鼓泡塔反应器综述

图7气含率关联图5.3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。5.4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。5.5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。6鼓泡塔反应器的传质、传热特性6.1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：液膜传质分系数可按下式关联：气-液传质比表面积可由气含率和气泡直径按下式确定：气-液界面的液相容积传质系数可按下式关联：6.2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/(m2·K)。给热系数可按下关系计算：当时，；当时，。7鼓泡塔反应器的简化反应模型气相与液相均为全混流，符合搅拌鼓泡反应器的情况，如果是连续操作，则浓度变化为：如果是半间歇操作，则：考虑气相轴向弥散的计算方法：液相为全返混而气相可用轴向弥散模型，对不可逆反应，液相主体cAL=0，即Levenspiel将上式的解析解与活塞流进行比较，得出了轴向弥散对反应容积的定量影响，绘出了下图8：图8鼓泡塔气相混合对反应器高度的影响图8鼓泡塔气相混合对反应器高度的影响8搅拌鼓泡反应器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。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。按气体导入方式分三种（图9）：图9图9搅拌反应器类别示意图强制分散：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。自吸分散：借搅拌桨旋转形成的低的背压，使气体经中空轴由液面上方吸入。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。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。图图10三种搅拌器液体循环示意图9鼓泡反应器的热稳定性连续操作的鼓泡或搅拌鼓泡反应器中，由于反应器存在着严重的轴向返混，可出现多重定态。气液反应是多相反应，它与单相反应相比，热稳定性更为复杂，它是化学反应速率、传递速率和溶解度的共同作用结果。其多态的数目也较单相反应为多。10鼓泡塔反应器的经验计算法由于气液反应过程是伴有化学反应的传递过程，比较复杂，虽然气液反应理论有了很大发展，对于工业生产设备的选型和过程强化指导能起指导作用，但尙不能定量地设计气液反应器设备，鼓泡塔反应器体积的确定仍然使用经验法。10.1反应器体积的计算鼓泡塔反应器除内件（填料、隔板、换热器等）的体积外，其体积主要由四部分构成：静液层体积VL、气液层所含气体体积VG、气液分离空间体积VE及顶盖死角体积VC。即V=VL+VG+VE+VC（1）充气液层的体积VR（2）分离空间体积VE（3）顶盖死角体积VC10.2反应器直径和高度的确定空塔气速可得由实验或工厂数据确定，由生产任务确定。一般=0.0028～0.0085m/s，当取得较小时，塔径必然较大，应考虑气体沿径向均匀分布；当较大时，则较小，液面会比较高，气体入口处静压力增大，气体输送费用增加，并可能出现液柱腾涌的不正常现象，塔高和塔径之比一般取值在3～12之间。11鼓泡塔反应器的工业应用实例鼓泡塔是一种常用的气液接触反应设备，各种有机化合物的氧化反应，如乙烯氧化生成乙醛、乙醛氧化生成醋酸或醋酸酐、环己醇氧