鼓泡塔的基本结构
鼓泡塔参考资料
183实验十六 鼓泡反应器中汽泡比表面及气含率的测定A 实验目的气液鼓泡的反应器的气泡表面和气含率，是判别反应器流动状态、传质效率的重要参数。
气含率是鼓泡反应器中气相所占的体积分率，也是决定气泡比表面的重要参数，测定的方法很多，有体积法、重量法、光学法等。
气泡比表面的测定有物理法、化学法等，己有许多学者进行了系统研究，确定了气泡比表面与气含率的计算关系，可以直接应用。
本实验目的为：（1） 掌握静压法测定气含率的原理与方法； （2） 掌握气液鼓泡反应器的操作方法； （3） 了解气液比表面的确定方法。
B 实验原理 （1） 气含率气含率是表征气液鼓泡反应器流体力学特性的基本参数之一，它直接影响反应器内气液接触面积，从而影响传质速率与宏观反应速率，是气液鼓泡反应器的重要设计参数，测定气含率的方法很多，静压法是较精确的一种，基本原理由反应器内伯努利方程而来，可测定各段平均气含率，也可测定某一水平位置的局部气含率。
根据伯努利方程有：⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=dH dp g g L c G ρε1 (1) 采用U 型压差计测量时，两测压点平均气含率为：HhG ∆=ε (2) 当气液鼓泡反应器空塔气速改变时，气含率G ε会作相应变化，一般有如下关系：n GG u ∝ε (3)n 取决于流动状况。
对安静鼓泡流，n 值在0.7～1.2之间；在湍动鼓泡流或过渡流区，G u 影响较小，n 为0.4—0.7范围内。
假设 nGG ku =ε (4)则G G u n k lg lg lg +=ε(5)根据不同气速下的气含率数据，以G εlg 对G u lg 作图标绘，或用最小二乘法进行数据拟合，即可得到关系式中参数k 和n 值。
（2） 气泡比表面气泡比表面是单位液相体积的相界面积，也称气液接触面积，比相界面积，也是气液鼓泡反应器很重要的184参数之一。
许多学者进行了这方面的研究工作，如光透法、光反射法、照相技术、化学吸收法和探针技术等，每一种测试技术都存在着一定的局限性。
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。
反应器结构及工作原理图解
反应器结构及工作原理图解小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备,主要有以下类型：①管式反应器。
由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。
②釜式反应器。
由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。
用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜(见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。
③有固体颗粒床层的反应器。
气体或（和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程,包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。
④塔式反应器。
用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备,包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。
一、管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。
这种反应器可以很长,如丙烯二聚的反应器管长以公里计。
反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联;可以是空管,如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应,如列管式固定床反应器。
通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100（气体）或200(液体）,物料的流动可近似地视为平推流。
分类:1、水平管式反应器由无缝钢管与U形管连接而成。
这种结构易于加工制造和检修。
高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。
如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000—20000kPa。
2、立管式反应器立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器将管式反应器做成盘管的形式,设备紧凑,节省空间。
但检修和清刷管道比较困难.4、U形管式反应器U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置,以强化传热与传质过程。
U形管的直径大,物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。
5、多管并联管式反应器多管并联结构的管式反应器一般用于气固相反应，例如气相氯化氢和乙炔在多管并联装有固相催化剂的反应器中反应制氯乙烯，气相氮和氢混合物在多管并联装有固相铁催化剂的反应器中合成氨.性能特点:1、由于反应物的分子在反应器内停留时间相等,所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化,只随管长变化。
鼓泡塔的基本结构
1、基本结构 、
鼓泡塔的基本结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
高粘性物系常采用气体升液式鼓泡塔
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。 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-筒体；2-气升管；3-气体分布器
