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一液、气一固、液一液、液一固、气一液一固等反应器。鼓泡反应器是以液相为连续相,气相为分散相的气液反应器。温州鼓泡塔工艺
鼓泡塔反应器广泛应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。例如,各种有机化合物的氧化反应、各种石蜡和芳烃的氯化反应、各种生物化学反应、污水处理曝气氧化和氨水碳化生成固体碳酸氢铵等反应,都采用这种鼓泡塔反应器。鼓泡塔反应器在实际应用中具有以下优点:1、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。2、结构简单,容易清理,操作稳定,投资和维修费用低。温州鼓泡塔工艺鼓泡塔的流体力学特性,塔内液体流动状态由空塔气速UOG决定,空塔气速UOG=V0/At。
鼓泡反应器液体为连续相,气体为分散相,它具有无运动部件、结构简单、热容量大、传热性能好、温度容易控制及安全性高等优点。然而在表观气速5cm/s以上时,随着小气泡不断合并成大气泡和大气泡不断破裂,反应器流型由均匀鼓泡流进入湍流区,气体向塔中心聚集,因此塔中心出现低密度区,塔内液体出现抛物线型速度分布,即塔中心液体向上流动,近壁区向下面流动,造成塔内液体的循环。鼓泡塔的液相轴向返混系数正比于表观气速的0.3~0.5次方以及塔径的1.25~1.5次方,对于一个直径6米的鼓泡塔,可达到完全返混的程度。然而,返混对于具有串联步骤的反应来说是不利的。例如,为减少反应混合物的返混,工业环己烷催化氧化反应采用多级串联方式,以限制氧化产物的停留时间,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。具有串联反应特点的不只有烃类氧化,还有选择性加氢、费一托合成等体系。
在固定床反应器中,气体反应物需要经历气-液界面与液-固界面的传递过程,才能较终转移到固体催化剂表面进行反应。因此反应器的传质性能对反应速率以及反应的转化率具有显着影响。1、疏水性催化剂。固定床鼓泡反应器中,为了提高催化剂的利用率,希望催化剂始终处于完全润湿状态。这种情况下,通过改性制备疏水性的催化剂有利于降低反应过程中的传质阻力,使得气相反应物更容易扩散至催化剂表面完成反应。2、相界面积。物料在反应器内需要经历气-液界面的传质过程才能发生化学反应,相界面积是影响传质过程的重要因素。3、平均气泡直径。在固定床鼓泡反应器中,气泡直径对气体流动状态、气液传质效率以及反应速率有显着影响,固定床鼓泡反应器内气泡的平均直径与气液流速、流体的物性、床层结构等有关。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。
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),在比较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。鼓泡塔反应器因结构简单、传质传热效率高等优点而大量应用于石油化工、能源、环境、生物工程等领域。温州鼓泡塔工艺
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;温州鼓泡塔工艺
鼓泡反应器的特点是气相高度分散在液相之中,具有大的液体持有量和相际接触面,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;同时,鼓泡反应器结构简单,塔内充满液体,气体自塔下方流入,通过气体分布器均布后成气泡向上流,操作稳定,投资和维修费用低。但是鼓泡塔单位体积的相界面积则是所有塔式反应器中很小的一种,因此,过程中传质影响明显的气液反应不宜采用鼓泡塔。此外,塔内液相的返混和气相的压降也较大。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。温州鼓泡塔工艺
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