鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展
气液鼓泡床内的液体流速分布
第 ５ ７卷 第 ７ 期 ２０ ０ ６年 ７月
化
工
学
报
（ ｉａ Ｃｈｎ ）
Ｖ ｏｌ ７ ＮＯ． ＿５ ７ Ｊ ｌ ２ ｕｙ ００６
Ｊ ｕｎ ｌ ｏ Ｃｈ ｍｉａ Ｉ ｄ ｓｒ ａ ｄ Ｅｎ ｉｅｒｎ ｏ ｒ ａ ｆ ｅ ｃ ｌ ｎ ｕ ｔｙ ｎ ｇｎ ｅ ｉｇ
ｂ ｕｂｂｌ ｏ ｕ ｎ ． ｅ ｃ ｍ ｐ ｒｓ ｔ ｅ ｈｅ ｌｑ ｉ ｉｃ ａ ｉ ｎ ｍｏｄ ｌａ ｈｅ ｒ ｐｏ ｔ ｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ｌｄａ ａ ｅ ｃ ｌ ｍ ｓ Ｔｈ ｏ ａ ｉｏｎ ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｉ ｕ ｄ ｃｒ ｕｌｔｏ ｅ ｎｄ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘｐ ｒｍｅ ａ ｔ ｓ ｗｓ ｔ ｔｔ ｅ ｌｑ ｉ ｉｃ ａ ｉ ｈｏ ｈａ ｈ ｉ ｕ ｄ ｃ ｒ ｕｌ ｔｏｎ ｍｏｄ ｌｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍ ｏ ｉｉ ｄ ｍ ｏ ｅ ｄｄｙ ｖ ｓ ｏ ｉｙ ｄｉｔ ｉ ｔｏｎ ｎ ｎｌ ｅ ｓ ｄ ｏ ｈ ｄ ｆｅ ｄ ｌｏｆｅ ｉ ｃ ｓ ｔ ｓ ｒｂｕ ｉ ｏｔｏ ｙ
Ｋｅ ｒ ｓ ｂｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂｂｌ ｏｌ ｍ ｎ；ｅ ｄｙ ｖ ｓ ｏｓｔ ｉ ｔ ｉ ｉ ｅｃ ｕ ｄ ｉｃ ｉｙ ｄ ｓ ｒｂｕｔｏｎ； ｌｑ ｄ ｃｒ ｕｌｔｏ ｉ ｕｉ ｉｃ ａ ｉ ｎ
引 言
鼓 泡 床 是 一 种 重 要 的气 液 或 气 液 固 多 相 反 应
有 很 大影 响 ，特别 是液 体返 混行 为 可 以由液 体循 环
特 性 直接决 定 ．如 何准 确地 描述 和预 测鼓 泡 床 中的
液 体 速 度 分 布 模 型 的建 立
１ １ 基 于 湍 流 黏 度 概 念 的 基 本 模 型 ．
液体 流速 沿径 向的分布 ，关 系 到鼓 泡床 反应 器 的设 计 、放大 和优 化． 因此 ，许 多 年来 它一 直是 人们 致 力探 讨 的重要 课题 之一 ＿ ］ ７． 目前 ，鼓 泡 塔 内液体 流速 分布 的研 究方 法 主要
鼓泡塔反应器的特点结构、传质、工艺计算
计算液膜传质过程可用以下公式：sh 来自k LA d b D LA
SCL
L DLA
L
Re b
dbuOGL
L
.072 1 0 bg3 0 .484 0 .339d Sh 2 .0 C Re S b CL 2/3 D LA
鼓泡塔的气体压降ΔP： ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降 =
3 2 u 10 0 G H g R R 2 C 2
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 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。
VOL
C AO x A rA
其中：（-rA）':实测的宏观速度。
VG：
VL G VG 1 G
VR：
V V G V V V L R G L G 1 G
4、VE：
当液滴移动速度小于0.0001m/s HE=αED 当D<1.2m HE≥1m D≥1.2m αE=0.75
VE D2HE 4
VC：
式中 ：形状系数，球盖： =1 标准椭圆形封头： =2
带阻尼内构件鼓泡塔的研究(Ⅱ)——内构件对气液传质速率的影响
文 章编 号 ：１０ －７ ３ （０ ７ ２ １ ９ ５ ０ １ ６ １ ２ ０ ）Ｏ 一Ｏ Ｏ 一Ｏ
带 阻尼 内构 件 鼓 泡 塔 的研 究 （Ｉ Ｉ）
— —
内构 件 对 气 液 传 质 速 率 的 影 响
煜 周 青 钠 李 希
王丽 军 王 丽雅 张
（ 江 大 学 材 料 与 化 工 学 院 ，浙 江 杭 州 ３ ０ ２ ） 浙 １０ ７
维普资讯
１０ １
化 学 反 应 工 程 与 工艺
２０ ０ ７年 ４月
种 常用 的 内构 件类 型 。 固体对流 体 的阻力 大小 与 固体 的截 面 积或迎 风面 积成 正 比 ，因此阻 尼 内构件 的 作 用大 小可 以用 阻尼 面积 密度 的概念 来表 征 ，定义 为单 位鼓泡 塔 体积 中所包 含 的 内构 件单 元 的迎风 面 积 ，量 纲为 ｍ。ｍ。 ／ 。另外 ，由于鼓泡 塔 中心 区域 气 速 和 液 速 大 ，周 边 区域 速 度 小 ，阻尼 内构 件 只 需
密度 和不 同气速 下 的气 液传 质 系数 ，考察 这 些结构 与操 作参 数对 气液 传质 过程 的影 响 ，为全 面评 价这 种 新 型反应 器 和工业 应用 提供依 据 。
１ 实验 部分
１ １ 实 验 装 置 ．
气 液传 质 实验在 内径 ４ ６ ７ ｍｍ、工作 段高 ４ ０ 的有机 玻璃 鼓泡 塔 中进行 ，塔 顶有 ８ ０ｍｍ 高 ０ｍｍ ０ ０ 的扩 大段 ，塔底设 置气 体 分布器 。阻尼 内构件 采用 安装 在鼓 泡塔 中心 轴线 上 的 、在径 向呈辐 射状 的杆
鼓 泡塔 中 的液体流 速采 用 Ｐ ｒｏ ａ ｌｒ管进行 检 测 ，得 到 的 压力 脉 动信 号 处 理 后 可得 到 液 相平 表 征液 体平 均速 度 和湍动 速度 的大 小 。速 度 测量方 法 参见文 献 ［］ ３ 。 １ 和［］
鼓泡塔反应器的特点结构讲解
储液量大，适于速度慢和热效应大的反应。液相轴向返混严重，连续操作型
反应速率明显下降。在单一反应器中，很难达到高的液相转化率，因此常用 多级彭泡塔串联或采用间歇操作方式
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 关键设备之一。 型式：多孔板 喷嘴 多孔管等 3、换热装置： 夹套式：热效应不大时。 蛇管式：热效应较大时。 外循环换热式：热效应较大时。 4、水平多孔隔板：提高气体分散度，减少液体纵向循环。
