鼓泡塔反應(yīng)器

1、學(xué)號：學(xué)年論文學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 年 級 2012級 姓 名 題 目 鼓泡塔反應(yīng)器的發(fā)展 成 績 2015 年 6 月 15 日目 錄1.鼓泡塔反應(yīng)器12.鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)1 2.1鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn)1 2.2鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)22.2.1簡單鼓泡塔反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)2 2.2.2最佳空塔氣速應(yīng)滿足的兩個條件2 2.3影響傳質(zhì)的因素23.鼓泡塔的優(yōu)缺點(diǎn)2 3.1優(yōu)點(diǎn)2 3.2缺點(diǎn)34.鼓泡塔的分類35.鼓泡塔反應(yīng)器的歷史發(fā)展及應(yīng)用4 5.1歷史發(fā)展4 5.2應(yīng)用56.結(jié)語5參考文獻(xiàn)5鼓泡塔反應(yīng)器的發(fā)展摘 要：本文通過對鼓泡塔反應(yīng)器以及對其發(fā)展前景進(jìn)行的論述，使能夠更容易

2、的對該反應(yīng)器進(jìn)行研究，達(dá)到推動反應(yīng)器發(fā)展的目的。關(guān)鍵詞：鼓泡塔、反應(yīng)器、發(fā)展Abstract: In this paper, the reactor and its development prospects of bubble column reactor are discussed, which make it easier to study the reactor, and achieve the purpose of promoting the development of the reactor.Keywords: Bubble column、Reactor、Development前

3、言 鼓泡塔反應(yīng)器廣泛用于發(fā)酵、生物化學(xué)、制藥以及有機(jī)化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應(yīng)器。所以，鼓泡塔反應(yīng)器的使用廣泛，應(yīng)該加以深入研究。1.鼓泡塔反應(yīng)器氣體鼓泡通過含有反應(yīng)物或催化劑的液層，以液相為連續(xù)相，氣相為分散相來實(shí)現(xiàn)氣液相反應(yīng)過程的反應(yīng)器1。有槽型鼓泡反應(yīng)器、鼓泡管式反應(yīng)器、鼓泡塔等多種結(jié)構(gòu)型式，其中鼓泡塔應(yīng)用最廣。2.鼓泡塔反應(yīng)器特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)2.1鼓泡塔反應(yīng)器的特點(diǎn)(1)液體分批加入，氣體連續(xù)通入的稱為半連續(xù)操作鼓泡塔。(2)連續(xù)操作的鼓泡塔氣體和液體連續(xù)加入，流動方向可以為向上并流或逆流。(3)鼓泡塔多為空塔，一般在塔內(nèi)設(shè)有擋板，以減少液體返

4、混；為加強(qiáng)液體循環(huán)和傳遞反應(yīng)熱，可設(shè)外循環(huán)管和塔外換熱器2。(4)鼓泡塔中也可設(shè)置填料來增加氣液接觸面積減少返混。氣體一般由環(huán)形氣體分散器、單孔噴嘴、多孔板等分散后通入。（5）塔內(nèi)充滿液體，氣體從反應(yīng)器底部通入，分散成氣泡沿著液體上升，既與液相接觸進(jìn)行反應(yīng)同時攪動液體以增加傳質(zhì)速率。這類反應(yīng)器適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。（6）鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。 Ø （7）鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴(yán)重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。（8）儲液量大，適于速度慢和熱效應(yīng)大的反應(yīng)。液相軸向返混嚴(yán)重，連續(xù)操作型反應(yīng)速率明顯下降。

