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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）。

表5-1 氣液系統接觸器及其特性

類型	運行方式	傳質	優點	缺點	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?？捎昧⒐埽┗蚰媪鬟\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k_L，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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