当前位置：文档之家 › 鼓泡塔反应器综述

鼓泡塔反应器综述

  • 格式：doc
  • 大小：821.05 KB
  • 文档页数：17

下载文档原格式

  / 17

合集下载

鼓泡塔反应器综述

鼓泡塔反应器综述

目录1 鼓泡塔反应器简介 (1)1.1 鼓泡塔的概念 (1)1.2 鼓泡塔的结构 (1)1.3 鼓泡塔类型 (2)1.3.1空心式 (2)1.3.2 多段式 (3)1.3.3 循环式 (3)1.4 鼓泡塔反应器的操作状态 (4)2 鼓泡塔反应器的流体力学特性 (6)2.1气泡直径 (6)2.2含气率 (6)2.3气液比相界面积 (7)2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP (7)2.5返混 (8)3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 (9)3.1鼓泡塔的传质 (9)3.2鼓泡塔的传热 (9)4 鼓泡塔反应器的数学模型 (11)4.1 双流体模型 (11)4.2 湍流模型 (11)5 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。

鼓泡塔反应器设计课件下载

鼓泡塔反应器设计课件下载

形状系数，球盖
=1
• 标准椭圆形封头 2m HE≥1m
安静区uOG<4. 鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。
=2
鼓泡层密度,kg/m3
反应器直径和高度的计算
D
D
4VG
3600uOG
m
H H=HR+HE+HC
3 H 12 D
谢谢观看！ 当ε而一标鼓欲其式液 连2当当52V外标D=V扩 25Δ当2H当Δ连是u=5u液标塔当2u塔u5塔反HV当 液54液鼓安 当Δ2塔当塔外欲夹而是鼓 5ε2蛇蛇塔塔 4其扩OGm~mc~cO~cOO~~m~m、 、0PPPLLL≥==鼓在般准泡提中中体续液D循准散量量续气体准内量内内应D体液体泡静量内量内循提套在气泡管管内内中散mmm小666666G:::动1HHGGG===水水c<cccc<<.分分分泡 湍 气 椭 塔 高 （ 连操 滴 环 椭 系比 比 操 液 连 椭 液 比 液 充 器 连 滴 连 层 区比 液 比 液 环 高 式 湍 液 层式 式 充 充（ 系静RR较孔较较垂垂垂mmmmm态u11半 半半HHHH平平++O..布布布塔动膜圆反单r续 作移换圆数 表表作相续圆体表体满直续移续密u表体表体换单热动相密 热热满满 r数态/////形高气低高高直直直EEEE气sssssHHAA连 连连O多多G≥≥≥≥板板板在区传形应位）流 时动热形不 面面时鼓流形扰面扰液径流动流度面流面扰热位效区鼓度 效效液液 ）不气EE气气气气气状时速时时上 上 上含G续 续续<1111孔孔++小小小8安操质封器相'动 V速式封仅 直直V泡动封动直动体和动速动,直动直动式相应操泡,应应体体 '仅mmmm含体体体体体<系液，气液液升升升::率kkHH操 操操实实c隔隔LL4gg孔孔孔静作阻头鼓界时 度热头与 径径塔时头剧径剧，高时度时径状径剧热界不作塔较较，， 与率CCm通通通通通数体体体m的的的==。.//作 作作测测板板mmVV/压压压/区时力泡面的 小效液 的的烈烈气度的小的态烈效面大时的大大气气 液ddddd。过过过过过，湍分湍湍s坚坚坚s时 时时33的的OO提提VVVVV降降降操，较塔的气 于应体 关气，体气于气由，应的时，关时时体体 体分分分分分球动布动动实实实SSSSSLLVVV宏宏高高===：：：：：+++作液小反传含 较物 键含返返从计含含空返较传。液键。。从从 物00LLL布布布布布盖使器使使圆圆圆222观观鼓鼓鼓气 气..===时体，应质率大理设率混混反算率率塔混大质体设反反理器器器器器气气气VVV球球球速速泡泡泡体体OOO，的可器速。 时性 备。严严应。。气严时速的备应应 性几几几几几流流流...度度塔塔塔分分LLL=kk影扩以的率。质 之重重器速重。率扩之器器 质乎乎乎乎乎破破破(((pp1。。τττ静静静散散+++aa响散忽特，有 一，，底，，散一底底 有u呈呈呈呈呈碎碎碎τττ压压压度度O'''液系略点即关 。流流部流即系。部部 关)))分分分分分成成成G降降降，，相数，与提， 型型通型提数通通 ，散散散散散气气气决减减传、液结高而 接接入接高、入入 而的的的的的泡泡泡定少少质液膜构传且 近近，近传液，， 且有有有有有。。。液液系体传质还 分质体分分 还CCC次次次次次体体SSS数性质系与 散系性散散 与序序序序序TTT纵纵的质阻数反 成数质成成 反RRR的的的的的向向。。。因、力，应 气，、气气 应鼓鼓鼓鼓鼓循循素气的则温 泡则气泡泡 温泡泡泡泡泡环环主泡大必度 沿必泡沿沿 度，，，，，。。要当小须、 着须当着着 、既既既既既是量决提气 液提量液液 气能能能能能气比定高体 体高比体体 体达达达达达泡表了扩反 上扩表上上 反到到到到到大面传散应 升散面升升 应一一一一一小积质系物 ，系积，， 物定定定定定、以速数的 既数以既既 的的的的的的空及率。分 与。及与与 分流流流流流塔气的压 液气液液 压量量量量量气体快或 相体相相 或，，，，，速表慢液 接表接接 液又又又又又、面。体 触面触触 体很很很很很液张浓 进张进进 浓少少少少少体力度 行力行行 度出出出出出性等有 反等反反 有现现现现现质，关 应，应应 关返返返返返和成。 同成同同 。混混混混混扩为时为时时。。。。。散 影 搅 影 搅 搅系响动响动动数传液传液液等质体质体体；系以系以以数增数增增的加的加加主传主传传要质要质质因速因速速素率素率率。。。。。

