嘉兴市矿产资源总体规划（2011—2015年）.doc

第3章气-液相反应器
概述
板式塔反应器
填料塔
鼓泡塔反应器
鼓泡搅拌釜
2/25/2018
1
概述
气-液相反应过程通常为气相反应物溶解于液相后,再与液相中的反应物进行反应。但也可能是反应物均存在于气相中,它们溶解于液相后再进行反应,如尿素生产中氨和CO2的混合物在水中的反应。气-液相反应过程是一种存在两个流体相的非均相反应过程,气-液相反应过程的分析方法对其他存在两个流体相的非均相反应过程,如液-液相反应过程、气-液-固三相反应过程的分析也有借鉴作用。
气-液相反应在化工生产中主要用于:
(1) 直接制取产品。例如环己烷氧化制环己醇和环己酮,丙烯水合制异丙醇,一氧化碳和甲醇羰基合成生产乙酸。这种场合,气相往往是反应物,而液相则有几种不同的情况。有
2/25/2018
2
时液相是反应物,例如氯气与液态烃的氯化反应;有时液相是液体催化剂,例如乙烯和氧气通入氯化铅和氯化铜的醋酸水溶液中进行氧化反应生成乙醛;有的液相既有反应物又有催化剂,例如氧气通入含有醋酸锰的乙醛中进行氧化反应以生产醋酐。
(2) 气体净化和分离。脱除气相中某一种或几种组分,这种场合,常用于气体的化学吸收;例如用热钾碱或乙醇胺溶液脱除合成气中的二氧化碳,用铜氨溶液脱除合成气中的一氧化碳等,这类过程通常又称为化学吸收。
对前一类应用,关注的重点通常是传质如何影响反应;而对后一类应用,关注的重点往往是反应如何加快吸收。在石油化工和化学工业中有许多气-液反应的生产实例,由于均相催化剂的应用,气-液反应过程越来越显示出其重要性。
2/25/2018
3
气-液相反应器的分类
气-液相反应器是用来进行气-液反应的反应器。由于气-液反应的复杂性,对不同的反应条件和传质、传热、返混的不同要求,形成多种气-液反应器的类型和结构型式。
工业气-液反应器按外形可分为塔式、釜式和管式等。
工业气-液反应器按气-液接触的方式,可分为三大类:
1、液膜型:如填料塔、湿壁塔、膜式塔,在这类反应器里,液体呈膜状流动与气相接触,气-液两相均为连续相;
2、气泡型:如鼓泡塔、板式塔、搅拌鼓泡反应器,在这类反应器里,液体为连续相,气体以气泡形式分散在液体中;
3、液滴型:如喷洒塔、喷雾塔、喷射反应器、文丘里反应器,在这类反应器里,气体为连续相,液体以液滴形式分散在气
2/25/2018
4
体中。
上述分类并非绝对的,有些气-液反应器可能随操作状况的不同而属于不同类型。例如,筛板塔当气体空塔速度较低时,气体鼓泡通过塔板上的液层,液体为连续相,气体为分散相, 属气泡型;但在高空塔气速下处于喷射状态操作时,液体被分散为液滴悬浮于气流中,此时液体为分散相,气体为连续相,属液滴型。
下面介绍几种应用较广的气-液反应器的结构和特点。
1 板式塔
板式塔结构如图3-1所示。板式塔由通常为圆筒形的塔体和按一定间距水平设置在塔内的若干塔板组成。用于气-液相反应的主要塔板型式为筛板或泡罩板,但近年来浮阀板也开始用
2/25/2018
5
图3-1 板式塔结构图
图3-2 带降液管和不带降液管的板式塔
2/25/2018
6
于气-液相反应。
塔板之间通常设降液管[图3-2(a)],但也有不设降液管的[图3-2(b)]。无降液管的板式塔结构简单、造价较低,,放大比较困难。
板式塔操作时液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出,气体在压力差推动下,自下而上穿过各层塔板,至塔顶排出。每块塔板上保持着一定高度的液层,气体以气泡形式分散于液层中。
板式反应器适用于快速和中速反应过程。采用多板可以将轴向返混降低至最小程度,并可能采用很小的液流速率进行操作,从而能在单塔中直接获得极高的液相转化率。这是板式反应器的主要优点。同时,板式反应器气-液传质系数较大,也是强化传质过程的塔型,适用于传质过程控制的化学反应过程。
2/25/2018
7
板式塔中单位体积的气-液相界面积、气-液传质系数和持液量均较填料塔大。板式塔中各板所持液体成多级串联形式,液相返混程度较单级鼓泡塔或通气搅拌釜小得多。通过调节塔板上液层高度,板式塔能在较大范围内适应不同液体流率和停留时间的要求,对气体流率高,液体流率低,以及需要反应时间较长的场合均能应用。另外,板式塔中每块板上都可设置换热管以提供或移除反应热,例如在用水吸收NO2生产浓硝酸时会产生大量的热量需及时移去。
板式塔的缺点是结构较复杂,如果塔板必须用比较昂贵的材料制造,其经济性可能无法与填料塔或鼓泡塔竞争,板式塔的气体流动阻力较填料塔大,塔板需用耐腐蚀材料,而且由于气流压降较大,大多数板式反应器仅用