鼓泡塔反应器设计[荟萃知识]
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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：
Re 0
d0u0 G G
<200
行业知识
6
➢ 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：
行业知识
7
➢ 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：
VLG 1G
➢ VR：
VR
VG VL
VG
G
VL
1G
行业知识
15
➢ 4、VE：
VE
4
D2HE
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
行业知识
16
➢ VC：
VC
D 3 12
式中 ：形状系数，球盖： =1
标准椭圆形封头： =2
单位反应器有效体积气泡的表面积。m2/m3
行业知识
8
➢ 鼓泡塔的气体压降ΔP：
ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
=
10 3 C2
u
2 0
G
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
行业知识
9
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
行业知识
10
计算液膜传质过程可用以下公式：
sh k LA db DLA
S CL
L L DLA
Re b
dbuOG L L
1 0.072 1.61
Sh
2.0
C
Re
b
0.484
S
0.339 CL
dbg 3 D2/3
LA
行业知识
11
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。
行业知识
17
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
行业知识
18
➢ 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。
行业知识
4
鼓泡塔的传递特性
鼓泡塔的流体力学特性 ➢ 塔内液体流动状态：由空塔气速uOG决定
※空塔气速uOG=v0/At 安静区：uOG<4.5~6cm/s 气体通过分布器几乎呈分散的有次 序的鼓泡，既能达到一定的流量，又很少出现返混。 过渡区：4.5~6<uOG<8cm/s 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。塔内液体扰动剧烈，返混严重，流型接近CSTR。
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。
行业知识
2
结构
行业知识
3
➢ 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
行业知识
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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
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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
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➢ VG：
VG
行业知识
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➢ 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：
Re 0
d0u0 G G
<200
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➢ 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：
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➢ 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：
VLG 1G
➢ VR：
VR
VG VL
VG
G
VL
1G
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➢ 4、VE：
VE
4
D2HE
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
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➢ VC：
VC
D 3 12
式中 ：形状系数，球盖： =1
标准椭圆形封头： =2
单位反应器有效体积气泡的表面积。m2/m3
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➢ 鼓泡塔的气体压降ΔP：
ΔP=分布板小孔压降+鼓泡塔静压降
=
10 3 C2
u
2 0
G
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
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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
行业知识
10
计算液膜传质过程可用以下公式：
sh k LA db DLA
S CL
L L DLA
Re b
dbuOG L L
1 0.072 1.61
Sh
2.0
C
Re
b
0.484
S
0.339 CL
dbg 3 D2/3
LA
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11
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。
行业知识
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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
行业知识
18
➢ 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。
行业知识
4
鼓泡塔的传递特性
鼓泡塔的流体力学特性 ➢ 塔内液体流动状态：由空塔气速uOG决定
※空塔气速uOG=v0/At 安静区：uOG<4.5~6cm/s 气体通过分布器几乎呈分散的有次 序的鼓泡，既能达到一定的流量，又很少出现返混。 过渡区：4.5~6<uOG<8cm/s 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。塔内液体扰动剧烈，返混严重，流型接近CSTR。
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。
行业知识
2
结构
行业知识
3
➢ 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