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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 .21.3鼓泡塔类型 .21.3.1空心式 .31.3.2多段式 .31.3.3循环式 .31.4鼓泡塔反应器的操作状态 .52 鼓泡塔反应器的流体力学特性 .72.1气泡直径 .82.2含气率.82.3气液比相界面积 .102.4鼓泡塔的气体阻力 P.102.5返混 .103 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 .113.1鼓泡塔的传质 .113.2鼓泡塔的传热 .124 鼓泡塔反应器的数学模型 .144.1双流体模型 .144.2湍流模型 .14.5 鼓泡塔反应器的工业应用实例161 鼓泡塔反应器简介1.1 鼓泡塔的概念
2、鼓泡塔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 。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
3、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； 塔液体层中可放置填料；塔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.空心式图空心式鼓泡塔图 多段式鼓泡塔空心式鼓泡塔如图所示，塔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，可在塔或塔外装备热交换单元。多段式多段式鼓泡塔反应器如图所示，塔至少有一块塔板。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。循环式.图循环式鼓泡塔循环式鼓泡塔如图所示，按循环类型可分为循环鼓泡塔和外循环鼓泡塔。
4、塔装有气升管，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不超过1m/s，气体升液式鼓泡塔中气升鼓泡管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
5、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。塔的部构件导流管、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，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造成不同的流动状态。安静鼓泡区：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，
6、很适用于动力学控制的慢反应。此时，气泡呈分散状态，气泡大小均匀，行有秩序的鼓泡，图 1.4 鼓泡塔流动状态分布区区域目测液体搅动微弱。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
7、器中。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择性有不利影响。例如环己烷氧化制环己酮、环己醇，丁烷氧化制甲乙酮，目的产物均为氧化的中间产物， 极易进一步氧化为酸， 为提高反应的选择性， 应使液体的流动接近活
8、塞流，而且要在低转化率下操作。为降低流动的返混程度， 可在鼓泡塔装设水平多孔隔板或挡板，或者填装填料，或者将鼓泡塔做出多级。.2 鼓泡塔反应器的流体力学特性鼓泡塔气液尺寸的大小、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。.2.1 气泡直径鼓泡塔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。引入参数，孔口雷诺数气泡直径 dB 根据孔口雷诺数可分为三个区域：低
