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1、LOGO,气液相反应器的选择,?,概述,气液相反应的基本类型,在反应过程中至少有一种反应物在气相，另一,些物质在液相，气相中的反应物必须传递到液相,中，然后在液相中发生化学反应，这种类型的反,应称气液相反应。,?,应用：,?,气体的净化和分离,?,生产化工产品,气液相反应的特殊性,?,在气液相反应体系中，气相往往是反应物，而液,相则可能有几种情况：,?,1,、液相也是反应物,?,2,、液相是催化剂,?,3,、液相中既有反应物又有催化剂,?,气液相反应的工业应用,工业反应,工业应用举例,有机物氧化,链状烷烃氧化成酸；对二甲苯氧化生产对苯二甲酸；环已烷,氧化生产环已酮；乙醛氧化生产醋酸；乙烯氧化生
2、产乙醛,有机物氯化,苯氯化为氯化苯；十二烷烃的氯化；甲苯氯化为氯化甲苯；,乙烯氯化,有机物加氢,烯烃加氢；脂肪酸酯加氢,其他有机反应,甲醇羟基化为醋酸；异丁烯被硫酸所吸收；醇被三氧化硫硫,酸盐化；烯烃在有机溶剂中聚合,酸性气体的吸收,SO,3,被硫酸所吸收；,NO,2,被稀硝酸所吸收；,CO,2,和,H,2,S,被碱性,溶液所吸收；,气液相反应器的基本类型,气液相反应器按气液相接触形态可分为：,?,气体以气泡形态分散在液相中（鼓泡塔反应器、,搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器）,?,液体以液滴状分散在气相中（喷雾、喷射和文氏,反应器）,?,液体以膜状运动与气相进行接触（填料塔反应器,和降膜反应器）
3、,?,特点：,?,a.,气相既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加,传质速率；,?,b.,鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维,修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。,?,c.,鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效,率较低。,?,应用：,?,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,填料塔反应器,?,特点：,?,a.,液体沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而,与气相接触进行反应，故液相主体量较少。,?,b.,填料塔反应器气体压降很小，液体返混极小，,是一种比较好的气液相反应器。,?,应用：,?,适用于瞬间、界面和快速反应。,板式塔反应器,
4、?,特点,:,?,a.,板式塔反应器中的液体是连续相而气体是分散相，借助,于气相通过塔板分散成小气泡而与板上液体相接触进行化,学反应；,?,b.,能在单塔中直接获得极高的液相转化率；,?,c.,板式塔反应器的气液传质系数较大，可以在板上安置冷,却或加热元件，以适应维持所需温度的要求；,?,d.,但是板式塔反应器具有气相流动压降较大和传质表面较,小等缺点。,?,应用：,?,板式塔反应器适用于快速及中速反应。,膜式反应器,?,膜反应器,?,特点：,?,a.,通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热,流体导入或导出反应热。,?,b.,降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点。,?,c.,由于
5、降膜反应器中液体停留时间很短，,?,d.,降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是,降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。,?,应用：降膜反应器可用于瞬间、界面和快速反应，它,特别适用于较大热效应的气液反应过程；不适用于慢反应；,也不适用于处理含固体物质或能析出固体物质及粘性很大,的液体。,喷雾塔反应器,?,特点：,?,a.,液体以细小液滴的方式分散于气体中，气体为,连续相，液体为分散相，,?,b.,具有相接触面积大和气相压降小等优点。,?,c.,具有持液量小和液侧传质系数过小，气相和液,相返混较为严重的缺点。,?,应用：,?,适用于瞬间、界面和快速反应，也适用于生成固,体的反应。,搅
6、拌釜式反应器,搅拌鼓泡釜式反应器,?,特点：,?,a.,反应器内气体能较好地分散成细小的气泡，增,大气液接触面积。,?,b.,反应器内液体流动接近全混流，同时能耗较高。,?,应用：,?,搅拌釜式反应器适用于慢反应。,气液相反应器的选型,?,若是传质控制应选择气液接触面积大、持液量较,小的反应器；,?,若是化学反应控制则应选择持液量大的反应器；,?,反应极快热效应又很大，对传热的要求高时刻选,择膜式塔；,?,当液体的处理量大、反应较慢、换热要求较高时,刻选用鼓泡塔,；,?,当有悬浮固体催化剂颗粒时可选用搅拌釜式反应,器，此时为气液固三相，称做於浆反应器,?,用于化学吸收时可选用填料塔和喷雾塔，这
