塔式鼓泡反应器的详细设计说明
发布者:lyep  发布时间:2015-12-21

 

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),在很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。表5-1列出常用气液接触器(表内“转化”一词指反应剂转换到中间产物或最终产品的百分数,而不是指臭氧从气相向液相的转化)。

5-1  气液系统接触器及其特性

 

运行方式

 

 

 

反应方式

填料塔

液体和气体相互逆流通过由填料形成的同一通道。连续运行

  良好传质,随填料类型和气液流量变化

  运行范围广能耐受强腐蚀的系统

  昂贵,难以保持温度分布。易堵塞

  气相或液相传质控制

板塔

液体和气体相互逆流通过板塔,连续运行

  良好传质,同依气体质量而定的界面面积成比例

  运行范围广,易清洗

  昂贵、设计复杂、易堵塞

  适合慢反应,中间停留容积和大液体容积

鼓泡塔

气体扩散成气泡,上升穿过液柱,能连续顺流或逆流,交替逆流,或反复逆流或顺流运行,可以是半批量的

低传质,依界面面积而定,后者是气体流量的函数

  低能耗

  喷头可能堵塞,引起气泡的不均匀分布,混合差。接触时间长

  要求大液体容积受反应速率控制的系统

喷淋塔

流体扩散到含O3的气体内

  借助大的界面面积有中等传质

  气相均匀

  高能耗,固体物能堵塞喷嘴

  适合小储液量的快反应

搅拌塔

  能连续,半批量或批量运行,使用带机械搅拌的罐

由于界面面积和气体储量可有中等到良好传质,前者依气体流量及搅拌而定

  高度灵活性,能处理固体,传热特性好

  搅拌需要能量,为获得所需转化,搅拌反应器需要最大理论容积

  受传质控制的反应

喷射器和涡轮

气体和液体被加压或抽吸顺流通过小孔隙

传质和界面面积大

  混合好,接触时间短,接触室小

  耗能

  适合短暂液体滞留,传质限制的反应

管道接触器

  可顺流(通常可用立管)或逆流运行

  如水流量高,在高气体流速下可得高传质

  易控温,低造价,易操作

需要能量,为促进气液接触需要用固定混合器

  适合短暂液体滞留,传质限制反应

当设计一座气液系统时,设计者必须做多种考虑。这些要考虑的问题包括:气体和液体流量要满足生产规程、传质和化学反应关系;最后,选定一种将以最经济方式进行的气液接触器和操作方法。

在选择气液接触器过程中,需要考察以下一些参数对传质的影响:比界面面积a,传质系数kL,分散相的溶解度,溶质的扩散系数和分散相储存量。其他间接影响传质的因素有:分散相表面速度,气泡直径和速度。一些研究者还逐一评述了为臭氧使用的各种接触器。这些参考文献可用来查阅设计公式。下面将对表5-1所列的接触器给以讨论,并将提出一般设计构想。