Một lò phản ứng tháp là gì?

Alò phản ứng tháp(thường được gọi là lò phản ứng cột) là một bình áp suất dọc, tỷ lệ diện tích cao được thiết kế đặc biệt để tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học liên tục, chủ yếu giữa khí và chất lỏng,hoặc pha lỏng không pha trộnKhông giống như các bể lưu trữ ngang hoặc vuông tiêu chuẩn, một lò phản ứng tháp có chiều dài đến đường kính ($L/D$) tỷ lệ thường vượt quá 5:1 và thường đạt đến 20:1 hoặc cao hơn.

Sự định hướng dọc rõ ràng này sử dụng trọng lực và nổi để tối đa hóathời gian cư trú(khoảng thời gian một chất phản ứng dành bên trong thùng) và tối ưu hóa chuyển tải khối lượng khí-lỏng mà không hoàn toàn dựa vào kích thích cơ học.Bởi vì các cấu trúc này hoạt động dưới áp lực bên trong đáng kể, gradient nhiệt, và tải gió hoặc địa chấn, chúng phải được thiết kế, chế tạo và chứng nhận là bình áp suất công nghiệp tuân thủ quy tắc.

Trung tâm hiệu suất của lò phản ứng tháp là thiết kế nội bộ của nó, đảm bảo sự tiếp xúc mật thiết giữa các giai đoạn khác nhau.

• Giai đoạn lỏngđược cung cấp từ trên, chảy xuống do trọng lực.

• Giai đoạn khíđược tiêm ở đáy thông qua một sparger (một ống hoặc vòi phun lỗ tạo ra bong bóng khí nhỏ), tăng lên do nổi.

Khi các bong bóng tăng lên qua cột chất lỏng, một phản ứng liên tục xảy ra.hoặc các chất dễ cháy ở nhiệt độ cao, toàn bộ vỏ bên ngoài hoạt động dưới giới hạn áp suất nghiêm ngặt.Độ dày vỏ phải được tính toán chính xác để chịu được cả áp suất quá trình nội bộ và tải áp lực lớn tác động đến các phần dưới của cột dọc.

Không phải tất cả các lò phản ứng tháp đều đạt được chuyển khối lượng theo cùng một cách.

Các biến thể đơn giản nhất trong đó các bình không chứa các bộ phận chuyển động bên trong hoặc đóng gói. khí được phun trực tiếp vào cột chất lỏng.tỷ lệ chuyển nhiệt tuyệt vời, và sản xuất hiệu quả về chi phí, mặc dù chúng có thể bị trộn lại chất lỏng.

Nội thất được lấp đầy bằng bao bì ngẫu nhiên (ví dụ, vòng Raschig, vòng Pall) hoặc các tấm kim loại lợp có cấu trúc.Bao bì này cung cấp một diện tích bề mặt lớn cho chất lỏng để lan rộng dưới dạng một tấm mỏng, tăng đáng kể khu vực tiếp xúc cho khí chảy lên.

Được trang bị các giai đoạn ngang hoặc tấm (tray lọc, tấm nắp bong bóng) dọc theo chiều cao của cột.tạo ra khác biệt, các vùng phản ứng theo giai đoạn.

Bởi vì lò phản ứng tháp được phân loại là một bình áp suất hạng nặng, quy trình công việc kỹ thuật của nó bị ràng buộc chặt chẽ bởi các tiêu chí quy định.

• Phần VIII của ASME (Phần 1 & 2):Khung toàn cầu cuối cùng quy định biên thiết kế, căng thẳng cho phép và các quy tắc thử nghiệm không phá hủy (NDT) cho vỏ lò phản ứng và đầu bán cầu / hình elip.

• PED 2014/68/EU:Phù hợp bắt buộc nếu lò phản ứng tháp được thiết kế để hoạt động trong Khu vực kinh tế châu Âu.

• GB/T 150:Tiêu chuẩn quản lý thiết kế và sản xuất bình áp suất tại Trung Quốc và các dự án quốc tế liên quan.

Chọn vật liệu vỏ và lót phụ thuộc rất nhiều vào tính ăn mòn của các chất phản ứng:

• Thép không gỉ austenit (SS304, SS316L):Tiêu chuẩn ngành công nghiệp cho các ứng dụng hóa học, hóa dầu và dược phẩm vệ sinh chung.

• Các hợp kim kỳ lạ (Hastelloy, Titanium):Được sử dụng khi chế biến các hợp chất có axit cao hoặc halogen nơi thép truyền thống sẽ trải qua sự nứt nhanh chóng hoặc nứt do ăn mòn căng thẳng.

• Kính đúc thành thép (GFS) / Vỏ thủy tinh:Được sử dụng trong các lò phản ứng sinh học áp suất thấp quy mô lớn hơn hoặc các quá trình hóa học khắc nghiệt.bề mặt bên trong thủy tinh ngăn ngừa sự phân hủy ăn mòn.

Hỏi: Tại sao chọn lò phản ứng tháp dọc hơn lò phản ứng chứa hỗn hợp ngang?

A: Các lò phản ứng tháp tiết kiệm không gian sàn nhà máy rộng lớn do dấu chân dọc của chúng. Quan trọng hơn, chúng cung cấp khu vực tiếp xúc khí-lỏng vượt trội và loại bỏ sự cần thiết của trục khuấy động cơ học,loại bỏ điểm hỏng phổ biến cho các niêm phong trục áp suất cao.

Hỏi: Các kỹ sư làm thế nào để ngăn chặn một lò phản ứng tháp bị lật do tải trọng môi trường?

A: Do chiều cao của chúng, các lò phản ứng tháp rất dễ bị sức gió và hoạt động địa chấn. Engineers use Finite Element Analysis (FEA) to design a reinforced lower "skirt"—a cylindrical support welded to the bottom head that secures the vessel safely to a heavy concrete foundation using massive anchor bolts.

Hỏi: Loại thử nghiệm NDT (kiểm tra không phá hủy) nào được yêu cầu cho các cột này?

A: Do nguy cơ cao liên quan đến sự cố giới hạn áp suất, các nhà sản xuất phải thực hiện 100% Xét nghiệm X quang (RT) trên tất cả các hàn đệm theo chiều dọc và đường viền,kết hợp với thử nghiệm thủy tĩnh ở mức bình thường 1.3 lần áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP).

Bạn hiện đang phát triển một trang thông số kỹ thuật cho một dự án cột quy trình sắp tới hoặc bạn cần hỗ trợ điều chỉnh các bản vẽ lò phản ứng tháp của bạn với các yêu cầu của phần VIII ASME?