7、种场,合气体浓度比较低，对处理后尾气要求不严格；,?,当用于生产化学品时，反应若极快（瞬时反应），,由传质控制，可选用填料塔和喷雾塔，它们的相,界面积大、持液量低；,?,对快反应和中速反应可选用板式塔和鼓泡塔，这,两种反应器的持液量都比较大；,鼓泡塔反应器的基本结构,简单鼓泡塔,1-,塔体；,2-,夹套；,3-,气体分布器；,4-,塔体；,5-,挡板；,6-,塔外换热器；,7-,液体捕集器；,8-,扩大段,?,1,、塔体：,?,2,、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,?,多孔管等,?,3,、换热装置：,?,夹套式：热效应不
8、大时。,?,蛇管式：热效应较大时。,?,外循环换热式：热效应较大时。,?,4,、水平多孔隔板：,?,提高气体分散度，减少液体纵向循环。,气体升液式鼓泡塔,1-,筒体；,2-,气升管；,3-,气体分布器,?,塔内装有气升管，引起液体形成有规则的循环流,动，可以强化反应器传质效果，并有利于固体催,化剂的悬浮。,?,特点：在这种鼓泡塔中气流的搅动比简单鼓,泡塔激烈得多。,填料塔,?,填料塔的结构与特点,?,填料的类型,?,填料塔的内件,填料塔的结构与特点,?,1.,填料塔的结构,?,填料层：提供气液接触的场所。,?,液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流,现象。,?,液体再分布器：避免壁流现象发生
9、。,?,支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。,?,除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体,。,?,壁流：,?,当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中,的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种,现象称为壁流。,?,壁流效应的后果：,?,造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质,效率下降。,?,解决办法：,?,当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分,布装置。,填料塔结构图,?,气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一,般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连,续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相,密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液,传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常
10、操,作状态下，气相为连续相，液相为分散相。,?,填料作用,?,提供气液接触面积；,?,强化气体湍动，降低气相传质阻力；,?,更新液膜表面，降低液相传质阻力。,填料的类型,?,1,填料（,packings,）的类型,?,1).,分类,?,按填料形状分：,?,网体填料,?,实体填料,?,按填料的装填方式分：,?,散装填料,?,规整填料,?,按材质分：,?,金属填料,?,塑料填料,?,陶瓷填料,?,石墨填料,?,2).,常用的几种填料,?,拉西环,(Rasching ring),：拉,西环是工业上最早使用的一种,填料，为外径与高度相等的圆,环，通常由陶瓷或金属材料制,成。,拉西环,?,环,?,拉西环
11、结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间,易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严,重的向壁偏流和沟流现象，致使传质效率低。而,且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有形、,十字格形的拉西环。,?,拉西环结构简单，制造容易，但堆积时相邻环间,易形成线接触，填料层的均匀性差，因而存在严,重的向壁偏流和沟流现象，致使传质效率低。而,且流动阻力大，操作范围小。其改善方面有形、,十字格形的拉西环。,?,鲍尔环,(pall ring),：鲍尔环是,在拉西环的壁上开一层或两层,长方形窗口，窗孔的母材两层,交错地弯向环中心对接。这种,结构使填料层内气、液分布性,能大为改善，尤其是环的内表,面得到充分利用。,?,
12、与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通量可,提高,50%,，而压降仅为其一半，分离效果也得到,提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端,制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触，床层,均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少,25%,，生产能力提高,10%,。,?,阶梯环：鲍尔环基础上改造得,出的。环壁上开有窗孔，其高度,为直径的一半。由于高径比的减,少，使得气体绕填料外壁的平均,路径大为缩短，减少了阻力。,?,喇叭口一边，不仅增加机械强度，而且使填料之,间为点接触，有利于液膜的汇集与更新，提高了,传质效率。,?,目前所使用的环型填料中最为优良的一种。,?,弧鞍型,(berl saddle),：
