塔式鼓泡反应器混合法

臭氧发生器提供的臭氧源能否得到充分应用，是臭氧工程技术人员研究的重要课题，也是经过长时间的实践运行所积累经验。常用的投加方式有：鼓泡法、射流法、涡轮混合法、尼可尼混合法等方式。

鼓泡法

鼓泡法一般有塔式鼓泡和池式鼓泡两种（又称汽- 液反应器）。

1.塔式鼓泡反应器

设计必须先考虑总工艺之后，才能确定一座气液接触器（反应器）的尺寸。工艺是间歇的、半间歇的，还是连续的？间歇处理是在接触器内加入反应剂，反应后取出产品的一种加工过程。这种方法难得用于臭氧化，因为臭氧一般要求连续供应，由此导致考虑半间歇操作。普通半间歇臭氧化程序是将液体装入反应器，然后连续投加臭氧直到反应完成。连续处理是将反应剂同时加入和取出。这种连续臭氧化处理的一个例子是饮水净化，此时臭氧气投加到水中，随水连续流过反应器槽。

有关工艺类型的决定要同臭氧反应器的选择相一致。选择的气- 液接触器（反应器），在很大程度上受特定臭氧化反应的动力学和传质之间关系的制约。这一控制机理表明，在某种程度上该型接触器可以使用。如果臭氧吸收带有快反应，需要有大的界面面积来促进臭氧传质，所以，可以优先选用填料塔。另一方面，如果反应速率慢，从而大的液相容积（储液量）有益，鼓泡塔更有效。表5-1 列出常用气液接触器（表内“转化”一词指反应剂转换到中间产物或最终产品的百分数，而不是指臭氧从气相向液相的转化）。

表5-1 气液系统接触器及其特性

类型运行方式传质优点缺点反应方式

填料塔液体和气体相互逆流通过

由填料形成的同一通道。连

续运行

良好传质，随填料

类型和气液流量变

化

运行范围广能耐

受强腐蚀的系统

昂贵，难以保持温

度分布。易堵塞

气相或液相传质控制

板塔

液体和气体相互逆流通过

板塔，连续运行良好传质，同依气

体质量而定的界面

面积成比例

运行范围广，易

清洗

昂贵、设计复杂、

易堵塞

适合慢反应，中间停留容积

和大液体容积

鼓泡塔气体扩散成气泡，上升穿过

液柱，能连续顺流或逆流，

交替逆流，或反复逆流或顺

流运行，可以是半批量的

低传质，依界面面

积而定，后者是气

体流量的函数

低能耗

喷头可能堵塞，引

起气泡的不均匀分

布，混合差。接触

时间长

要求大液体容积受反应速

率控制的系统

喷淋塔

流体扩散到含 O 3 的气体

内借助大的界面面积

有中等传质

气相均匀

高能耗，固体物能

堵塞喷嘴

适合小储液量的快反应

搅拌塔

能连续，半批量或批量运

行，使用带机械搅拌的罐由于界面面积和气

体储量可有中等到

良好传质，前者依

气体流量及搅拌而

定

高度灵活性，能

处理固体，传热

特性好

搅拌需要能量，为

获得所需转化，搅

拌反应器需要最大

理论容积

受传质控制的反应

喷射器和涡轮

气体和液体被加压或抽吸

顺流通过小孔隙传质和界面面积大

混合好，接触时

间短，接触室小

耗能

适合短暂液体滞留，传质限

制的反应

管道接触器

可顺流（通常可用立管）或

逆流运行如水流量高，在高

气体流速下可得高

传质

易控温，低造价，

易操作

需要能量，为促进

气液接触需要用固

定混合器

适合短暂液体滞留，传质限

制反应

当设计一座气液系统时，设计者必须做多种考虑。这些要考虑的问题包括：气体和液体流量要满足生产规程、传质和化学反应关系；最后，选定一种将以最经济方式进行的气液接触器和操作方法。

在选择气液接触器过程中，需要考察以下一些参数对传质的影响：比界面面积a ，传质系数k L ，分散相的溶解度，溶质的扩散系数和分散相储存量。其他间接影响传质的因素有：分散相表面速度，气泡直径和速度。一些研究者还逐一评述了为臭氧使用的各种接触器。这些参考文献可用来查阅设计公式。下面将对表5-1 所列的接触器给以讨论，并将提出一般设计构想。

填料塔

填料塔是立罐内装以填料，来分散气流和水流，并促进混合。用于气体净化的填料塔，通常称作吸收塔，一般以气液逆流方式运行。从乙醇胺液中吸收二氧化碳和硫化氢便是一例。

某些填料也可以起催化剂作用来促进反应。当三氧化二铁催化剂用于填料塔内，同惰性填料相比，提高了臭氧氧化酚水溶液的臭氧利用率。填料塔采用逆流运行，但是带催化的填料塔逆流顺流操作都可以。在后一种情况下同向升流和同向降流操作都能遇到。升流可提供较好的气液混合，但会碰到压降较高和流量限制问题。同向降流以连续气相和分散液相方式通过催化填料，通常称作“滴滤床反应器”。填料塔可提供大的界面面积，因此，它们适用于受传质控制的反应。它们不需要大的压降，但在运行范围方面多少有些受限制。因为液体和气体基本上在同一通道内通过塔填料，对于有效运行来说，液体和气体负荷的范围较窄。塔内可能发生孤立温度偏离。