2）。 图1 空心式鼓泡塔
1－塔体；2－夹套； 3－气体分布器
图2 具有塔内热 交换单元的鼓泡塔
www,
为克服鼓泡塔中 的液相返混现象， 当高径比较大时， 常采用多段鼓泡 塔，以提高反应 效果（见图3）。
图3多段式气液 鼓泡塔
www,
当高粘性物系，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（含固体催化剂）等情况， 常用气体提升式鼓泡反应器（见图4）或 液体喷射式鼓泡反应器（见图5），此种 利用气体提升和液体喷射形成有规则的 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。此类又统 称为环流式鼓泡反应器。它具有径向气 液流动速度均匀、轴向弥散系数较低， 传热、传质系数较大，液体循环速度可 调节等优点。
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)。
鼓泡塔反应器的发展动态
气升式环流反应器
clearly underst ood. De partments at all level s shoul d strictly im plement the check i n the Office of party Committee evaluation, sig nificant a ccounta bility a nd rewar d incentive system, pay close attenti on to duty ca sh a nd maki ng unit y, rights, re sponsibil ities, a nd to i ns pire each of ca dres spirit and morale, Super courage. Investee insists, i s a dee p topic, i s a real pr oblem, i s a big issue. Today, I just combi ned t his yea r, the city's Communist Party Committee Office, had some rough talk a nd understanding, w e must strengt hen re search and excha nges i n this regar d in the future. Investee i n the new year, we must hol d high t he ba nner of Deng Xia opi ng theory a nd t he "three re prese nts" theory t he great ba nner of, under the correct lea dership of the CPC, a dhere t o the people-orie nted, i nsist on trut h, adhere first to excell ence, efforts to do Office w ork to a new level. S peech at the Conference on t he system of gover nment offices i n the city around the development of servi ce functi on to create a ne w situation in the work of the Office of the city's system of Gover nment--speech at the Confere nce on the system of governme nt offices in t he cityThis system of government offices worki ng in t he city's main task i s to st udy Governme nt systems of administrative supervisio n, a dministrative informati on, a dministrative re cepti on a nd i nformation te chnol ogy issues. For the me eting, t he City May or Ma has made importa nt instr ucti ons, the Municipal Gover nment Office fully pre pared brewi ng, combi ned wit h pra ctical w ork to develop the noti ce on furt her strengt heni ng the supervisi on w ork, the XX, Chief Informati on i nterim measures for 2005 a nd t he city's system of Governme nt Administrati on i nformatization construction task statement and other docume nts. Before the Ge neral Assembly a nd organizati on of counties (di stricts) of the scene t o observe t he Government Office, a chieve t he purpose of excha nges of w ork, thoug ht. Today, the ang Mayor also attended t he meeting and delivere d an im porta nt spe ech in t he midst, hope g ood grasp of implementati on. Next, I would l ike to make a few remarks. A, and around Center, l ook s at devel opment, strengthe ned service, city gover nment system Office w ork rendering atmosphere in re cent years, city governme nt system Office to华东理工大学2013—2014学年第一学期《反应器分析》课程论文 2013.10班级__________ 学号____________ 姓名____________开课学院________________ 任课教师____________成绩__________ 论文题目：论文要求：1、内容要求与化学反应过程及化学反应器相关。