鼓泡塔的工作原理

鼓泡塔的工作原理

鼓泡塔的工作原理
鼓泡塔，又称鼓泡反应器，是一种常用的气液接触反应设备。

其工作原理主要是利用气体通过液体时产生的气泡来实现气液两相的充分接触和反应。

具体来说，气体从塔底向上经分布器以气泡形式通过液层，气泡在上升过程中与液体进行接触和反应。

气泡的搅拌作用可使液体充分混合，增加气液接触面积，提高传质和传热效率。

鼓泡塔中的液体分批加入，气体连续通入，属于半连续操作。

在塔内，气体和液体可以进行逆流或并流操作，具体取决于实际需求。

此外，为加强液体循环和传递反应热，鼓泡塔内可设外循环管和塔外换热器。

同时，为减少液体返混，塔内常设有挡板。

鼓泡塔结构简单，没有运动部件，适用于高压反应或腐蚀性物系。

在各种有机化合物的氧化反应中，如乙烯氧化生成醛、乙醛氧化生成乙酸或乙酸酐等，鼓泡塔都发挥了重要作用。

请注意，鼓泡塔的工作原理和应用领域可能因具体设备和应用场景的不同而有所差异。

在实际应用中，需要根据具体需求进行设计和优化。

鼓泡床反应器的原理是怎样的？

鼓泡床反应器的原理是怎样的？

鼓泡床反应器的原理是怎样的？
鼓泡式反应器是指气体在液相中以鼓泡方式造成混和并促进化学反应的反应器。

又称“鼓泡塔”。

属气-液相反应器。

常用的有简单鼓泡塔和气升管式鼓泡塔两种。

鼓泡床反应器是作为分散相的气体以气泡的形式进入连续的液相中的一种多相反应器，具有设计简单、传热传质性能良好、热稳定性高、混合性能佳、动力需求低等优点。

鼓泡床反应器工作原理：
液体分批加入，气体连续通入的称为半连续操作鼓泡塔。

连续操作的鼓泡塔气体和液体连续加入，流动方向可以为向上并流或逆流。

鼓泡塔多为空塔，一般在塔内设有挡板，以减少液体返混；为加强液体循环和传递反应热，可设外循环管和塔外换热器。

鼓泡塔中也可设置填料来增加气液接触面积减少返混。

气体一般由环形气体分散器、单孔喷嘴、多孔板等分散后通入。

气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程的反应器。

1。

鼓泡塔反应器设计[荟萃知识]

