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塔式鼓泡反應器的詳細設計說明
發布者:lyep  發布時間:2015-12-21

 

設計必須先考慮總工藝之后,才能確定一座氣液接觸器(反應器)的尺寸。工藝是間歇的、半間歇的,還是連續的?間歇處理是在接觸器內加入反應劑,反應后取出產品的一種加工過程。這種方法難得用于臭氧化,因為臭氧一般要求連續供應,由此導致考慮半間歇操作。普通半間歇臭氧化程序是將液體裝入反應器,然后連續投加臭氧直到反應完成。連續處理是將反應劑同時加入和取出。這種連續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,隨水連續流過反應器槽。

有關工藝類型的決定要同臭氧反應器的選擇相一致。選擇的氣-液接觸器(反應器),在很大程度上受特定臭氧化反應的動力學和傳質之間關系的制約。這一控制機理表明,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,需要有大的界面面積來促進臭氧傳質,所以,可以優先選用填料塔。另一方面,如果反應速率慢,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“轉化”一詞指反應劑轉換到中間產物或最終產品的百分數,而不是指臭氧從氣相向液相的轉化)。

5-1  氣液系統接觸器及其特性

 

運行方式

 

 

 

反應方式

填料塔

液體和氣體相互逆流通過由填料形成的同一通道。連續運行

  良好傳質,隨填料類型和氣液流量變化

  運行范圍廣能耐受強腐蝕的系統

  昂貴,難以保持溫度分布。易堵塞

  氣相或液相傳質控制

板塔

液體和氣體相互逆流通過板塔,連續運行

  良好傳質,同依氣體質量而定的界面面積成比例

  運行范圍廣,易清洗

  昂貴、設計復雜、易堵塞

  適合慢反應,中間停留容積和大液體容積

鼓泡塔

氣體擴散成氣泡,上升穿過液柱,能連續順流或逆流,交替逆流,或反復逆流或順流運行,可以是半批量的

低傳質,依界面面積而定,后者是氣體流量的函數

  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速率控制的系統

噴淋塔

流體擴散到含O3的氣體內

  借助大的界面面積有中等傳質

  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

攪拌塔

  能連續,半批量或批量運行,使用帶機械攪拌的罐

由于界面面積和氣體儲量可有中等到良好傳質,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,為獲得所需轉化,攪拌反應器需要最大理論容積

  受傳質控制的反應

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,傳質限制的反應

管道接觸器

  可順流(通常可用立管)或逆流運行

  如水流量高,在高氣體流速下可得高傳質

  易控溫,低造價,易操作

需要能量,為促進氣液接觸需要用固定混合器

  適合短暫液體滯留,傳質限制反應

當設計一座氣液系統時,設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規程、傳質和化學反應關系;最后,選定一種將以最經濟方式進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對傳質的影響:比界面面積a,傳質系數kL,分散相的溶解度,溶質的擴散系數和分散相儲存量。其他間接影響傳質的因素有: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。這些參考文獻可用來查閱設計公式。下面將對表5-1所列的接觸器給以討論,并將提出一般設計構想。


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