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。
鼓泡床反应器中气液分配器对气含率的影响
鼓泡床反应器中气液分配器对气含率的影响熊超;蔡连波;王晓宁;陈强;盛维武;赵晓青【摘要】以水和空气分别模拟工业上的重质原油和氢气迚行冷模试验，考察鼓泡床反应器新型气液分配器对气含率的影响，迚而优化幵确定气液分配器的结构形式和结构参数。
试验结果表明，气液分配器对总体平均气含率的影响，随表观气速的增大基本呈线性增长，与其他鼓泡床迚料内构件结构的影响基本一致，幵且稍高一些（3%~5%）。
对局部气含率的影响：轴向上，在测试范围内，轴向位置越高，气含率越高，主要和泡罩式气液分配器结构有关；径向上，气体在床层中分布不均匀，中间多，近壁少，同一高度时，中心处气含率一般为近壁气含率的1.5~2倍。
%In this cold model experiment, using water and air to respectively simulate industrial heavy crude and hydrogen, influence of new gas-liquid distributor in the bubbling bed reactor on gas holdupwas investigated, and then the structure and parameters of the gas-liquid distributorwereoptimizedand determined. The experiment results show that, influence of this gas-liquid distributor on overall average gas holdup increases linearly along with change of superficial gas velocity, which is almost in the same with other feed structure of bubbling bed, and a little higher (3%~5%)thanothers. The influence on local gas holdup: for axial direction, the higher the axial location, the higher the gas holdup within the scope of the test, which is mainly related to the bubble cap structure of the gas-liquid distributor;for radial direction, the gas in the bed distribute unevenly, there is more in middle, but little close to the wall, and the gasholdup in center is nearly 1.5~2 times asthatclose to the wall in the same height.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】4页(P2019-2022)【关键词】鼓泡床反应器;气液分配器;气含率;冷模试验【作者】熊超;蔡连波;王晓宁;陈强;盛维武;赵晓青【作者单位】辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001;中国石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003;辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺113001;中国石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003;中国石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003;中国石化洛阳工程有限公司，河南洛阳 471003【正文语种】中文【中图分类】TQ051目前，鼓泡床工艺技术以床层压降小、反应温度均匀、无堵塞、易于取热而广泛应用于石油化工和环保等领域，特别是用于粘度大、杂质多的渣油加氢领域。
鼓泡流化床流动特性的数值仿真和实验研究
ＴＡＮＧ ｈ ｎ －ｌ ， ＡＮＧ ｏ ｇ， Ｓ ｅ ｇ ｉＷ Ｃｈ ｎ ＬＶ ｎ Ｐ Ｈｏ ｇ， ＥＮＧ ｅ Ｗ ｉ
（ ｏ ｅｅｏ ｏ ｅ ｎｉｅｒ ｇ Ｃ ｏｇｉｇＵ ｉｅｓｙ Ｃ ｏｇｉｇ４ ０４ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｗ ｒ ｇ ｅｉ ， ｈｎｑｎ ｎｖｒｉ ， ｈｎｑｎ ０ ０４， ｈｎ ） ｌ Ｐ Ｅ ｎ ｎ ｔ
：０
（） ２
、
上式中 ，√代表直角 空间 坐标 的方 向 ， 代表 相所 占 ｉ ｓ各
的空间体积份数 ， Ｐ代表各相 的密度 （ ｇ ｍ ） Ｕ代 表在 该方 ｋ／ ，
向上的速度矢量 （ ／ ） 下角标 ｇ表示气相 ，代表颗粒相 （ ｍ ｓ， Ｓ 下
同 ） 。