鼓泡塔反应器设计[荟萃知识]
鼓泡塔反应器 鼓泡塔反应器的特点与结构 鼓泡塔反应器的传质 鼓泡塔反应器的计算
行业知识
1
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： ➢ 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，
既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 ➢ 这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的
行业知识
12
鼓泡塔反应器的计算 反应器体积 充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
行业知识
13
➢ VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ')
连续操作时：VL=VOL
VOL
C AO xA
rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
行业知识
14
➢ VG：
VG
行业知识
5
➢ 气泡尺寸
a. 气泡的形成：
uOG较低时：气体分布器 uOG中等时：气体分布器加液体湍动 uOG较高时：液体湍动使气流破碎成气泡。
b.单个气泡的形状和直径 形状：db<0.2cm 垂直上升的坚实圆球. 0.2≤db≤1.0cm 螺旋式摆动上升的椭圆球 db>1.0cm 垂直上升的菌帽状
传质速率的快慢。 欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩
散系数。 扩散系数不仅与液体物理性质有关，而且还与反应温度、气体反
应物的分压或液体浓度有关。当鼓泡塔在安静区操作时，影响液相传质 系数的因素主要是气泡大小、空塔气速、液体性质和扩散系数等；而在 湍动区操作时，液体的扩散系数、液体性质、气泡当量比表面积以及气 体表面张力等，成为影响传质系数的主要因素。
条件：

鼓泡塔反应器设计

鼓泡塔反应器设计

喷嘴
扩散系数不仅式与液中体物理：性质形有关状，系而且数还与，反球应温盖度、：气体反应=物1的分压或液体浓度有关。
利用液体外循环冷却器移走热量。
单位体积充气层内气体所点标的体准积椭分率圆。形封头： =2
εG：动态气含率。
D≥1. 欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩散系数。
湍动区：uOG>8cm/s 气泡不断地分裂、合并，并产生激烈无定向运动。 反应器直径和高度的计算
液体不流动时的气含率。
液体连续流动时的气含率。
D ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
3
塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。
4、水平多孔隔板：提高气体分散度，减少液体纵向循环。
V 2cm 垂直上升的坚实圆球.
C
12 型式：多孔板
m
H H=HR+HE+HC
3 H 12 D
谢谢观看！
➢ 气泡尺寸
a. 气泡的形成：
uOG较低时：气体分布器 uOG中等时：气体分布器加液体湍动 uOG较高时：液体湍动使气流破碎成气泡。
b.单个气泡的形状和直径 形状：db<0.2cm 垂直上升的坚实圆球. 0.2≤db≤1.0cm 螺旋式摆动上升的椭圆球 db>1.0cm 垂直上升的菌帽状
条件：
Re0
鼓泡塔反应器设计
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： ➢ 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，
既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 ➢ 这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的
反应。 ➢ 鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，

鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构

鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
鼓泡塔反应器的发展动态
鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，既与液
相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。 鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于
图5液体喷射式 鼓泡反应器
鼓泡塔反应器的历史动态
• 自1971年来，千代田开发出了第一个脱硫 工艺，千代田公司继续改进和发展这项技 术,于1976年开发出了更为先进的工艺，这 项先进的技术将二氧化硫的吸收,氧化,中和, 结晶以及除尘等几个必不可少的工艺过程 合并到一个单独的气相-液相-固相反应器中 进行。这个反应器就叫做鼓泡式反应器 (JBR)。
• 20世纪70年代以后，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。
1987年处理废水
• 这些处理废水的方法是在鼓泡塔式(Bubble COlumns简称BC) 生物反应器基础上发展起来的。 这些方法都还有望进一步提高其处理效率 如增强 流体流动 强化气液传质便是一个行之有效的方法。 其中气升式循环生物反应器(Airlift LOOp 简称AL)
• 尽管国内外已经对浆态鼓泡床反应器的流体力学进行 了 大量研究 ，但由于多相流动过程的复杂性，对反应器 内 流体力学 的研究尚处于发展阶段 ，因此有必要对浆态床 反应器内流体力学行为进行更加详细深入的研究。
• 2011年应用鼓泡塔式反应器生产藏红花素的研究
• 2012年精对苯二甲酸(PTA)是合成聚对苯二甲酸 乙二醇酯的重要原料，随着国内聚酯工业的高速 发展，PTA产能越来越大。鼓泡塔式反应器结构 简单、运行可靠、制造成本低，已成功用于规模 化生产的PTA装置。采用鼓泡塔式反应器，对对 二甲苯(PX)氧化结晶生成对苯二甲酸(TA)的工艺 过程有着很大的进步和加大了生产量。为股跑塔 式反应器的进一步研究及工业化应用提供基础实 验数据。

【全版】搅拌鼓泡反应器推荐PPT

【全版】搅拌鼓泡反应器推荐PPT
广泛应用于发酵、生物化学、制药以及有机化合物的氧化、加氢、氯化等 生产过程。另外，湿法冶金和废水处理也常用这种反应器。
鼓泡塔反应器
搅拌器形式：盘式涡轮；
搅拌鼓泡反应器 强制分散：气体由搅拌器下的各种静态予分布装置（如分气环，多孔烧结板）导入。
适用于气体与黏性液体或悬浮溶液的反应系统，气体的分散主要靠机械搅拌，反应器操作可靠，放大容易，可以方便地半间歇式操作 另。外，湿法冶金和废水处理也常用这种反应器。
搅拌鼓泡反应器搅拌装置
搅拌器形式：盘式涡轮；斜式平板桨；螺旋桨。 搅拌器作用：液体混合，气体分散。
谢谢大家！
搅拌鼓泡反应器分类 强搅制拌分 鼓散泡：反气应体器由搅搅拌拌装器置下的各种静态予分布装置（如分气环，多孔烧结板）导入。
但功率消耗较大，严重的气液相返混，转动轴密封和稳定性等问题。 广 强泛制应分用 散于 ：发 气酵 体、 由生 搅物 拌化器学 下、 的制 各药 种以 静及 态有 予机 分化 布合 装物 置的 （氧 如化 分、 气加 环氢 ，、 多氯 孔化 烧等 结生 板产 ）过 导程 入。
工另自并作外吸由单 ， 分 处位湿散于按：法下山冶借方气东金搅的体轻和拌轴工废桨流导职水旋型入业处转搅学理形拌方院也成器式常的使用低气分这的液：种背混反压合应，均器使匀。气体经中空轴由液面上方吸入。
表另面外充 ，气湿分法散冶：金借和快废速水表处面理搅也拌常形用成这的种旋反涡应，器夹。带气体而使液体表面充气；
鼓泡塔反应器
搅拌鼓泡反应器
搅拌鼓泡反应器分类
自吸分散：借搅拌桨旋转拌鼓泡反应器
搅拌鼓泡反应器分类
表面充气分散：借快速表面搅拌形成的旋涡， 夹带气体而使液体表面充气；并由处于下方的 轴流型搅拌器使气液混合均匀。
鼓泡塔反应器

鼓泡塔反应器的特点结构教程教案

鼓泡塔反应器的特点结构教程教案
鼓泡塔反应器 鼓泡塔反应器的特点与结构 鼓泡塔反应器的传质 鼓泡塔反应器的计算
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： ➢ 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，
既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。 ➢ 这类反应器适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的
3 H 12 D
鼓泡塔反应器的计算 反应器体积 充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
➢ VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ')
连续操作时：VL=VOL
VOL
CAO xA
rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
➢R：
VRVGVLV G G1 VL G
➢ 鼓泡塔的气体压降ΔP：
ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
=
103 C2
u02G
2
HRRg
kpa
式中 C2=0.8 （小孔阻力系数）
u0：小孔气速，m/s 鼓泡层密度,kg/m3
鼓泡塔的传质 一般气膜传质阻力较小，可以忽略，液膜传质阻力的大小决定了
传质速率的快慢。 欲提高单位相界面的传质速率，即提高传质系数，则必须提高扩
计算液膜传质过程可用以下公式：
sh k LA d b D LA
SCL
L L DLA
Reb
dbuOGL L
1 0.0721.61
Sh2.0CReb0.484SC0.3L39 dDbL2g/A33
鼓泡塔中的传热
传热方式：三种 ➢ 利用溶剂、反应物或产物气化带走热量。 ➢ 利用液体外循环冷却器移走热量。 ➢ 利用夹套、蛇管或列管式冷却器移走热量。