•
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。
鼓泡塔传质系数
鼓泡塔传质系数鼓泡塔是一种常见的传质设备，广泛应用于化工、环保等领域。
传质系数是鼓泡塔设计和优化的关键参数之一，本文将从鼓泡塔传质基础、传质系数计算方法、影响因素及优化措施等方面进行详细阐述。
一、鼓泡塔传质基础1.1 鼓泡塔概述鼓泡塔是一种气液接触器，主要由填料层和气液分散器组成。
气液混合物在填料层中逆流运动，通过填料表面的微小孔隙进入内部空隙，形成大量小气泡和液膜。
气液混合物在填料层内充分接触，实现了物质的传递。
1.2 传质基础鼓泡塔中的物质传递过程包括两个方向：氧气从气相向液相的传递过程和废水中污染物从液相向气相的传递过程。
这两个过程都受到了界面扩散和对流扩散两种机制的影响。
二、计算方法2.1 传质系数定义传质系数是指单位时间内单位面积的物质传递量与浓度差之比，通常用k值表示。
在鼓泡塔中，k值可以表示为：k = (n/V) / (c1-c2)其中，n/V为单位时间内进入填料层的气体或液体的量；c1和c2为填料层中两个相邻截面上物质浓度的差值。
2.2 传质系数计算方法鼓泡塔中氧气从气相向液相的传递过程和污染物从液相向气相的传递过程都可以用不同的计算方法来求解。
（1）氧气从气相向液相的传递过程当鼓泡塔中存在大量小气泡时，可以将其视为无限接近于平板的情况进行计算。
在此情况下，k值可以通过以下公式计算：k = 0.62 * Db * Sc^(1/3) * (ρL-ρG)/μL^(1/2)其中，Db为小气泡直径；Sc为斯特劳哈尔数；ρL和ρG分别为液体和气体的密度；μL为液体粘度。
（2）污染物从液相向气相的传递过程污染物从液相向气相的传递过程可以通过以下公式计算：k = 2.5 * 10^(-4) * d ^ (2/3) * Sc^(1/2) * (ρL-ρG)/μG其中，d为填料孔隙直径；Sc为斯特劳哈尔数；ρL和ρG分别为液体和气体的密度；μG为气体粘度。
三、影响因素及优化措施3.1 影响因素鼓泡塔传质系数受到多种因素的影响，主要包括填料性质、操作条件、液体性质等。
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。
鼓泡塔设计-反应器设计.doc
目录一、项目简介 (1)二、反应器选择 (1)2.1 工艺流程 (1)2.2 鼓泡塔介绍 (2)2.2.1 鼓泡塔反应器的分类 (2)2.2.2 鼓泡塔反应器的特点与结构 (4)2.2.3 鼓泡塔中的传质 (6)2.2.4 鼓泡塔中的传热 (6)三、初步设计 (6)3.1 PX氧化宏观动力学 (6)3.1.1宏观反应动力学 (6)3.1.2 PX氧化反应宏观动力学 (7)3.1.3 氧化反应机理 (8)3.2反应段模型的建立[7] (11)3.2.1 模型作如下假设： (11)3.2.2模型方程 (11)3.2.4 质量衡算 (13)3.2.5 热量衡算 (14)3.2.6 参数估算 (14)3.2.7 模型的求解 (17)3.3 影响PX氧化反应的工艺条件 (18)四、总结 (19)五、参考文献 (20)对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计一、项目简介精对苯二甲酸（PTA）是生产聚酯的主要原料，PTA生产历史可以一直追溯到上世纪二十年代，继英国帝国化学工业公司（ICI）和美国杜邦公司（Dupont）开始生产高性能聚酯纤维开始，聚酯工业的发展极大的刺激了主要原料PTA生产技术的变革。
PTA合成方法曾先后采用：硝酸氯化法，Dupont公司开发的以钴为催化剂的空气氧化法，Witten公司开发的酯化氧化法（DMT），以及具有划时代意义的1958年由Mid-Century公司发的MC氧化工艺。
如今，工业上主要采用Co-Mn-Br为催化剂由对二甲苯（PX）经空气氧化制得[1]。
主要工艺有Amoco、三井和Dupont三大公司的专利技术。
三种工艺的基本流程大致相同，均采用Amoco-MC高温氧化法[2]。
对二甲苯（PX）氧化制对苯二甲酸（TA）是聚酯工业的一个重要生产过程，同时也是一个液相催化氧化过程。
工业氧化反应在185 ~ 224 ℃、1 ~2 MPa 下进行，采用Co-Mn-Br 三元复合催化剂，醋酸为溶剂，空气为氧化剂，反应物PX 经过一系列自由基反应步骤顺序生成醇、醛、酸，并最终转化为固体产物TA。
鼓泡塔反器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。
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 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。
VC：
式中
πD 3 VC = 12ϕ ：形状系数，球盖： ϕ
=1 标准椭圆形封头：ϕ =2
反应器直径和高度的计算 D
4VG D= 3600πu OG
m
H H=HR+HE+HC
H 3< < 12 D
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：
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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。 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-筒体；2-气升管；3-气体分布器
1、基本结构 、
鼓泡塔的基本结构
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。
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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。