由于是应用 双流体模型 ， 且拟仿 真的流化 床 中只有 气体 与颗粒 两相 ， 以在某一有 限单元体 内各相 的体 积份数 之和 所
此需要对气 固流体动力特性 、 流化现象规 律加深认识 。近年
来， 在对鼓泡 床内的流 体动力 特性 进行研 究 中 ， 多数学 者 大
的初始床层高度提供理论依据 。
侧重于研究鼓泡流化床 的速度条件 』温度条件 对鼓 泡流 、 化床 内气 固两相流体动力特性 的影 响 ， 对其它初始 条件下 而 鼓泡流化床 内气 固两相流体动力 特性变化 研究较少 。因此 ，
Ｃ Ｄ数值仿真软件 在对 流化 床气 固两相 流动 中得到 了 Ｆ 充分运用［７。本 文采 用双流体 模型 的数值仿 真 ， ４］ － 并结合 实 验对不同初始床层分布下床 内气泡 尺寸 、 床层 压力分 布和气 体泄漏率等进行研究 ， 而了解不 同初始床层 高度下鼓 泡流 从 化床 内气 固两相流体动力特性 ， 为实际运行 过程 中确定 合适
27079163_鼓泡床中电石渣液相碳酸化反应流动特性表征
中ꎬ每次实验称取 ３０ ｇ 电石渣固体ꎬ根据指定的液固比ꎬ
１－鼓泡床主体ꎻ２ － 布 风板ꎻ３ － 气体质量流量计ꎻ
４－气瓶ꎻ５－压力探头ꎻ６－高速采集卡ꎻ７－计算机ꎻ８－灯
ＣＯ ２ 去除率. Ｌｉ 等 [１０] 在鼓泡床反应器中研究 Ｍｇ( ＯＨ) ２ 的浓度、进气流量和温度对 Ｍｇ( ＯＨ) ２ 浆液 ＣＯ ２ 吸
收性能的影响. 液相直接碳酸化属于加速碳酸化固定 ＣＯ ２ 路径之一ꎬ属于矿化封存 ＣＯ ２ 路径ꎬ它指存在液
相如水的条件下ꎬＣＯ ２ 进行水合作用形成碳酸、矿物或碱性固废等物质中钙和镁等碱性离子在液相中溶
ｓｉｇｎａｌｓ ｂｅｃｏｍｅ ｗｉｄｅｒ ａｔ ０.１０２ ｍｓ －１ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｌ / Ｓ ｒａｔｉｏ. Ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ
ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｎｏｔ ｓｉｍｉｌａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ￣ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒａｎｄｏｍ ａｎｄ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ. Ｔｈｅ ｌａｒｇｅ
积) 对 ＣＯ ２ 固定量的影响ꎬ结果表明冷轧废水中转炉渣的最佳碳酸化效率达 ８９.４％ꎬ最佳工况为反应时间
１２０ ｍｉｎꎬ液固比 ２０ ∶１ꎬ在室温下 ＣＯ ２ 流量 １ Ｌｍｉｎ －１ . 鼓泡床作为反应器ꎬ碳酸化效率较高 [１６－１７] ꎬ但该反应
器中三相流动非常复杂ꎬ气液、气固和液固之间的相互作用都会影响三相流动 [１８－２０] ꎬ流动特征的不同会导
据采集系统包括压力传感器ꎬ液相 ｐＨ 与电导率传感器ꎬ
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。
鼓泡浆态床反应器中传质对费托合成的影响
摘 要 ： 采 用 建 立 数 学 模 型 的 方 法 在 鼓 泡浆 态 床反 应 器 体 系 中讨 论 了 传 质 对 费 托 合 成 反 应 行 为 的 影 响 。 通
过 改 变 传 质 系 数定 性 探讨 了 费 托 合 成 反应 体 系传 质 控 制 和 动 力 学控 制 ，并 给 出 了其 三 维 示 意 图 。 在传 质 控 制 区 ，重 点讨 论 了传 质 的 变化 对 费 托合 成 反 应 产 物 分 布 的影 响 。结 果 表 明 ，在 传 质 控 制 区 ，传 质 增 强 ，产
ｎ ＣＯ ＋ （ ｎ １ Ｈ ２ Ｃ Ｈ２ ２ ｎ ２ ２ ＋ ） 一 ＋ Ｈ Ｏ ＋ ｎ ＣＯ ＋ ２ Ｈ２ Ｃ ｎ Ｏ ｎ 一 Ｈ２ ＋ Ｈ２ ＣＯ ＋ Ｈ２Ｏ — ＣＯ２ Ｈ２ ＋ （） １ （） ２ （） ３
有关 ＳＣ Ｂ Ｒ在 流体 力学 、催 化剂 和 费托反 应 动力学及 模 型化方 面 已得 到 了广 泛研 究［ 。实 际工 １ ］ 业 生产 中的鼓 泡塔 反应 器 ，气体 进入 反应 器形 成气泡 造成 流体 的相对 流 动 ，从而 实 现传质 ，不能彻 底 消 除传质 阻力 ，因此 传质 对 反应体 系 的影 响在工 业反应 器 中尤 为重要 。关 于 Ｓ Ｃ 中传质对 反应 影响 ＢＲ 的研 究较 少 ，有必要 建立 Ｓ Ｃ Ｂ Ｒ模 型来模拟研 究传质对费托合 成反应 的影 响 ，探 索在工 业化的鼓 泡塔反 应器 中传质控制 和动力 学控制的反应 条件 ，为费托合 成鼓泡浆态 床反应器 的 中试和工 业设计提供指导 。
Ｄｅ ． ２０ ７ ｃ ０
文章 编 号 ： ０ １ ６ １ （ ０ ７ ６ ４ ９ ５ １ ０ —７ ３ ２ ０ ）０ —０ ９ —０
鼓 泡 浆 态 床 反 应 器 中传 质 对 费 托 合 成 的 影 响
催化反应过程中的传质与反应研究
催化反应过程中的传质与反应研究催化反应是一种重要的化学反应方式，通过引入催化剂可以提高反应速率和选择性，从而降低反应温度和能量消耗。
然而，催化反应的过程并不仅仅是催化剂与反应物之间的相互作用，传质过程也起着至关重要的作用。
本文将探讨催化反应过程中的传质与反应研究，从传质理论、实验方法和应用角度进行分析。
一、传质理论传质是指物质在不同相之间的传递过程，包括质量传递和能量传递。
在催化反应中，传质过程对于反应速率和选择性有着重要影响。
传质理论主要包括扩散传质和对流传质两种机制。
1. 扩散传质扩散传质是指物质在催化剂表面附近通过扩散的方式传递。
扩散传质受到扩散系数和浓度梯度的影响。
扩散系数与温度、压力和物质性质有关，可以通过实验测定或理论计算得到。
浓度梯度则与反应物浓度分布和催化剂结构有关。
研究者通过测定物质的扩散系数和浓度分布，可以评估传质对催化反应的影响。
2. 对流传质对流传质是指物质通过流体介质的对流传递。
在催化反应中，对流传质主要受到流体速度和流体性质的影响。
流体速度越大，对流传质的速率越快。
此外，流体性质也会影响对流传质的速率，例如流体的黏度和密度等。