鼓泡塔反应器设计

鼓泡塔反应器设计
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构鼓泡塔反应器的传质鼓泡塔反应器的计算鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构塔内充满液体气体从反应器底部通入分散成气泡沿着液体上升既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率
鼓泡塔反应器设计
鼓泡塔反应器鼓泡塔反应器的特点与结构
特点： ➢ 塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，
既与液相接触进行反应同时与反应的中速、慢速反应和放热量大的
反应。 ➢ 鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，
用于高压时也无困难。 ➢ 鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。
结构
➢ 塔体： ➢ 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
d0u0 G G
<200
➢ 气泡群的直径的计算
a.当量比表面直径dVS： b.体积平均直径dV： c.几何平均直径dg：
➢ 含气率： 单位体积充气层内气体所点的体积分率。 εOG：静态气含率。液体不流动时的气含率。 εG：动态气含率。液体连续流动时的气含率。
➢ 比相界面a：
单位反应器有效体积气泡的表面积。m2/m3
鼓泡塔反应器的计算 反应器体积 充气层的体积：VR=VG+VL 分离空间体积：VE 顶盖死区体积：VC
➢ VL: 半连续操作时：VL=VOL(τ+τ')
连续操作时：VL=VOL
VOL
CAO xA
rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
➢ VG：
VG
VLG 1G
➢ VR：
VRVGVL
VG
G
VL
1G
➢ 4、VE：
VE
4

鼓泡塔反应器综述

鼓泡塔反应器综述

目录1 鼓泡塔反应器简介 (1)1.1 鼓泡塔的概念 (1)1.2 鼓泡塔的结构 (2)1.3 鼓泡塔类型 (2)1.3.1空心式 (3)1.3.2 多段式 (3)1.3.3 循环式 (3)1.4 鼓泡塔反应器的操作状态 (5)2 鼓泡塔反应器的流体力学特性 (7)2.1气泡直径 (8)2.2含气率 (8)2.3气液比相界面积 (10)2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP (10)2.5返混 (10)3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 (11)3.1鼓泡塔的传质 (11)3.2鼓泡塔的传热 (12)4 鼓泡塔反应器的数学模型 (14)4.1 双流体模型 (14)4.2 湍流模型 (14)5 鼓泡塔反应器的工业应用实例 (16)1 鼓泡塔反应器简介1.1 鼓泡塔的概念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。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

目录1 鼓泡塔反应器简介 (1)1.1 鼓泡塔的概念 (1)1.2 鼓泡塔的结构 (2)1.3 鼓泡塔类型 (2)1.3.1空心式 (3)1.3.2 多段式 (3)1.3.3 循环式 (3)1.4 鼓泡塔反应器的操作状态 (5)2 鼓泡塔反应器的流体力学特性 (7)2.1气泡直径 (8)2.2含气率 (8)2.3气液比相界面积 (10)2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP (10)2.5返混 (10)3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性 (11)3.1鼓泡塔的传质 (11)3.2鼓泡塔的传热 (12)4 鼓泡塔反应器的数学模型 (14)4.1 双流体模型 (14)4.2 湍流模型 (14)5 鼓泡塔反应器的工业应用实例 (16)1 鼓泡塔反应器简介1.1 鼓泡塔的概念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。

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，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：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，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。

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，可在鼓泡塔内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内气液尺寸的大小、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。

