气液相反应器及其放大注意事项

1、1 1气液相反应器及其放大注意事项气液相反应器及其放大注意事项2 23 1 工业生产对气液反应器的要求： （1）较高的生产强度 （2）有利于反应选择性的提高 （3）有利于降低能量消耗 （4）有利于反应温度的控制 （5）应能在较少流体流率下操作4（1）较高的生产强度（a)气膜控制情况 气相容积传质系数大的反应器： 液体高度分散； 气体高速湍动。 可选用喷射、文氏等反应器（b）快速反应情况 反应基本上是在界面近旁的反应带（液膜）中进行，要求反应器：表面积较大，具备一定的液相传质系数。 可选用填料反应器和板式反应器（c）慢速反应情况 反应基本上是在液相主体中进行，要求反应器：液相反应容积较大。 可选

2、用鼓泡反应器，搅拌鼓泡反应器5（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（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 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。662 气液反应器的类型气液反应器有许多类型，常见的有：7按气液接触方式，反应器可分为：1、液膜型：如填料塔、湿壁塔。 连续相：液体（呈膜状），气体2、气泡型：如鼓泡塔、板式塔、通气搅拌釜。 连续相：液体 分散相：气泡3、液滴

3、型：如喷洒塔、喷射反应器、文丘里反应器。 连续相：气体 分散相：液滴8（1 1）填料反应器（）填料反应器（packed column reactor)packed column reactor)LLGG用于气液反应时，也可以并流操作用于气液反应时，也可以并流操作9 填料塔 工作原理：逆流操作时，气体自塔底进逆流操作时，气体自塔底进入，在填料间隙中向上流动；液体自塔入，在填料间隙中向上流动；液体自塔顶加入，通过液体分布器均匀喷洒于整顶加入，通过液体分布器均匀喷洒于整个塔截面上。液体在填料表面形成液膜个塔截面上。液体在填料表面形成液膜，液膜向下流动时传质表面被不断更新，液膜向下流动时传质表面被不断

4、更新。 液体分布器：液体沿乱堆填料向下流动液体沿乱堆填料向下流动时，沿塔壁流动的液体逐渐增多，称为时，沿塔壁流动的液体逐渐增多，称为壁流现象。当填料层较高时，宜隔一定壁流现象。当填料层较高时，宜隔一定距离重新设置液体再分布器，使液体重距离重新设置液体再分布器，使液体重新均匀分布，改善气液接触。新均匀分布，改善气液接触。10 填料塔 优点：填料塔结构简单，适用于腐蚀性液体；填料塔结构简单，适用于腐蚀性液体；气液相流量的允许变化范围较大，特别适用于低气速、高气液相流量的允许变化范围较大，特别适用于低气速、高液速的场合；液速的场合；填料塔中气、液相流型均填料塔中气、液相流型均接近活塞流接近活塞流，因

5、此可用于要求高，因此可用于要求高转化率的反应；转化率的反应；填料塔的单位体积填料塔的单位体积相界面大而持液量小相界面大而持液量小，适用于过程阻力，适用于过程阻力主要在相间传递的气液反应过程。主要在相间传递的气液反应过程。 缺点：液相停留时间短，对慢反应不合适；：液相停留时间短，对慢反应不合适；为保证填料润湿，不能用于液体流量太低的场合；为保证填料润湿，不能用于液体流量太低的场合；填料易为固体颗粒堵塞，在气相或液相中含有悬浮杂质或填料易为固体颗粒堵塞，在气相或液相中含有悬浮杂质或会生成固体产物时不宜使用；会生成固体产物时不宜使用；传热性能差，不宜用于反应热效应大的场合。传热性能差，不宜用于反应热

6、效应大的场合。11（2 2）板式反应器）板式反应器(tray column reactor)(tray column reactor)LLGG12 板式塔 工作原理：操作时液操作时液体在重力作用下，自体在重力作用下，自上而下依次流过各层上而下依次流过各层塔板，至塔底排出，塔板，至塔底排出，气体在压力差推动下气体在压力差推动下，自下而上穿过各层，自下而上穿过各层塔板，至塔顶排出。塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一每块塔板上保持着一定高度的液层，气体定高度的液层，气体以气泡形式分散于液以气泡形式分散于液层中。层中。13 板式塔 优点：单位体积的气液相界面积、气液传质系数和持液单位体积的气液相界面

7、积、气液传质系数和持液量均较填料塔大。量均较填料塔大。板式塔的液体流率和停留时间均可在较大范围内板式塔的液体流率和停留时间均可在较大范围内变动，适用于气体流量高，液体流量低，以及需变动，适用于气体流量高，液体流量低，以及需要反应时间较长的场合。要反应时间较长的场合。板式塔中每块板上都可设置换热管以提供或移除板式塔中每块板上都可设置换热管以提供或移除反应热。反应热。 缺点：板式塔结构较复杂，气体流动阻力较大。板式塔结构较复杂，气体流动阻力较大。14（3 3）鼓泡反应器）鼓泡反应器(bubble column reactor)(bubble column reactor)LLGG空心式空心式多段式