研究者可以通过测定流体速度和流体性质，来研究对流传质对催化反应的影响。
二、实验方法为了研究催化反应过程中的传质与反应，研究者采用了多种实验方法。
1. 质量传递实验质量传递实验是通过测定反应物浓度变化来研究传质过程。
研究者可以在反应器中设置传质层，通过测定传质层中反应物浓度的变化，来评估传质对催化反应的影响。
此外，研究者还可以通过改变传质层的厚度和催化剂的形状等条件，来研究传质对催化反应的影响。
2. 流体力学实验流体力学实验是通过测定流体速度和流体性质来研究对流传质过程。
研究者可以通过流体力学实验装置，测定流体速度和流体性质的变化，来评估对流传质对催化反应的影响。
此外，研究者还可以通过改变流体速度和流体性质等条件，来研究对流传质对催化反应的影响。
三、应用角度传质与反应研究在催化反应的应用中具有重要意义。
鼓泡流化床设计计算
鼓泡流化床设计计算摘要：一、鼓泡流化床的概述二、鼓泡流化床的设计计算方法1.设计原则2.设计参数3.设计计算步骤三、鼓泡流化床设计计算的应用1.工业生产中的应用2.环保领域的应用四、鼓泡流化床设计计算的发展趋势正文：鼓泡流化床是一种重要的气固反应装置，广泛应用于化工、石油、冶金、环保等领域。
本文将对鼓泡流化床的设计计算方法进行详细阐述。
一、鼓泡流化床的概述鼓泡流化床是一种采用气体使固体颗粒物料呈流化状态的反应器。
在鼓泡流化床中，气体从床底部通入，在上升过程中与固体颗粒物料充分接触，提高传质、传热效果。
鼓泡流化床具有较高的气固接触效率、较宽的操作范围和较低的设备投资等优点。
二、鼓泡流化床的设计计算方法1.设计原则鼓泡流化床的设计应遵循以下原则：确保气固接触良好、传质传热效果高；合理选择床层高度，以兼顾气固反应效果和设备投资；合理设计气体分布器，以实现均匀的气体分布。
2.设计参数鼓泡流化床的设计参数主要包括：床层高度、气体分布器形式、气体流量、固体颗粒粒径等。
这些参数将影响鼓泡流化床的气固接触效果、反应性能和设备投资。
3.设计计算步骤（1）确定设计原则和设计参数；（2）根据床层高度、气体分布器形式等参数，进行床内气体流动模拟；（3）根据气体流动模拟结果，分析气固接触效果和反应性能；（4）根据分析结果，调整设计参数，直至满足设计要求。
三、鼓泡流化床设计计算的应用1.工业生产中的应用鼓泡流化床在工业生产中的应用广泛，如用于石油催化裂化、化肥生产、氧化铝生产等。
通过鼓泡流化床设计计算，可优化生产过程，提高产品质量和产量。
2.环保领域的应用鼓泡流化床在环保领域也有广泛应用，如用于废气处理、污水处理等。
通过鼓泡流化床设计计算，可降低污染物的排放浓度，减轻环境污染。
四、鼓泡流化床设计计算的发展趋势随着计算机技术的不断发展，鼓泡流化床设计计算将更加依赖于数值模拟方法。
此外，随着新型固体颗粒物料的开发，鼓泡流化床设计计算也将面临新的挑战。
鼓泡床实验讲义
实验讲义一、实验目的1.了解鼓泡床内的流体力学特性及系统的传热、传质特性，加强对反应工程中三传一反的理解2.掌握压差法测气含率的原理及方法二、实验原理本反应器采用压差计对气含率进行测定。
压差计主要根据反应器内由于气体不断流出从而导致反应器压差变化的原理来进行测量。
由于反应器中大小气泡上升速度的差异，导致了反应器内压差随时间变化规律的不同。
对于上升速度近似相同的气泡群（例如大气泡群或小气泡群），反应器的压差随时间均匀变化，近似呈直线变化，所以当反应器内气泡分布发生变化时，反应器的压差变化规律也发生了变化。
差压传感器连接方法的不同，所测量的范围不同，可分为双引脚法和单引脚法。
双引脚法测量气含率，是指压差传感器两端均连接在液位以下，测量的是鼓泡时床层两引脚间的气含率。
单引脚法是指，差压传感器的一端连接在被测点（液位以下），另一端和塔顶相连，测量的是被测点和塔底之间的气含率。
两种方法的连接方式如下图所示。
本实验使用的是单引脚法测压差，差压传感器与反应器的连接方法如图2A图1 图22所示，稳定鼓泡时床层高度如图2B 所示，此时令测压点C 以下床层气含率为ε1，C 点以上部分气含率为ε2，另外固液混合物近似看成浆态，其混合密度为 。
根据鼓泡前后液相质量守恒可得：（2-1） 床层静止时CD 差压为P 0：（2-2）稳定鼓泡时差压为P 1：（2-3） 由于ρg <<ρSL ，所以可以忽略：（2-4） 由上式可得：（2-5）此时测量的为测量点C 点以下的平均气含率。
三、装置介绍如附图A 所示。
本鼓泡塔反应器为一不锈钢圆柱体，全塔总高1900mm ， 由两个部分组成，下端为鼓泡反应段，内径是98mm ，上端为沉降段，属冷凝结构，此部分塔径略大于下端，壳层走冷却水，起沉降气体中夹带的液滴的作用。
这两部分之间用法兰连接。
反应器的温度由导热油加热套加热并由温度控制调节仪进行温度控制，系统压力采用压力调节器进行控制并调节。
不同曳力模型对鼓泡床内气固两相流的模拟研究
半经验模 型 ，典 型 的如 Ｓ ａ ａ ＯＢ ｉｎ 型［ ｙ ｍｌｌ ＇ｒ 模 — ｅ １ 、Ｇｉａｐ ｗ模 型Ｌ ｄｓｏ １ ；另一种 是 基 于气 固相作 用 理论 ， 通过某种 纯数学 方法推 导 得 出 的模 型 ，如 Ｚ ａ ｇ等 的模 型Ｌ ｈｎ ｌ 、Ｋ ｃ— ｌ模 型 Ｌ ｏ ｈ Ｈｉ ｌ １ 胡；第 三种 是 对经 验 或半经验 模型进 行修 正过 的模 型 ，如修 正过 的 Ｓ ａ ａ ＯＢ ｉ ｙ ｍｌｌ ＇ｒ ｎ模 型［ — ｅ １ ，Ｍｃ ｅ Ｋｅｎ模 型Ｌ １ 。
污水处理中的流化床技术
维护管理难度大
对水质变化的适应性差
流化床技术对水质变化的适应性较差 ，可能需要针对不同水质进行优化调 整。
流化床内部结构复杂，维护管理难度 较大，需要专业人员进行操作。
03
流化床技术在污水处理中的研究进展
新型流化床技术的研发
悬浮载体流化床技术
利用悬浮载体作为生物膜载体，提高生物膜的挂膜速度和稳定性，降低投资和 运行成本。
在污水处理领域，流化床技术常用于 生物反应器中，利用微生物与固体颗 粒的结合，实现高效、低能耗的污水 处理。
流化床技术的原理
流化床技术的原理是利用流体的动力作用，使固体颗粒在床内不断翻滚、悬浮， 形成一种类似沸腾的状态。
在这种状态下，固体颗粒与流体之间形成高效的传质和传热过程，同时微生物在 固体颗粒表面生长繁殖，形成生物膜，实现对污水中有机物的降解。
移动床生物膜反应器技术
