关于鼓泡塔反应器的研究报告

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1、关于鼓泡塔反应器的研究报告1、鼓泡塔反应器的概念鼓泡塔(BubbleColumnReactor)是在塔体下部装上分布器，将气体分散在液体中进行传质、传热的一种塔式反应器。以其结构简单、无机械传动部件、易密封、传热效率高、操作稳定、操作费用低等优点,被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化、费-托合成、废气和废水处理、煤的液化及菌种培养等工业过程。特点：气相高度分散于液相中，具有大的液体持有量和相际接触面，传质和传热效率高，适用于缓慢化学反应和高度放热的情况；结构简单，操作稳定，投资和维修费用低缺点：液相有较大的返混，气相有较大的压降。2、鼓泡塔反应器的起源与演变20世纪70年代以后，

2、有关鼓泡塔的研究日益活跃，除标准型鼓泡塔外，又开发了各种各样的改型鼓泡塔（射流喷射型、气液下流型、双管式、多段式、填充式等）和悬浊鼓泡塔等。图1是各种鼓泡塔的示意图，从图中可见，在鼓泡塔中，气液两相基本呈并流和逆流两种。3、鼓泡塔反应器的结构3.1简单鼓泡塔的基本结构图2简单鼓泡塔1-塔体；2-夹套；3-气体分布器；4-塔体；5-挡板；6-塔外换热器；7-液体捕集器；8-扩大段主要由塔体和气体分布器组成。塔体可安装夹套或其它型式换热器或设有扩大段、液滴捕集器等；塔内液体层中可放置填料；塔内可安置水平多孔隔板以提高气体分散程度和减少液体返混。简单鼓泡塔内液相可近似视为理想混合流型，气相可

3、近似视为理想置换流型。最佳空塔气速应满足两个条件：（1）保证反应过程的最佳选择性；(2）保证反应器体积最小。影响传质的因素：当气体空塔气速低于0.05m/s时，气体分布器的结构就决定了气体的分散状况、气泡的大小，进而决定了气含率和液相传质系数的大小。　　当气体空塔气速大于0.1m/s时，气体分布器的结构无关紧要。此时的气泡是靠气流与液体间的冲击和摩擦而形成，气泡大小及其分布状况主要取决于气体空塔气速。3.2气体升液式鼓泡塔图3气体升液式鼓泡塔1-筒体；2-气升管；3-气体分布器塔内装有气升管，引起液体形成有规则的循环流动，可以强化反应器传质效果，并有利于固体催化剂的悬浮。适用于高粘性物

4、系。例如：生化工程的发酵、环境工程中活性污泥的处理、有机化工中催化加氢等特点：在这种鼓泡塔中气流的搅动比简单鼓泡塔激烈得多。简单鼓泡塔中气体空塔速度不超过1m/s，气体升液式鼓泡塔中气升鼓泡管内气体空管速度可高达2m/s，换算至全塔截面的空塔气速可达1m/s，其液体循环速度可达1～2m/s。3.3空心式图4空心式鼓泡塔最适用于缓慢化学反应系统或伴有大量热效应的的反应系统。热效应较大时，可在塔内或塔外装备热交换单元。3.4多段式鼓泡塔反应器图5多段式鼓泡塔反应器克服鼓泡反应器中的液相返混现象，适用于高径比较大的情况。1、鼓泡塔反应器的流体力学与混合特性5鼓泡塔反应器的流体力学特性鼓泡塔内

5、气液尺寸的大小、气泡的上升速度、床层的含气率、相界面积等参数，反应流体在塔内的流动状态，对于分析、操作和计算鼓泡塔反应器具有重要意义。5.1气泡直径鼓泡塔内的气泡有两种形成机制，当气速比较低时，靠分布器的小孔分散成气泡；当气速较高时，靠液体的湍动使喷出的气流破裂形成气泡。气泡的大小直接关系到气液传质面积。在同样的空塔气速下，气泡越小，说明分散越好，气液相接触面积就越大。在安静区，因为气泡上升速度慢，所以小孔气速对其大小影响不大，主要与分布器孔径及气液特性有关。在湍动区，气泡是靠气流与液体之间的喷射、冲击和摩擦而形成。因此在这种鼓泡塔内，气泡的形状、大小和运动是各式各样的，是瞬息万变的，

6、是随机的，形成大小不一的气泡群。鼓泡反应器的气泡直径可按Akita准数关联式计算：可用下式描述气泡直径沿径向的变化：dB—塔内直径d处的气泡平均直径5.2含气率单位体积鼓泡床（充气层）内气体所占的体积分数称为含气率。液体不流动时的含气率称为静态含气率；液体连续流动时的含气率称为动态含气率。气含率的含义是气液混合液中气体所占的体积分率，可用下式表示：　　　　式中εG——气含率；　　　　VG——气体体积，m3；　　　　VL——液体体积，m3；　　　　VGL——气液混合物体积，m3。对圆柱形塔来说，由于横截面一定，因此气含率的大小意味着通气前后塔内充气床层膨胀高度的大小。对于传质与化学反应来

7、讲，气含率非常重要，因为气含率与停留时间及气液相界面积的大小有关。影响气含率的因素主要有设备结构、物性参数和操作条件等。一般气体的性质对气含率影响不大，可以忽略。而液体的表面张力σL、粘度μL与密度ρL对气含率都有影响。溶液里存在电解质时会使气液界面发生变化，生成上升速度较小的气泡，使气含率比纯水中的高15%～20%。空塔气速增大时，εG也随之增加，但μOG达到一定值时，气泡汇合，εG反而下降。εG随塔径D的增加而下降，但当D＞0.15m时，D