5、在單一反應(yīng)器中，很難達(dá)到高的液相轉(zhuǎn)化率，因此常用多級彭泡塔串聯(lián)或采用間歇操作方式3。2.2鼓泡塔反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)2.2.1簡單鼓泡塔基本結(jié)構(gòu)1-塔體；2-夾套；3-氣體分布器；4-塔體；5-擋板；6-塔外換熱器；7-液體捕集器；8-擴(kuò)大段4（其中氣體分布器：使氣體分布均勻，強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì),是氣液相鼓泡塔的關(guān)鍵設(shè)備之一。型式分為多孔板噴嘴、多孔管等。換熱裝置分為夾套式：熱效應(yīng)不大時；蛇管式：熱效應(yīng)較大時；外循環(huán)換熱式：熱效應(yīng)較大時。水平多孔隔板：提高氣體分散度，減少液體縱向循環(huán)。）主要由塔體和氣體分布器組成。塔體可安裝夾套或其它型式換熱器或設(shè)有擴(kuò)大段、液滴捕集器等；塔內(nèi)液體層中可放置填料；塔內(nèi)可安置

6、水平多孔隔板以提高氣體分散程度和減少液體返混。塔內(nèi)液相可近似視為理想混合流型，氣相可近似視為理想置換流型。2.2.2最佳空塔氣速應(yīng)滿足的兩個條件（1）保證反應(yīng)過程的最佳選擇性；（2）保證反應(yīng)器體積最小。2.3影響傳質(zhì)的因素當(dāng)氣體空塔氣速低于0.05m/s時，氣體分布器的結(jié)構(gòu)就決定了氣體的分散狀況、氣泡的大小，進(jìn)而決定了氣含率和液相傳質(zhì)系數(shù)的大小。當(dāng)氣體空塔氣速大于0.1m/s時，氣體分布器的結(jié)構(gòu)無關(guān)緊要。此時的氣泡是靠氣流與液體間的沖擊和摩擦而形成，氣泡大小及其分布狀況主要取決于氣體空塔氣速5。3.鼓泡塔的優(yōu)缺點(diǎn)3.1優(yōu)點(diǎn)鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時

7、也無困難。3.2缺點(diǎn)鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴(yán)重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。4.鼓泡塔的分類工業(yè)所遇到的鼓泡塔反應(yīng)器，按其結(jié)構(gòu)可分為空心式、多段式、氣體提升式和液體噴射式。圖1 圖2 圖3 空心式鼓泡塔（見圖1）在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用。這類反應(yīng)器最適用于緩慢化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)或伴有大量熱效應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)。若熱效應(yīng)較大時，可在塔內(nèi)或塔外裝備熱交換單元（見圖2）。（1）圖1 空心式鼓泡塔1塔體；2夾套； 3氣體分布器（2）圖2 具有塔內(nèi)熱交換單元的鼓泡塔為克服鼓泡塔中的液相返混現(xiàn)象，當(dāng)高徑比較大時，常采用多段鼓泡塔，以提高反應(yīng)效果（見圖3）。（3）圖3多段式氣液鼓泡塔當(dāng)高粘性物系，例如生化工程的發(fā)酵、環(huán)境工程中活

8、性污泥的處理、有機(jī)化工中催化加氫（含固體催化劑）等情況，常用氣體提升式鼓泡反應(yīng)器或液體噴射式鼓泡反應(yīng)器。此種利用氣體提升和液體噴射形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強(qiáng)化反應(yīng)器傳質(zhì)效果， 并有利于固體催化劑的懸浮。此類又統(tǒng)稱為環(huán)流式鼓泡反應(yīng)器。它具有徑向氣液流動速度均勻、軸向彌散系數(shù)較低，傳熱、傳質(zhì)系數(shù)較大，液體循環(huán)速度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)7。（4）氣體升液式鼓泡塔如右圖1-筒體；2-氣升管；3-氣體分布器塔內(nèi)裝有氣升管，引起液體形成有規(guī)則的循環(huán)流動，可以強(qiáng)化反應(yīng)器傳質(zhì)效果，并有利于固體催化劑的懸浮。特點(diǎn)：在這種鼓泡塔中氣流的攪動比簡單鼓泡塔激烈得多。簡單鼓泡塔中氣體空塔速度不超過1m/s，氣體升液式鼓泡塔中氣