通过在反应器内设置移动床生物膜载体，提高传质效率和生物膜活性，减少污 泥产量。
流化床技术与其他污水处理技术的结合
流化床技术与活性污泥法 的结合
通过将流化床技术与活性污泥法相结合，实 现生物脱氮除磷，提高污水处理效果。
流化床技术与厌氧消化技 术的结合
利用流化床技术处理高浓度有机废水，提高 厌氧消化效率，实现有机废水的资源化利用
污水处理中流化床技术的优势
处理效率高
流化床技术具有较高的处理效率 ，能够快速去除污水中的污染物
。
占地面积小
流化床反应器结构紧凑，占地面积 小，适合在城市等空间有限的地方 使用。
节能环保
流化床技术采用低能耗的搅拌方式 ，运行成本较低，且对环境友好。
污水处理中流化床技术的挑战
悬浮物堵塞
随着悬浮物的积累，流化床可能会出 现堵塞现象，影响正常运行。
中心进气式鼓泡反应器内气液流动的大涡模拟
ｉ ｅｔ ｌ ｅａ ｄｂｂ ｌ ｃｌｍ ａｔ ｔｄｅ ｙｌ ｇ ｄ ｙｓ ｕａｏ ｓ（ Ｅ ） ｉｕａ ｄｒｓｌ — ｎａ ｎ ａｙａｒ ｅ ｕｂｅ ｏ ｎｒ ｃ ｒｓｓ ｉ ｂ ｒｅｅｄ ｉ ｌｉｎ Ｌ Ｓ ．Ｓ ｌ ｅ ｅ ｔ ａ ｃ ｒｌ ｔ ｕ ｅ ｏｉ ｕ ｄ ａ ｍ ｔ ｍ ｔ ｕｓ
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ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ａ — ｑ ｉ ｕ ｂ ｌｎ ｅ ｔ ｎ ｉｎ ｔ ｃｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏｖ ｍｅ ｔ ｒ ｎ ｅｔ ａｅ ｙ Ｌ Ｓ，ｗ ｉ ｅ ｅ ｔ ｒ ｃ ｓ ｆ ｓｌ ｕｄ ｔ ｒ ｕｅ ｃ ｒ ｓ ｔｓ ｕ ｔ ｒ ｓａ ｄ ｉ ｖ ｌｅ ｎ ｅ ｉｖ ｓ ｇ ｔｄ ｂ Ｅ ｇ ｉ ａ ｅ ｒ ｓ ａ ｉ ｈｃ ｒｆ ｃ ｈ ｌ
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ｒ ａ ｔｒ ｓｆｒｂ ｙ ｎ ｈ ｒｓ ｎ ａｕ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｓ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ａ －ｉ ｕｄ ｔ －ｈａｅ ｔ ｒ ｕｅ ｔｆｏ ｅ ｃｏ ｓｉ ａ ｅ ｏ ｄ ｔｅ ｐ ｅ ｅ ｔｍｅ ｓ ｒ ｇ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ．Ｉ ｈｓ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｇ ｓｌｑ ｉ ｗｏ ｐ ｓ ｕ ｂ ｌｎ ｗ ｉ ｌ
气固鼓泡流化床非稳态升温过程的实验研究
气固鼓泡流化床非稳态升温过程的实验研究摘要：气固鼓泡流化床是一种复杂的真空热处理装置，其运行过程特别是非稳态升温过程中物料的传热传质特性有很强的时变性。
本文以气固鼓泡流化床非稳态升温过程为研究对象，实验观察了非稳态升温过程中，物料在床层中的温度分布特性，以及由两种气体分别带动物料运动的情况下，物料的传热效果及动态运动特性。
结果表明，物料在床层中的温度分布特性受到气体带动的影响很大，物料的传热效果随着气体的流速变化而变化，气体的流向也会影响物料的传播路径。
因此，在气固鼓泡流化床非稳态升温过程中，正确的操作参数及调整方法是获得较高的传热效率和传质效率的关键。
关键词：气固鼓泡流化床；非稳态升温；传热；传质1.言气固鼓泡流化床（FBHD）是一种真空热处理装置，它结合了熔融混合和传热传质技术，能够很好地满足工业生产中物料的选择性混合、传热和传质等复杂工艺要求[1]。
这种装置主要是将物料和气体混合在一起，形成有一定密度的悬浮液，从而控制热能的传递和传质[2]。
气固鼓泡流化床的运行过程，特别是非稳态升温过程中，物料的传热传质特性有很强的时变性。
因此，正确的操作参数及热传过程的调整方法，对获得较高的传热效率和传质效率具有重要意义[3]。
本文以气固鼓泡流化床非稳态升温过程为研究对象，通过实验观测了物料在床层中的温度分布特性，以及由两种气体分别带动物料运动的情况下，物料的传热效果以及动态运动特性。
2.料与方法2.1验装置本次实验采用的气固鼓泡流化床实验装置如图1所示，包括两个元件：传热独立仪表部分（A部分）和真空加热部分（B部分）。
传热独立仪表部分（A部分）主要用于实时监控实验过程中物料的变化，包括温度变化、静态粘度变化和流场温度场三种特性参数。
真空加热部分（B部分）主要负责控制空气进入实验系统，以及对升温过程中物料的传热和传质。
图1固鼓泡流化床实验装置2.2验参数本次实验的主要参数如下：真空系统的真空度=4Pa，加热温度=600C；气体一（氧气）的进入压力=200KPa，流速=100L/min；气体二（氮气）的进入压力=150KPa，流速=50L/min。
关于鼓泡塔反应器的研究报告
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(Bubble Column Reactor)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，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。
鼓泡床中基于气泡结构的多相反应模型
鼓泡床中基于气泡结构的多相反应模型
刘岑凡;张楠;王维
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2018(069)005
【摘要】气固鼓泡床是一个流动、传热/传质和反应多尺度时空耦合的复杂系统.其中介尺度流动结构(如气泡)对于气固相间传递起着关键性的作用.为了准确描述气固流态化系统中的“三传一反”行为,需要在合理物理简化的基础上建立介尺度模型.提出了基于气泡结构的多流体反应模型,考虑了介尺度非均匀结构对于鼓泡床内气固相间反应的影响;定义了基于气泡的反应非均匀因子修正双流体(TFM)传质反应模型,从而使模型更加易用.通过鼓泡床内的臭氧催化分解反应模拟,对模型进行了初步验证,模拟结果与文献结果相符.