8、多段式环流反应器：环流反应器：气提式：内环流，外环流气提式：内环流，外环流液喷式：液喷式：15 鼓泡塔 工作原理：其基本形式为空塔，其基本形式为空塔，塔内充满液体，气体从底部经分塔内充满液体，气体从底部经分布板或喷嘴以气泡形式通过液层布板或喷嘴以气泡形式通过液层，气相中的反应物溶入液相并进，气相中的反应物溶入液相并进行反应。行反应。 优点：结构简单、无运动部件，：结构简单、无运动部件，对加压反应和腐蚀性物系均可使对加压反应和腐蚀性物系均可使用。单位体积持液量大，相界面用。单位体积持液量大，相界面积小，适用于慢反应和强放热反积小，适用于慢反应和强放热反应体系。应体系。 缺点：液相返混大，在高径比

9、较：液相返混大，在高径比较大时，气泡合并速度明显增加，大时，气泡合并速度明显增加，相际接触面积迅速减小。相际接触面积迅速减小。16 鼓泡塔强化传热与传质增加导流筒增加多孔水平挡板增加多孔水平挡板增加填料增加填料173 气液反应器的选型 不同气液反应器的特点主要反映在不同气液反应器的特点主要反映在液相体积分率液相体积分率1（单位反应器（单位反应器有效体积中的液体量）的大小，以及有效体积中的液体量）的大小，以及单位液相体积的传质界面单位液相体积的传质界面a的大的大小。小。表6.1 气液反应器的主要传递性能指标18 HattaHatta数数是决定气液反应器选型的主要参数是决定气液反应器选型的主要参数

10、。 当当HaHa33时，反应为快速反应或飞速反应，时，反应为快速反应或飞速反应，反应在液膜内或相界面上完成，在液相主反应在液膜内或相界面上完成，在液相主体中，组分的浓度为零。体中，组分的浓度为零。 反应器的生产强度与反应器的生产强度与相界面积相界面积成正比。因此成正比。因此，对这类反应应选用相界面积大的反应器，对这类反应应选用相界面积大的反应器，如填料塔、喷洒塔，当反应速率较慢，如填料塔、喷洒塔，当反应速率较慢，要求较长的液相停留时间时，也可选用板要求较长的液相停留时间时，也可选用板式塔。式塔。 19 当当Ha11时，过程阻力主要在相际传质，反应仅发生在液时，过程阻力主要在相际传质，反应仅发生

11、在液相中的某一狭小区域内，应选用相界面积大的设备。相中的某一狭小区域内，应选用相界面积大的设备。HaHa2 211时，过程阻力主要在液相主体反应，反应在整个时，过程阻力主要在液相主体反应，反应在整个液相主体中进行，所以应选用持液量大的设备。液相主体中进行，所以应选用持液量大的设备。当当HaHa2 21 1时，说明相际传质和主体反应的阻力都不能忽时，说明相际传质和主体反应的阻力都不能忽略，应选用相界面积和持液量均大的设备。略，应选用相界面积和持液量均大的设备。2122 首先应根据气液反应中传质与反应过程各自的特点来进行选型,并确定相应的操作方式(连 续 或 半 连续 操 作)。1) 气/液比大的

12、情况。当伴有快速反应,且过程阻力主要在气膜传质方面,则应选用气相为连续相,湍动程度较高而相界面大的喷雾塔、填料塔型式。而在气相中被吸收组份的 浓度很高,反应又快,过程属液膜控制时,液 体容量将显得重要,应选用液相为连续相,湍动较大,利于液相传质而相界面大的板式塔、泡罩塔型式。2 )液 /气比很大的情况。当反应速度慢,而过程属液膜控制,且液相中返混的影响可以不计时,应选用液相为连续相,液体容量大而相界面小的鼓泡塔、鼓泡搅拌釜型式。23可用“双膜理论”及反应动力学来确定液相反应发生的地方(相界面、液膜、液相主体),以便 合理地选定气液比相界面,同时还必须考虑界面及液相主体的流动状况,气液相的混合机构以及停留时间分布等重要因素。必须知道气相到液相的扩散速度及其化学反应的动力学速度。比如当液体成滴状分散在气相中，气相传质系数KG高，液相传质系数KL低。如果气体以气泡状态分散于液体时，则液相传质系数KL高，而气相传质系数KG低。应根据反应热的计算,温度控制的要求,气液相的流体力学条件来进行总传热系数的计算,最后结合实际情况来正确决定换热元件的型式,