任務050210萬噸/年乙醛氧化制乙酸反應器（鼓泡塔）的工藝計算

ComputationoftheProcessof10wt/aaceticacidbyOxidationofacetaldehydereactor

項目05：10萬噸/年乙醛氧化制乙酸反應器的工藝計算與操作

光明石油化工廠計劃生產乙酸，年產量10萬噸。工藝數據：（1）原料規格：乙烯99.7%(vt%)，氧99.5%；（2）操作條件：溫度398K，塔頂表壓294.2kPa；氣液并流操作，其uOG=0.715m/s，uOl=0.43m/s；（3）進氣比：C2H4:O2(CO2+N2)=65:17:18(mol比)；（4）乙醛空時收率為0.15kg/L.h，乙烯單程轉化率為35.2%，每噸產品單耗乙烯（純）700kg，氧（純）280Nm3。本次任務：10萬噸/年乙醛氧化制乙酸反應器的工藝計算試確定（1）計算鼓泡塔反應器體積、高度和直徑（2）鼓泡塔反應器內氣體壓降

任務引入：任務點及其要求0502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動在理解氣液相反應動力學基礎上，理解氣液相流體流動相關的特性參數，了解流體在鼓泡塔中流動的特性。0502-2鼓泡塔反應器內的傳質與傳熱理解鼓泡塔反應器內的傳質與傳熱過程。0502-3

鼓泡塔反應器的工藝計算會計算鼓泡塔反應器體積、高度和直徑，會應用相關公式進行壓力降的計算。1.流動狀態和氣泡特性塔內液體流動狀態：由空塔氣速uOG決定

※空塔氣速uOG=v0/At

安靜區：uOG<4.5~6cm/s氣體通過分布器幾乎呈分散的有次序的鼓泡，既能達到一定的流量，又很少出現返混。適用于動力學控制的慢反應。過渡區：4.5~6<uOG<8cm/s

湍動區：uOG>8cm/s氣泡不斷地分裂、合并，并產生激烈無定向運動。塔內液體擾動劇烈，返混嚴重，流型接近CSTR。0502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動2.氣泡大小

a.氣泡的形成：

uOG較低時：氣體分布器

uOG中等時：氣體分布器加液體湍動

uOG較高時：液體湍動使氣流破碎成氣泡。b.單個氣泡的形狀和直徑形狀：db<0.2cm垂直上升的堅實圓球.0.2≤db≤1.0cm螺旋式擺動上升的橢圓球

db>1.0cm垂直上升的菌帽狀

條件：<2000502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動0502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動3.氣含率氣含率的含義是氣液混合液中氣體所占的體積分率，對圓柱形塔來說，氣含率意味著通氣前后塔內充氣床層膨脹高度的變化。故氣含率可以測量靜液層高度.

HGL——充氣液層高度，m；

HL——靜液層高度，m；

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鼓泡塔反應器內的流體流動4.氣液比相界面積

a

單位反應器有效體積氣泡的表面積。

5、鼓泡塔內的氣體壓降△P

鼓泡塔內的氣體壓降由兩部分組成：一是氣體分布器阻力壓降，二是床層靜壓頭的阻力壓降。

ΔP=分布板小孔壓降+鼓泡塔靜壓降

=

kpa

式中C2=0.8（小孔阻力系數）

u0：小孔氣速，m/s鼓泡層密度,kg/m30502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動0502-1

鼓泡塔反應器內的流體流動6、返混鼓泡塔內液相存在返混，塔內液相視為理想混合，塔內氣相常假設為置換流。

0502-2鼓泡塔反應器內的傳質與傳熱

一般，氣膜傳質阻力可以忽略，液膜傳質阻力的大小決定了傳質速率的快慢。提高單位相界面的傳質速率，則必須提高擴散系數。擴散系數與液體物理性質有關，還與反應溫度、氣體反應物的分壓或液體濃度有關。在安靜區操作時，影響液相傳質系數的因素主要是氣泡大小、空塔氣速、液體性質和擴散系數等；在湍動區操作時，液體的擴散系數、液體性質、氣泡當量比表面積以及氣體表面張力等，成為影響傳質系數的主要因素。1、鼓泡塔反應器內的傳質2、鼓泡塔的傳熱鼓泡塔中液體劇烈擾動，對換熱器壁的給熱系數比自然對流給熱系數大10余倍之多，不成為熱交換中的主要阻力。鼓泡塔的總傳熱系數通常為694~915W/(m2.K)。鼓泡塔中的傳熱，通常以三種方式進行：利用溶劑、反應物或產物氣化帶走熱量。利用液體外循環冷卻器移走熱量。利用夾套、蛇管或列管式冷卻器移走熱量a.反應器體積V=VR+VE+VC

充氣層的體積：VR=VG+VL

分離空間體積：VE頂蓋死區體積：VC

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鼓泡塔反應器的工藝計算1、鼓泡塔的經驗法計算鼓泡塔反應器工藝計算的主要內容是氣液鼓泡床的體積計算VL:半連續操作時：VL=VOL(τ+τ')

連續操作時：VL=VOL

其中：（-rA）':實測的宏觀速度。VG：VR：VE：當液滴移動速度小于0.0001m/sHE=αED

當D<1.2mHE≥1mD≥1.2mαE=0.75VC：式中：形狀系數，球蓋：=1

標準橢圓形封頭：=2

b.反應器直徑和高度的計算直徑mUoG----最佳空塔氣速：最佳空塔氣速應滿足兩個條件：（1）保證反應過程的最佳選擇性；（2）保證反應器體積最小。高度HH=HR+HE+HC反應器高度確定因素：床層含氣量、霧沫夾帶、床層上部氣相的允許空間（有時為了防止氣相爆炸，要求空間盡量小些）、床層出口位置和床層液面波動范圍。2、鼓泡塔反應器的數學