【总页数】6页(P2057-2062)
【作者】刘岑凡;张楠;王维
【作者单位】中国特种设备检测研究院质检总局特种设备安全与节能重点实验室,北京100029;中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190;中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室,北京100190
【正文语种】中文
【中图分类】TQ032.4
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径向呈均匀分布, 主要考察轴向分布[ 13] 。表观气速 增加, 鼓泡床内的湍动加剧, 固体的扩散系数增加, 使得固含率沿轴向更趋于均匀; 表观液速是影响固 含率的另一重要因素, 表观液速增加, 对固体的浮力 增加, 并且湍动强度也会相应增加, 使得固含率沿轴 向更趋于均匀。颗粒直径变小, 沉降速度降低, 固含 率分布沿轴向趋于均匀。 113 气泡尺寸及其分布
参数。按观察区域不同气含率分为局部气含率和平
均气含率。 11211 平均气含率
气含率是表征鼓泡床反应器内流动行为的重要
参数。气含率测量方法主要有光纤法、电导法和压
差法等。光纤法能够得到局部的气含率的较详细的 信息, 如气泡速度、气泡尺寸及其分布等, 但光纤法 一般只能测量气速较小时的情况, 气速较高时, 光纤 容易损坏; 电导法与光纤法类似, 但电导法测量气泡 行为时, 有灵敏度不高的缺点[ 4] ; 压差法只能测量反 应器两截面间的平均气泡行为, 不能像光纤和电导 法测量局部点的气泡行为, 但是压差法不受气速、操 作条件的限制。在许多情况下, 研究者一般采用压 差法测量鼓泡床反应器内的气泡行为[ 5] 。
目前, 已有很多学者对鼓泡床中的流动和液相 混合和相间传质进行了大量的研究, 由于试验和操
作条件及测试方法的差异, 其得出的结论也不尽相 同; 对于相含率、气泡尺寸及其分布、气泡停留时间、 液体轴向扩散系数和相间传质系数随操作条件的变 化规律仍没有统一的认识, 给鼓泡床反应器的设计 和放大带来很大的困难。
第 24 卷第 1 期
何广湘等: 鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展
77
的相互影响较小, 反应器内的气泡尺寸主要取决于 初始气泡尺寸, 而初始气泡尺寸由分布器决定, 因为 表观气速较低时, 气体分布器对气含率的影响较大; 而表观气速较高时, 气泡间的聚并破碎速度较大, 气 泡尺寸主要由气液表面性质及反应器内的湍动程度
笔者对鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究 进展进行了概述, 并对该反应器的应用前景进行了 讨论。
收稿日期: 2005- 12- 02
基金项目: 中国石化股份有限公司科技开 发资助课题( X501001) 。 作者简介: 何广湘( 1971- ) , 男, 湖 南醴陵人, 副教授, 主要从事三相反应器和分离工程方面的研究。 联系人: 靳海波, 电话: 81292074, E2mail: jinhaibo@ bipt. edu. cn。
Key words: bubble column reactor; gas holdup; liquid velocity; axial dispersion coefficient ; volumetric mass transfer coefficient
在化工生产过程中, 许多反应存在气、液、固三 相。鼓泡床反应器中以液相为连续相, 气相和固体 为离散相; 它具有无运动部件、结构简单、热容量大、 传热性能好、床层温度容易控制、固体颗粒易处理和 更换、没有磨损和堵塞等优点, 在许多工业过程中得 到了越来越广泛的应用, 如 Fischer2Tropsch 合成、甲 醇合成等工业过程[ 1] 。
在分布板区, 即反应器底部距分布器距离较小 的一段床层, 气泡尺寸及其分布受分布器形式的影 响较大, 一般认为, 烧结板式气体分布器能够形成较 小的初始气泡, 使得在分布板区气含率较大, 随着气 泡上升, 气泡之间会发生聚并和破碎并最终达到平 衡, 此即为主体液层区, 在此区, 气泡尺寸受分布器 影响较小, 主要取决于反应器尺寸、操作条件和液相 物理性质, 并且径向位置不同, 气泡尺寸分布也不相 同[ 14] 。一般认为, 表观气速越高, 气泡平均尺寸越 大, 大气泡增多; 液相粘度增加, 使得液速降低, 湍动 减弱, 气泡间的聚并加剧, 使得气泡平均尺寸增加。 表面张力增加, 由 Laplace 公式知, 气泡内外压差增 大, 气泡将朝着减小气泡内外压差的方向变化, 使得 气泡尺寸增加。
根据漂移通量理论, 对于一定的操作体系, 气液 相间滑移速度可近似看作常数[ 7] , 故液速增加, 气泡 上升速度增加, 气含率下降。Letzel[8] 考察了压力对 气含率有较大影响, 认为压力增加, 气含率增大, 这 与文献[ 6] 中的能量理论是一致的。
当鼓泡床反应器的塔径较小时, 由于壁效应的 影响, 平均气含率随塔径的增加而减小[9] , 当塔径超 过某一值后, 气含率随塔径的变化很小[ 10] 。表观气 速较低时, 气体分布器对平均气含率的影响较大; 而 高气速时, 气体分布器对气含率的影响较小, 这是由 于表观气速较低时, 反应器处于均匀鼓泡区, 气泡间
决定, 因此, 表观气速较高时, 气体分布器对气含率 的影响较小。 11212 大气泡和小气泡的气含率