新型塑料填料可降低填料塔的费用，并可暴露于腐蚀性气体之中。现有多种填料型号可从中选择，填料公司在提供K a G 及其他设计数据方面是有帮助的。不过，应该认识到臭氧同多种增塑剂反应，推荐的塑料材料在它们确定使用之前，应在有臭氧存在情况下加以试验。

板式塔

板式塔比填料塔更贵，但可提供较宽广的运行范围。气液逆流，同时液体在每层塔板是重新分配的，由于水流在整个塔高度方

向均匀地分布，因此，高通水量时可使用大直径塔。塔板可设计为保证慢反应所需要的储液量，同时可为传质提供大界面面积。当寻求一座有广泛运行灵活性的板式塔时，阀板——可变孔径的穿孔塔板，是供吸收塔使用的理想塔板型式。

鼓泡塔

鼓泡塔向装满液体的塔内鼓气泡，是饮水消毒最常用的臭氧反应器，混合的程度依气泡大小和表面气体流速而定。鼓泡塔运行简单经济，极适用于高压臭氧化。为了控制温度，塔内可安装热交换器。

鼓泡塔也适用于化学反应速率控制的臭氧化反应，气体接触时间主要通过气泡上升速度和液柱高度予以控制。在气- 液接触系统中，鼓泡塔传质效率所受压力的影响，不像它在气- 气接触系统中那么大。

在某些化学反应情况下，能投加催化剂颗粒构成一种絮体反应器。催化剂颗粒因气泡运动被保持在悬浮状态，但是，催化剂颗粒也能引起喷头堵塞问题，特别是如果气流变成间歇的，或者如果气泡上升速度太慢不足以保持催化剂颗粒的悬浮。

喷淋塔

在喷淋塔内液体被喷洒到大量含臭氧的气体中。这种方法抽水费用很高，可产生很大的界面面积。喷淋塔，由于短接触时间和高界面面积对瞬时或快速反应适用。它们为一些欧洲的处理厂大批使用，而且在试验室试验中还发现它们有破坏氰化物的能力。搅拌槽

搅拌槽（搅拌反应槽）可用于其间传质速率和化学反应速率为同一数量级的中速反应方式。搅拌槽为高气液储量提供一种经济的方法，所以，三种运行方式（间歇、半间歇和连续）都可使用搅拌槽。连续向固定容积废水供臭氧气的半间歇运行，已成功地用于处理某些难降解工业废水。

以连续方式运行的搅拌槽，一般又称作返混反应器。假设是完全混合，它将使整个反应器内成分均匀，从而，出流成分与反应器内相同。对化学反应速率限制的反应方式来说，其内的传质效果不明显，返混反应器设计用公式表明，它们需要最大的理论容积，以获得所需的化学转化程度。

搅拌速度对气液平衡的主要作用是改变界面面积。通过使用强力搅拌，搅拌槽能接近填料塔的界面面积，并能近似无搅拌鼓泡塔的界面面积。改变搅拌速度的方法，常用于验证反应方式。当反应机理随增加搅拌作用（界面面积）从一种受传质限制的，转变到另一种受反应速率限制的时候，将可得到一条类似图 1 的中速反应曲线。

因搅拌器消耗电能明显增加其运行费用是一缺点。不过，当气体被扩散到液体内以后，降低了混合体的密度，所需搅拌电能也降低。混合用功率需要值最好使用未加气的液体来测定。

搅拌槽的优点是混合及传热效果好。机械搅拌作用能使投加的催化剂保持悬浮状态，从而改善絮体反应器的运行。由于搅拌作用极好的传热速率是可能的，无论夹套式或是嵌管式热交换器均可使用，用后者可提供更好的传热效果。

韦斯特普（Weserterp ）等以及普林格尔和巴罗那（Frengle 和Barona ），根据传质研究为搅拌反应槽设计了标准构造形式。标准图型中常用反应槽尺寸与直径的不同比例关系。这些比例可很容易地将反应槽的规模从半生产性放大到生产性装置。图2 给出标准搅拌反应槽构造图。

当需要高度混合时可用喷射器和涡轮，可获得中到高度界面面积，而且在短接触时间内就能完成快速反应。

水泵可提供1~10s 的停留时间。为了更高程度的混合或充分剪切以产生界面面积，可以使用轴向混合器（管道混合器）。为将臭氧化气吸入到流体内，也常用文丘里反应器。它的主要优点是易安装，但会产生堵塞问题。

