塔式鼓泡反应器的详细设计说明

       设计必须先考虑总工艺之后,才能确定一座气液接触器(反应器)的尺寸。工艺是间歇的、半间歇的,还是连续的?间歇处理是在接触器内加入反应剂,反应后取出产品的一种加工过程。这种方法难得用于臭氧化,因为臭氧一般要求连续供应,由此导致考虑半间歇操作。普通半间歇臭氧化程序是将液体装入反应器,然后连续投加臭氧直到反应完成。连续处理是将反应剂同时加入和取出。这种连续臭氧化处理的一个例子是饮水净化,此时臭氧气投加到水中,随水连续流过反应器槽。
 
       有关工艺类型的决定要同臭氧反应器的选择相一致。选择的气-液接触器(反应器),在很大程度上受特定臭氧化反应的动力学和传质之间关系的制约。这一控制机理表明,在某种程度上该型接触器可以使用。如果臭氧吸收带有快反应,需要有大的界面面积来促进臭氧传质,所以,可以优先选用填料塔。另一方面,如果反应速率慢,从而大的液相容积(储液量)有益,鼓泡塔更有效。表5-1列出常用气液接触器(表内“转化”一词指反应剂转换到中间产物或最终产品的百分数,而不是指臭氧从气相向液相的转化)。
 
表5-1  气液系统接触器及其特性

       当设计一座气液系统时,设计者必须做多种考虑。这些要考虑的问题包括:气体和液体流量要满足生产规程、传质和化学反应关系;最后,选定一种将以最经济方式进行的气液接触器和操作方法。
 
       在选择气液接触器过程中,需要考察以下一些参数对传质的影响:比界面面积a,传质系数kL,分散相的溶解度,溶质的扩散系数和分散相储存量。其他间接影响传质的因素有:分散相表面速度,气泡直径和速度。一些研究者还逐一评述了为臭氧使用的各种接触器。这些参考文献可用来查阅设计公式。下面将对表5-1所列的接触器给以讨论,并将提出一般设计构想。