9、升鼓泡管內(nèi)氣體空管速度可高達(dá)2m/s，換算至全塔截面的空塔氣速可達(dá)1m/s，其液體循環(huán)速度可達(dá)12m/s8。5.鼓泡塔反應(yīng)器的歷史發(fā)展及應(yīng)用5.1歷史發(fā)展自1971年來，千代田開發(fā)出了第一個脫硫工藝，千代田公司繼續(xù)改進(jìn)和發(fā)展這項技術(shù),于1976年開發(fā)出了更為先進(jìn)的工藝，這項先進(jìn)的技術(shù)將二氧化硫的吸收，氧化，中和，結(jié)晶以及除塵等幾個必不可少的工藝過程合并到一個單獨(dú)的氣相-液相-固相反應(yīng)器中進(jìn)行。這個反應(yīng)器就叫做鼓泡式反應(yīng)器 (JBR)。20世紀(jì)70年代以后，有關(guān)鼓泡塔的研究日益活躍，除標(biāo)準(zhǔn)型鼓泡塔外，又開發(fā)了各種各樣的改型鼓泡塔（射流噴射型、氣液下流型、雙管式、多段式、填充式等）和懸濁鼓泡塔等。

10、2010年，漿態(tài)床鼓泡反應(yīng)器是一種氣液固多相反應(yīng)器，發(fā)展至今，已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，它具有結(jié)構(gòu)簡單、持液量大、溫度梯度小、固相能在線加載以及操作成本低等優(yōu)點(diǎn)9。2011年應(yīng)用鼓泡塔式反應(yīng)器生產(chǎn)藏紅花素的研究。2012年精對苯二甲酸(PTA)是合成聚對苯二甲酸 乙二醇酯的重要原料，隨著國內(nèi)聚酯工業(yè)的高速 發(fā)展，PTA產(chǎn)能越來越大。鼓泡塔式反應(yīng)器結(jié)構(gòu) 簡單、運(yùn)行可靠、制造成本低，已成功用于規(guī)模 化生產(chǎn)的PTA裝置。2014 近年來，隨著我國對苯二甲酸(PTA) 產(chǎn)能的快速增加，單套PTA裝置的生產(chǎn)能力大幅提高。其中，核心設(shè)備對二甲苯(PX) 氧化反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越來越大，單套反應(yīng)器的生產(chǎn)能力已達(dá)

11、到75萬t/a。PX氧化反應(yīng)涉及了氣、液、固三相，在反應(yīng)器內(nèi)，氧化反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱同時進(jìn)行，在反應(yīng)器生產(chǎn)能力逐步增加的過程中，帶有水富集段的鼓泡塔式反應(yīng)器得到了很好的放大和應(yīng)用10。5.2應(yīng)用鼓泡塔反應(yīng)器廣泛用于發(fā)酵、生物化學(xué)、制藥以及有機(jī)化合物的氫化、加氫、氯化等生產(chǎn)過程。另外，濕法冶金和廢水處理也常用這種反應(yīng)器。6.結(jié)語 綜上所述，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鼓泡反應(yīng)器的應(yīng)用相對比較變得也較為廣泛，可以做進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)1盧春喜,王祝安.催化裂化硫態(tài)化技術(shù)M.北京：中國石化出版社.2002.2陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程M.北京：化工出版社.1981.第七章.3金涌,王章茂.流態(tài)化技術(shù)的理論和應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社.2001.4International Critical Tables.Vol .New York：McCraw Hill,1928.2615張成芳.氣液反應(yīng)和反應(yīng)器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1985.6時鈞，汪家鼎，余國宗，陳敏恒等.化學(xué)工程手冊第二版M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.1996.7Carberry J J.Chemical and Catalystic Reaction Engingeering,New York：McC