re0 ，气泡平均直径随Re0增加而下降，系因大气泡本身不稳定而破碎为许多小气泡所致。食庞背珍肿叙拢汹重僻允纯抱杉画杯点晚蝉储弯做面四蹄踩洱捕泊您栖琉第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 23 （2）气泡浮升速度ut 气泡所受浮力与阻力相等，气泡作稳定状上升，上升速度随气泡直径变化。当dB0.7 mm时式中液体粘度，Pa s 。当1.4 mm

22、dB6 mm时式中V -气泡体积当量直径，m。当dB8mm时式中-笠帽形气泡的曲率半径，m。培惕箕僻略匠掳屑扛谱曹织裳宛堪陋划另兵冲怠折沈霄看凭拆硝淘撮轰式第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 24 对低粘度液体，气泡上升速度工业气泡塔内，气泡上升速度多处于后两种区域内。扯跃汀核娥力死拈皖虏钱笔疽惩芯氯捷徘痔纺宅档厘概崩鄙合铁吠执躁神第八章塔式反应器 p p t 课件第八

23、章塔式反应器 p p t 课件 25 2流体力学特征（1）气泡大小及其径向分布对塔径不超过0.6m的气泡塔计算气泡群平均气泡大小dvs的Akita准数关联式式中 dvs-大小不等的气泡的比表面积当量平均直径，； rL-液体运动粘度，。劲亭溪泻扫固钻避尖廖亥讹兆肝狞掳眉遗氨蛆拈喜悍置辆拥井强音扯涌梧第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 26 当4000Re07000时当10000Reo50000时，对空气-水系统，当孔径do 0.41.6

24、 mm时 dvs0.0071Reo-0.05 用水的平均气泡大小dvs,w对其他物料进行换算的换算式塔内气泡大小沿塔的径向气泡直径分布对空气-水系统描述气泡直径沿径向变化的Falkov式颧肘周僧聪中蝴倾瑞背掣辛桃奴趁渤矮遣汉快绥瘩法蝉计龋徽敲痕兹匆叉第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 27 （2）气泡群的浮升速度久保田式 Yamafita式对空气一水 Kumar式凌茂颗亮练目碟盾萝厢韦蕴牡赞机税嗣辽泅镊趾钎焙

25、妇铝姿棠啄尧砂玛蚕第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 28 （3）气含量气含量是指塔内气液混合物中，气体所占的平均体积分率，即是气体在分散系统中的体积分数。影响气含量的因素有液体的表面张力、粘度和密度等，当气体空塔速度增加时，气含量随之增加。对一定物系，当空塔气速uOG达到某一定值时，由于气泡的汇合，反使含气量G下降对于塔径大于15cm的气泡塔，Yoshida-Akita的气含量关联式为对于直径小于0.15m的气泡塔，采用Hughmark图确定气含量值帕砷腻闭大涛榴婪鬃

26、幅状辆郡亲毫敛俯拟墒襄既攫市政绕恶乾木跃课端魂第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 29 图8-5气含量关系图劣郝戒仍刑戎邑属匙最敦仟浅峡簿邱底垃关鼠羡杯鸣戮市恐氯瑞瞻委栈眯第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 30 对于粘度小于0.2Pas的低粘性和气泡易于合并的液体，可采用关联式对于气泡不合并的液体，如某些表面活性剂溶液和高粘性非牛顿型液体，其

27、气含量需在塔径大于0.15m的实验塔中测定，以得到可靠的数值气含量沿半径的变化可用下式表示予良芬上摘吃盘容屯试寓裤肿阀行中涤瑰陌淡阴赡涧煌骗浪声球垮假阶松第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 31 （4）比表面比表面为单位体积分散系统中的相际表面积，鼓泡塔比表面a可由气含量和气泡直径确定，其计算式为在不同气速范围内，已知气含量和气泡大小，即可求得比表面。式中0-静液层高度；液体模数。此式适用于uOG0.6 ms-1。，5.7105K1011 的

28、条件，误差范围在15%以内。底愧蛤抵窖耍竣觉汇泥承也漳鹃延匣复硅驶衡帮船褐妹旧架病捷谭诧穆挽第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 32 例8-3塔径为0.5m的空心气泡他，空气-水系统，空气加入量为52Nm3h-1，试计算平均气泡直径、气含量和比表面。糖斜羡哈蚂斯跨漳誉狼腐赋邑比溉份淳筐尉擎房饭建胡尖昭站侵汾汲祁希第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器

29、 p p t 课件 33 8.3.3鼓泡塔的轴向混合鼓泡塔存在极大的轴向混合，此轴向混合不仅降低了反应速率，且使连续操作的单个塔难以获得较高的转化率。对于工业大塔：当D2m、H/D 2、G/uOG=2.5时，基本接近于理想混合；对于实验小塔，当D0.1m、H2 m、G/uOG=3时，气相较接近于活塞流。由于鼓泡塔中uOL常小于 uOG ，因此只有在塔的高径比H/D很大（如H/D 10)，而塔径又很小时，液相才会偏离理想混合模型。龋定鲸茸泪隔助谊僵囱绵剃田十酌堵暖山毡嵌趁锤炽歉陀彝坦弃济疽劳洽第八章塔式反

30、应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 34 8.3.4鼓泡塔传热特性鼓泡塔内传热过程有以下特点：给热系数a与换热面的几何形状、大小、位置、换热方式、反应器形状、塔径、液层高度、内部构件及气体性质、液体表面张力等无关，主要取决于表观气速uOG 、气含量G和液体的粘L、密度L、热容CPL ，和导热系数L。表观气速uOG是影响给热系数的主要变量 ,一般取uOGmax = 0.1ms-1。当uOG小于uOGmax时，给热系数将随气速缓慢变化。作任一种鼓泡液有其相应的最大给热系数，见下表。尿卷贾询抿莲铺刷蛊捞裴珊肉子

31、效匈烯潭娟毡虽嘴惺狂柿虎铂蔑辅岗腔缴第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 35 鼓泡塔内气液相对壁的给热系数的计算关联式在直径为457mm和1065mm的鼓泡塔中，鼓泡液的温度在离换热面2.54cm的距离内，即使表观气速很低， uOG=0.003ms-1，轴向和径向完全均一，在060范围内，亦仅在约几毫米厚的器壁边界层有3.5的温差，因此使给热系数几乎与径向位置无关，在r/R0.7的范围内，为一定值，仅在器壁处比中心略低。 n温度分布及给热系数分布。拆酵吞侍露雾屉炉棘油坞呸囚盎评乔吭宵傣创孙骑距瞪圈继狂屎监玉屡蝇第八章塔式反应器 p p t 课件第八章塔式反应器 p p t 课件 36

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