2.1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。

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：低气速区域 Reo<400中等流速区域 400<Reo<5000 高气速区域 Reo>4000 无相关关系式，只是气泡平均直径随Reo 增加而下降2.2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：GGG eo u d R μρ0=310])([82.1gd d G L B ρρσ-=312100287.0eo B Rd d =式中εG——气含率；V G——气体体积，m3；V L——液体体积，m3；V GL——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对εG无影响。

当μOG＜0.05m/s时，εG与塔径D无关。

（因此实验室试验设备的直径一般应大于0.15m，只有当μOG＜0.05m/s时，才可取小塔径。

含气率是个重要参数，它反映的大小还影响到单位体积床层所具有的相界面积，以及气液两相在床层中的停留时间，从而影响传质过程和化学反应结果。

2.3气液比相界面积气液比相界面积是指单位气液混合鼓泡床层体积内所具有的气泡表面积，α的大小直接关系到传质速率，是重要的参数，α值测定比较困难，人们常利用传质关系式NA=kLαΔcA直接测定kLα之值进行使用。

2.4鼓泡塔内的气体阻力ΔP鼓泡塔内的气体阻力由两部分组成：一是气体分布器阻力，二是床层静压头的阻力。

2.5返混鼓泡塔内液相存在返混，所以通常工业鼓泡塔反应器内液相视为理想混合。

塔内气体的返混一般不太明显，常假设为置换流，其计算误差约为5%。

但要求严格计算时，尤其是当气体的转化率较高时，需考虑返混。

3 鼓泡塔反应器的传质、传热特性3.1鼓泡塔的传质鼓泡塔反应器内的传质过程中，一般气膜传质阻力较小，可以忽略，而液膜传质阻力的大小决定了传质速率的快慢。

当鼓泡塔在安静区操作时，影响液相传质系数的因素主要是气泡大小、空塔气速、液体性质和扩散系数等；而在湍动区操作时，液体的扩散系数、液体性质、气泡当量比表面积以及气体表面张力等，成为影响传质系数的主要因素。

鼓泡塔的气膜传质分系数可按如下关联：6.6 Dd k GBG液膜传质分系数可按下式关联：⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=σρμρρμL L B L L B L L L d g d g D Dd k LBL22235.0375.025.05.0气-液传质比表面积可由气含率和气泡直径按下式确定：dVSGa ε6=气-液界面的液相容积传质系数可按下式关联：εμρσρρμ1.131.062.05.0222326.0GLRLL L R LL R L L L a D g D g D DD k ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3.2鼓泡塔的传热鼓泡塔中的传热，通常以三种方式进行：利用溶剂、液相反应物或产物的汽化带走热量；采用液体循环外冷却器移出反应热；采用夹套、蛇管或列管式冷却器。

鼓泡床中由于气泡的运动，床层中的液体剧烈扰动。

流体对换热器壁的给热系数比自然对流给热系数大10余倍之多，通常它不成为热交换中的主要阻力。

鼓泡塔的总传热系数通常为 694～915W/(m 2·K)。

给热系数可按下关系计算：当()183131≤=g u K L L OG b μρ 时，⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=λμρμλαL L L L c K gb2146.022314131；当K b >18时，⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λμρμλαL L L L Lc g 3113.022。

4 鼓泡塔反应器的数学模型泡塔的数值模拟属于多相流模拟，目前主要有欧拉一拉格朗日法和欧拉法。

欧拉一拉格朗日方法需要对每一个气泡进行跟踪，对于高气含率的工业反应器，其应用受到计算量的限制；欧拉法又称为双流体模型，它假定每一相都是相互贯穿的连续体，为每一相求解一组控制方程，其计算将不受气含率的限制。

4.1 双流体模型双流体模型控制方程可在单相控制下采用集平均方法推导。

假定液体为连续相，气体为分散相不可压缩，且不考虑相间质量和热量传递，控制方程如下：质量守恒方程0)(=•∇+∂∂i i iU tαα 动量守恒方程g F U U tU i i i i i i i i i i i i i ρατααρααρα++∇•-=•∇+∂)()()( 动量方程中，F i 为相间作用力；错误!未找到引用源。