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塔式鼓泡反應(yīng)器的詳細(xì)設(shè)計說明
發(fā)布者:lyep  發(fā)布時間:2015-12-21

 

設(shè)計必須先考慮總工藝之后,才能確定一座氣液接觸器(反應(yīng)器)的尺寸。工藝是間歇的、半間歇的,還是連續(xù)的?間歇處理是在接觸器內(nèi)加入反應(yīng)劑,反應(yīng)后取出產(chǎn)品的一種加工過程。這種方法難得用于臭氧化,因為臭氧一般要求連續(xù)供應(yīng),由此導(dǎo)致考慮半間歇操作。普通半間歇臭氧化程序是將液體裝入反應(yīng)器,然后連續(xù)投加臭氧直到反應(yīng)完成。連續(xù)處理是將反應(yīng)劑同時加入和取出。這種連續(xù)臭氧化處理的一個例子是飲水凈化,此時臭氧氣投加到水中,隨水連續(xù)流過反應(yīng)器槽。

有關(guān)工藝類型的決定要同臭氧反應(yīng)器的選擇相一致。選擇的氣-液接觸器(反應(yīng)器),在很大程度上受特定臭氧化反應(yīng)的動力學(xué)和傳質(zhì)之間關(guān)系的制約。這一控制機(jī)理表明,在某種程度上該型接觸器可以使用。如果臭氧吸收帶有快反應(yīng),需要有大的界面面積來促進(jìn)臭氧傳質(zhì),所以,可以優(yōu)先選用填料塔。另一方面,如果反應(yīng)速率慢,從而大的液相容積(儲液量)有益,鼓泡塔更有效。表5-1列出常用氣液接觸器(表內(nèi)“轉(zhuǎn)化”一詞指反應(yīng)劑轉(zhuǎn)換到中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)品的百分?jǐn)?shù),而不是指臭氧從氣相向液相的轉(zhuǎn)化)。

5-1  氣液系統(tǒng)接觸器及其特性

 

運(yùn)行方式

  質(zhì)

優(yōu) 

 

反應(yīng)方式

填料塔

液體和氣體相互逆流通過由填料形成的同一通道。連續(xù)運(yùn)行

  良好傳質(zhì),隨填料類型和氣液流量變化

  運(yùn)行范圍廣能耐受強(qiáng)腐蝕的系統(tǒng)

  昂貴,難以保持溫度分布。易堵塞

  氣相或液相傳質(zhì)控制

板塔

液體和氣體相互逆流通過板塔,連續(xù)運(yùn)行

  良好傳質(zhì),同依氣體質(zhì)量而定的界面面積成比例

  運(yùn)行范圍廣,易清洗

  昂貴、設(shè)計復(fù)雜、易堵塞

  適合慢反應(yīng),中間停留容積和大液體容積

鼓泡塔

氣體擴(kuò)散成氣泡,上升穿過液柱,能連續(xù)順流或逆流,交替逆流,或反復(fù)逆流或順流運(yùn)行,可以是半批量的

低傳質(zhì),依界面面積而定,后者是氣體流量的函數(shù)

  低能耗

  噴頭可能堵塞,引起氣泡的不均勻分布,混合差。接觸時間長

  要求大液體容積受反應(yīng)速率控制的系統(tǒng)

噴淋塔

流體擴(kuò)散到含O3的氣體內(nèi)

  借助大的界面面積有中等傳質(zhì)

  氣相均勻

  高能耗,固體物能堵塞噴嘴

  適合小儲液量的快反應(yīng)

攪拌塔

  能連續(xù),半批量或批量運(yùn)行,使用帶機(jī)械攪拌的罐

由于界面面積和氣體儲量可有中等到良好傳質(zhì),前者依氣體流量及攪拌而定

  高度靈活性,能處理固體,傳熱特性好

  攪拌需要能量,為獲得所需轉(zhuǎn)化,攪拌反應(yīng)器需要最大理論容積

  受傳質(zhì)控制的反應(yīng)

噴射器和渦輪

氣體和液體被加壓或抽吸順流通過小孔隙

傳質(zhì)和界面面積大

  混合好,接觸時間短,接觸室小

  耗能

  適合短暫液體滯留,傳質(zhì)限制的反應(yīng)

管道接觸器

  可順流(通常可用立管)或逆流運(yùn)行

  如水流量高,在高氣體流速下可得高傳質(zhì)

  易控溫,低造價,易操作

需要能量,為促進(jìn)氣液接觸需要用固定混合器

  適合短暫液體滯留,傳質(zhì)限制反應(yīng)

當(dāng)設(shè)計一座氣液系統(tǒng)時,設(shè)計者必須做多種考慮。這些要考慮的問題包括:氣體和液體流量要滿足生產(chǎn)規(guī)程、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)關(guān)系;最后,選定一種將以最經(jīng)濟(jì)方式進(jìn)行的氣液接觸器和操作方法。

在選擇氣液接觸器過程中,需要考察以下一些參數(shù)對傳質(zhì)的影響:比界面面積a,傳質(zhì)系數(shù)kL,分散相的溶解度,溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)和分散相儲存量。其他間接影響傳質(zhì)的因素有:分散相表面速度,氣泡直徑和速度。一些研究者還逐一評述了為臭氧使用的各種接觸器。這些參考文獻(xiàn)可用來查閱設(shè)計公式。下面將對表5-1所列的接觸器給以討論,并將提出一般設(shè)計構(gòu)想。


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