Krishna[ 11] 的研究结果表明, 在湍流 区, 鼓泡床 内的气泡可分为两个等级。张同旺等[ 5] 利用床层塌 落法 ( Dynamic Gas Disengagement , DGD) 测量鼓泡床 内的气含率, 发现在塌落过程中, 塌落曲线可大致分 为两部分( 如图 2 所示) , 停气之后, 气含率先保持为 定值, 然后快速下降, 再过一个短暂的平台后再缓慢 下降, 这是因为大气泡上升速度较快, 所以大气泡首 先离开反应器, 当压力传感器的测量位置较高时, 此 时虽然大气泡已经离开传感器的上引脚, 但此时小 气泡的下端面还没有到达传感器的下引脚, 使得气 含率保持一定值, 当小气泡的下端面到达传感器的 下引脚后, 两测点间的气含率又开始下降, 由于此时 的小气泡上升速度比较小, 所以如图 2 所示, 气含率 的下降速度也较慢。
Abstract : The flow behavior, axial liquid mixing and inter2phase mass transfer in bubble column reactor were reviewed. The measurement methods of gas holdup, liquid velocity, axial liquid dispersion coefficient and volumetric mass transfer coefficient were introduced. And the difference among different methods was introduced. Effects of system pressure, temperature, superficial gas velocity, liquid properties and solid holdup on the flow behavior, axial liquid mixing and mass transfer in bubble column reactor were discussed.
影响气含率的主要因素有流体速度、压力、流体
密度、气液界面张力、粘度、反应器尺寸和气体分布 器等, 其中表观气速的变化对气含率的影响最显著。 在不同操作条件下, 气含率均随气速的增加而增加, 当表观气速较低时, 气含率随气速增加较快; 随表观 气速升高, 增加的趋势减弱, 发生这种气含率增加趋 势转变时的表观气速称为跃迁气速[ 3] 。张同旺等[ 6] 考察了表面张力对气含率的影响, 发现表面张力增 加, 气含率降低, 并从气泡聚并能量变化的角度对表 面张力的影响进行了定性解释。表观张力增加, 气 泡聚并所释放的能量增加, 即小气泡更易于聚并成 为大气泡, 使得气泡速度增加, 气含率降低; 增加气 体密度, 气泡的动 量和动能增加, 气泡碰撞能 量增 大, 促进气泡的破裂, 使得气泡尺寸减小, 也会使气 含率升高; 液体密度减小, 气泡受到的浮力减小, 上 升速度降低, 可导致气含率增大; 压力对气体密度增 加并且气泡破碎所需克服的能垒减小, 因此, 压力增 加, 气含率增加。
2007 年 1 月 Jan. 2007
化学工业与工程 CHEMICAL INDUSTRY33( 2007) 01- 0075- 06
第 24 卷 第 1 期 Vol. 24 No. 1
鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展
何广湘, 杨索和, 靳海波
76
化 学工业与工程
2007 年 1 月
1 流动行为
流动行为主要包括流型、相含率及其空间分布、 气泡尺寸分布、气泡在液相中的停留时间等。 111 流型
根据鼓泡床内液体流动的不同特征, 许多研究 者提出了鼓泡床中流型划分的不同准则[2] 。液体介 质不同, 其划分方式亦有所差异。对非发泡液体, 随 表观气速增加, 相继出现均匀鼓泡区、湍动区和节涌 区; 对发泡性液体, 当表观气速较高时, 反应器顶部 会有一部分泡沫区。
( 北京石油化工学院化工系, 北京 102617)
摘要: 总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果, 详细地介绍了鼓泡 床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法, 阐述了鼓泡床反应器性能的 主要影响因素, 如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特 性的影响, 并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述。 关键词: 鼓泡床反应器; 气含率; 液速; 轴向扩散系数; 传质系数 中图分类号: TQ016 文献标识码: A
2 混合特性
图 2 鼓泡床反应器的床层 塌落曲线
这说明可以利用床层塌落法测量鼓泡床内的大 小气泡含率和大小气泡速度。研究结果表明[ 12] , 随 表面张力降低, 总体气含率增加, 但大气泡分率增加 较小, 小气泡分率显著增加; 粘度增加, 大气泡含率 略有增加, 但小气泡含率 显著降低, 使得气含率降 低; 压力增加, 使得气泡破碎速率加快, 小气泡含率 增加, 而大气泡含率变化较小。 11213 固体含率的空间分布
图 1 鼓泡床反应器流 型图
112 相含率 相含率系指鼓泡床反应器内不同相所占的体积
分数, 对相间传质面积并进而对相间传质速率有重 要影响, 考察相含率随操作条件的变化关系对于深 入理解该类反应器内的流动、传质和传热具有重要 意义。按介质种类分为气含率、液含率和固含率; 在 工业过程中气体一般为反应相, 气液相间传质是相 间传质控制项, 因此气含率是反应器内重要的流动