13、,表面全部敞口，不分内外，,液体在表面两侧均匀流动，,表面利用率高，流动呈弧形，,气体阻力小。但两面对称有,重叠现象，容易产生沟流。,强度差，易破碎。应用较少。,?,矩鞍型,(intolox,saddle),：矩鞍形填料结,构不对称，堆积时不重,叠，均匀性更高。该填,料气流阻力小，处理能,力大，性能虽不如鲍尔,环好，但构造简单，是,一种性能优良的填料。,?,环矩鞍,(Intalox),：兼具环,型、鞍型填料的优点。敞开,的侧壁有利于气体和液体通,过，减少了填料层内滞液死,区。填料层内流体孔道增多，,使气液分布更加均匀，传质,效率得以提高。,?,一般采用金属材质，机械强,度高。,?,球型：球体为
14、空心，气体和液体从其内部经过。,由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不,易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。,?,常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应,用较少。,?,格栅填料：以条状单元体,经一定规则组合而成，其结,构随条状单元体的形式和组,合规则而变，具有多种结构,形式。特点是比表面积较低，,主要用于低压降、大负荷、,防堵的场合。,木格栅填料,格里奇格栅填料,?,波纹填料：波纹填料是由,许多层波纹薄片组成，各片,高度相同但长短不等，搭配,组合成圆盘状，填料波纹与,水平方向成,45,倾角，相邻,两片反向重叠使其波纹互相,垂直。圆盘填料块水平放入,塔内，相邻两圆盘的波纹薄,片方向互成,
15、90,角。,金属丝网波纹填料,金属孔板波纹填料,?,波纹填料因波纹薄片的材料与形状不同分成板波纹,填料和网波纹填料。,?,板波纹填料可由陶瓷、塑料、金属、玻璃钢等材料,制成。填料的空隙率大，阻力小，流体通量大、效,率高，而且制造方便、价格低，正向通用化、大型,化方向发展。,填料塔的内件,?,1,.,填料支承装置：,?,主要用途是支承塔内的填料，同时又,能保证气液两相顺利通过。若设计不,当，填料塔的液泛可能首先在填料支,承装置上发生。,?,对填料支承装置的要求：,?,对于普通填料，支承装置的自由截面积应不低于全,塔面积的,50%,，并且要大于填料层的自由截面积；,?,具有足够的机械强度、刚度；,
16、?,结构要合理，利于气液两相均匀分布，阻力小，便,于拆装。,?,2.,填料压紧装置,?,作用：,保持填料层为一高度固定的床层，从而保持均匀,一致的空隙结构，使操作正常、稳定,，防止在高压降、,瞬时负荷波动等情况下，填料层发生松动或跳动。,?,填料压板。,?,自由放置于填料上端，靠自身重量将填料压紧。适用于,陶瓷、石墨材质的散装填料。,?,床层限制板：,?,固定在填料上端。,?,3.,液体分布装置,?,使液体在塔顶的初始分布须均匀,。,?,4.,液体收集及再分布装置,?,作用是,减小壁流现象,。,?,在填料层内每隔一定高度设置液体再分布装置。,?,5.,除沫装置,?,主要用途：,除去出口气流中的
17、液滴,。,?,填料塔适用于：,?,塔径小；,?,真空操作；,?,易起泡；,?,腐蚀性物系；,?,热敏性物系,气液相反应器的选型,?,能在较少液体流率下操作,?,为了得到较高的液相转化率，液体流率一般,较低，此时可选用鼓泡塔、搅拌釜和板式塔反应,器，但不宜选用填料塔、降膜塔和喷射型反应器。,例如，当喷淋密度低于,3m,3,/(m,2,h),时，填料就不,会全部润湿，降膜反应器也有类似的情况，喷射,型反应器在液气比较低时将不能造成足够的接触,比表面。,?,有利于反应选择性的提高,?,反应器的选型应有利于抑制副反应的发生。,如平行反应中副反应较主反应为慢，则可采用持,液量较少的设备，以抑制液相主体进
18、行缓慢的副,反应的发生；如副反应为连串反应，则应采用液,相返混较少的设备（如填料塔）进行反应，或采,用半间歇（液体间歇加入和取出）反应器。,?,有利于降低能量消耗,?,反应器的选型应考虑能量综合利用并尽可能,降低能耗。若气液反应在高于室温进行，则应考,虑反应热量的回收；如气液反应在加压进行，则,应考虑压力能量的综合利用。除此之外，为了造,成气液两相分散接触，需要消耗一定的动力。研,究表明：就造成比表面积而言，喷射反应器能耗,最少，其次是搅拌釜式反应器和填料塔反应器，,而文氏管和鼓泡反应器的能耗更大些。,?,有利于反应温度的控制,?,气液相反应绝大部分是放热的，因而如何移,热防止温度过高是经常碰到的实际问题。当气液,相反应热效应很大而又需要综合利用时，降膜反,应器是比较合适的。除此之外，板式塔和鼓泡反,应器可借助于安置冷却盘管来移热。但在填料塔,中，移热比较困难，通常只能提高液体喷淋量，,以液体显热的形式移除。,LOGO,
