鼓泡塔反应器综述.doc

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1、.目录1鼓泡塔反应器简介11.1鼓泡塔的概念11.2鼓泡塔的结构11.3鼓泡塔类型21.3.1空心式21.3.2多段式31.3.3循环式31.4鼓泡塔反应器的操作状态42鼓泡塔反应器的流体力学特性62.1气泡直径62.2含气率62.3气液比相界面积72.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP72.5返混83鼓泡塔反应器的传质、传热特性93.1鼓泡塔的传质93.2鼓泡塔的传热94鼓泡塔反应器的数学模型114.1双流体模型114.2湍流模型115鼓泡塔反应器的工业应用实例13..1鼓泡塔反应器简介1.1鼓泡塔的概念鼓泡塔是

2、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。优点：气相高度分散于液相中，具有大的液体持有量和相界接触面，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，被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化等工业过程。缺点：液相有较大的返混，气相有较大的压降。当高径比大时，气泡合并速度增加，使相际接触面积减小。1.2鼓泡塔的结构图1.2简单鼓泡塔..气体分布器：使气体分布均匀，强化传热、传质。是气液相鼓泡塔的关键设备之一，型式：多孔板，喷嘴，多孔

3、等，为鼓泡塔主要结构之一，另一主要结构为塔体。换热装置：1、夹套式：热效应不大时。2、蛇管式：热效应较大时。3、外循环换热式：热效应较大时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。1.3鼓泡塔类型1.3.1空心式图1.3.1空心式鼓泡塔图1.3.2多段式鼓泡塔空心式鼓泡塔如图1.3.1所示，塔内不含塔板和液体分布器，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

4、。..1.3.2多段式多段式鼓泡塔反应器如图1.3.2所示，塔内至少有一块塔板。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。1.3.3循环式图1.3.3循环式鼓泡塔循环式鼓泡塔如图1.3.3所示，按循环类型可分为内循环鼓泡塔和外循环鼓泡塔。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

5、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。..1.4鼓泡塔反应器的操作状态鼓泡塔内流体的流动情况比较复杂，气体的鼓入方式多种多样，气速的大小有高有低，有的单独鼓入，有的与液体一起鼓入或喷入。液体有流动的（连续式），有不流动的（半间歇式）。在连续操作的塔中，液体与气体有逆流的，有并流的，气液的流动会相互影响。塔内的内部构件导流管、障板、挡板、筛板、换热器等，也会影响气体和液体的流动状态及气液两相的接触状态，

6、从而影响反应器的传递特性和反应结果。下面，仅就一般及典型的情况作出说明和描述，在实践中指导分析和改进鼓泡塔的操作，改善鼓泡塔的结构和塔内流型，提高反应器的收率和生产能力。气体的空塔线速度不同会在鼓泡塔内造成不同的流动状态。安静鼓泡区：图1.4鼓泡塔流动状态分布区区域图表观气速低于0.05m/s时，处于此区。所谓安静区操作，即鼓泡塔中的气体流量较小，气泡大小比较均匀，规则地浮升，液体搅拌并不显著。在安静区操作，既能达到一定的气体流量，又可避免气体的轴向返混，很适用于动力学控制的慢反应。此时，气泡呈分散状态，

7、气泡大小均匀，行有秩序的鼓泡，目测液体搅动微弱。湍流鼓泡区：表观气速大于0.08m/s时，处于此区。所谓湍动区操作，在气体流量较大时，气泡运动呈不规则现象，液体作高度地湍动，塔内物料强烈混合，气泡作用的机理比较复杂，这种情况称为湍动区。在湍动区气泡大小不均匀，大气泡上升速度快，小气泡上升速度慢，停留时间不等，加之无定向搅动，不仅呈极大的液相返混，也造成气相返混。栓塞气泡流动区：小径气泡塔，高表观气速下出现此状态。由于器壁限制了大气泡直径。实验观察到，栓塞气泡流发生在小直径直至0.15m直径的鼓泡反应器中。

8、..在生产装置中，简单的鼓泡塔往往选择在安静区状态下操作，而气体升液式鼓泡塔往往在湍动区操作。连续操作的鼓泡塔反应器，当其长径比（塔高/塔径）比较小，气速又比较高时，液相的流动状态接近理想混合；长径比比较大但液体停留时间长、循环速度快时亦可视为理想混合；当长径比比较大，气速又较高时，气体接近理想置换流型。气液的激烈搅拌有利于气液表面的更新，有利于传质和传热的进行，使反应器内温度分布均匀，但返混的存在会影响转化率并对一些反应的选