化学反应工程--第七章-气液相反应过程

gr u .02 t 1 e
1 2
工业鼓泡反应器内的气泡浮升速度一般用下式进行计算：
ut gr e r e L
1 2
式中：σ 为液体的表面张力（N/m），ρ L为液体密度（g/cm3）。 当有多数气泡一起上升时，气泡群的平均上升速度ub和单个气泡 的ut相差不大。 对流动的液体，气泡与液体之间存在一个相对速度，又称滑动速 度uS： u u 0 G L u u u 0 S b L 1 G G u0G、u0L为气相、液相的空塔速度。 范围内，而且比较均匀；在湍动区，气泡直径ub和孔径无关，分布器 的设计也就不那么重要了。
0 . 2 0 . 65 10 在安静区分布器的设计对气泡影响明显，气泡直径通常在
2
⑶气含率
G
①静态气含率ε 0G：是指液体并不连续流动时的气含率，ε 静止（不通气）液层高H0和通气时液层高度H算出： H H0 0G H u 0G 又： ub ，ub为实际的气速，u0G为空塔气速。
0G可从测量
H 0GH 0G 则气体平均停留时间为： ub u0G
若气含率随床高而改变，则：
0G
0G
H
0G
u0G
0
dH
②动态气含率ε G：指塔内气体、液体均为连续流动时的气含率。 由于塔内液体流动的影响，气体在床层内的平均停留时间为： H G
ut uL
uL为液体在塔内的实际速度，和气体并联时取正，逆流操作取负。
3 d VS G 6 2 a n d VS
n
由于气泡之间的相互影响，dVS的大小仍只能依靠实验。 对空气—水系统，经验式如下：
0 . 29 10 d Re 200 Re 2100 VS ， d 0
1
1 2 0
1 3 0
d 0 . 71 10 Re ， Re0 10000 VS 0
uL u0L 1 G，u0L为空塔液速。
GH 又根据平均停留时间的定义： G u 0G u 0G
最后可得： G
ut u0L 1 G
式中：α 是计及气泡浮升受阻碍的校正系数。 静态气含率和动态气含率之间的关系如下：
u 0 L G 1 1 G 0 G u 1 0 G G
1 2 1 2
式中：db为球形气泡直径；CD为曳力系数，是气泡雷诺数的函数，一 般实验结果为C 0 . 68 0 . 773 D
3 3 （re为与气泡体积相同的球体半径）时， . 7 10 m r 3 10 m 当 0 e
气泡不再是球形，尾涡后的旋涡使浮升阻力增加，此时：
2 m u 1 . 35 10 t r s e L 2 0 . 3 10 m 时，气泡呈圆帽形，随着气泡大小增加，浮升速度为： 当r e 1 2
2
0 . 05
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式中：dVS：气泡直径（m）；d0：小孔直径（m）；u0：小孔 d0u0 G Re 气速（m/s）； 0 G 由上式可见在高气速时，气速对气泡直径影响很小。
秋田等提出用鼓泡床床径作关联，得经验式如下：
u d 0 . 50 0 . 12 VS 0 G 26 Bo Ga D gD 2 gD L 式中： Bo ，称为朋特（Bond）准数；
gD 3 Ga 2 L ，伽利略（Galilei）准数
L
0 . 12

L ； L
D为鼓泡塔内径。
上式一般在 D 0 . 6 m内可作近似估算。
已知在水中鼓泡时的气泡直径，换算成其它液体时，可用下式修正：
L , H O d VS 2 d VS L H O
2
0 . 26
H O 2
0 . 50
L L , H O 2
0 . 24
⑵气泡上升速度 单个气泡时，按力的平衡导出其自由浮升速度ut为：
g d gd 4 4 L G b b u t 3 C 3C D L D
在实际操作条件下，气泡直径是不均一的，一般采用当量 比表面平均直径dVS表示，定义如下：
3 ndVS
n
即：

i

2 n d i i
6
2 dVS
2 i 3 i
ni

6
di3
dVS
nd n d
i
式中ni是直径为di的气泡数。
dVS和εG、a之间的关系为：
即：
dVS
6 G a
当床层处于湍动区时，ε
0G、ε G的计算不同于安静区，可用下式进行推算：
0G
空气 — 水系统
u0G 30 2u0G
1

1 72 3 u 0 G 0G 其他系统 30 2 u 0 G L
⑴气泡直径
气体流量很小时在单孔口形成气泡并长大到它的浮力与所 受表面张力相平衡时，就离开孔口上升。如果气泡较小且呈球 形，则：

3 d g d b L G 0 6
1 3
则：
d0 db 1 .82 g G L
可见此时气泡直径主要和小孔直径 d0有关。增加流量与气泡频率成正比。 ，其性能象一个坚实的圆球； d 0 . 1 cm 气泡很小时 0 较大时会发生变形，并且螺旋式地摆动上升。大型的气泡形状如同笠 帽，上圆下扁。 只有在极慢的气速下气泡才是一个个单独行动的，而在气速稍大时， 前后气泡就要互相影响。
1、鼓泡塔的流体力学 鼓泡塔中最基本的因素是气泡运动，塔内流体力学状况 ，一般是以空塔气速u0G的大小分为安静区和湍动区。 当：
m 0 . 05 u 0 . 06 OG s
称为安静区，此时气泡大小比较均匀，并作有规则的 浮升；当：
m u 0 . 075 OG s
称为湍动区，此时气泡运动不规则，鼓泡床内湍动剧烈。