管道反应

管道反应器可以用单根连续管道制成，也可用几根并联运行的管道制成，大多数采用同向流通过管道以获得活塞流。活塞流反应器的特征假定在直径方向完全混合，而在流动方向无扩散可利用。这就使得在垂直于流线的任一断面面积上的流速、温度和浓度分布都是相等的，惟独组成成分沿流程变化。对于受化学反应速率控制的反应方式来说，其内传质效果是不重要的，活塞流反应器设计公式表明，为获得所希望的化学转换程度，它们需要的理论值最小。

由于要确定气- 液流线图型是很复杂的，管道反应器很难设计用于气液反应。西奇（Cichy ）等及雷斯（Rase ）给出管道反应器25 种可能流动方式的讨论，利用巴克尔（Baker ）和戈维尔（Gorier ）图来预计流线图型已取得某些成功。

气液管道反应器主要由于它们的费用低、易扩建和优良的传热特性而被采用。在卧式管道反应器中常用紊流促进混合并给出活

塞流状态。在这种环境下，为重新往液体内分配气体，轴向固定混合器正在变得流行起来。这种装置是将一些固定构造装在管道内，它们迫使同向流的气体和液体通过迂回通道，从而不断增加两流体间的表面相互作用。既然这些嵌装的元件在管内是固定不动的，它们保证混合程度并传质增强到这种地步，都是由于受通过管道两种流体流速的影响。如果液体流速很慢，达到的传质量接近用两相同向流运行的管道接触器内可能得到的传质量。理查兹（Richards ）等用固定混合器研究了臭氧向水中的传质，并报道改善后的传质超过一般的管道反应器。

化学工业中最常用的立式管道反应器是湿壁塔，在塔内，液相沿塔内壁向下流动，在塔中心，气体可以同向或逆向流动。这些反应器用于特殊发热化学反应极好，但由于有限的界面面积而仅限于瞬时反应使用。湿壁塔极少用于臭氧反应，因为仅仅少数臭氧反应是高发热的。这是由于臭氧反应往往是处在低浓度下并且是被稀释到某种溶剂内的缘故。

在这些初步试验中含臭氧空气是循环通过试验装置的，而且一部分未经通过多孔扩散元件即被分解。这是由于几种因素包括光的影响的气流的搅动造成的。所以，考虑到为浓度比较用，在通过扩散器或未通过扩散器的出口处所量测到的那些浓度必须是精确的。

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。热效应较大时，可在塔内或塔外装备热交换单元。

鼓泡塔设计-反应器设计

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。PX 氧化涉及多种反应物和自由基之间的相互作用、催化剂-反应物-溶剂之间的协同作用、化学吸收与反应结晶过程的耦合作用，机理十分复杂。二、反应器选择 2.1 工艺流程选用的对二甲苯(PX)液相空气氧化反应流程如图1.1所示。原料PX和循环回收的溶剂醋酸和催化剂以及补充的新鲜醋酸和催化剂充分混合后进入反应器。在一定温度和压力条件下，料液中的对二甲苯与空气接触发生氧化反应，生成对苯二甲酸(TA)。TA在反应液中溶解度很小，因此反应器内是气、液、固三相并存。反应生成的TA固体由溶剂醋酸夹带在浆料中从反应器底部排出。气相的主要成分为移出反应热的蒸发溶剂醋酸、水和反应尾气，经过反应器顶部的脱水塔之后水富集，塔顶冷凝液部分采出，部分回流至脱水塔顶部。[3] PX氧化鼓泡塔反应器带脱水段，反应器构型为直筒鼓泡式，无强力搅拌，顶部设有脱水塔。压缩空气从反应器底部通人，鼓泡产生搅动促进气液传质与混

鼓泡塔设计-反应器设计与应用

《反应器设计及应用》课程设计报告对二甲苯氧化过程中的鼓泡塔设计学院化工学院专业化学工程与工艺班级 2 班学号姓名指导教师

鼓泡塔反应器综述

鼓泡塔反应器综述摘要：本文在调研的基础上，对化工生产中常用的鼓泡塔反应器进行综合叙述。从鼓泡塔的基本概念、起源发展、结构、流体力学特性、传质和传热、简化模型、设计及应用等方面进行综述，以便于更好的利用和开发。 Abstract: in this paper, on the basis of investigation, the chemical production in the bubble column reactor for a comprehensive description. Summarize on basic concept, the origin and development of bubbling tower, structure, hydrodynamics, mass transfer and heat transfer, a simplified model, design and application, to use and develop better. 前言用于进行化学反应的设备称为化学反应器，简称反应器。化工生产中所用的反应器内部进行的是伴有传质、传热和物质流动的化学反应过程，结构复杂，有时也称为工业反应器。按其结构特征来分，可分为管式反应器、釜式反应器和塔式反应器;按操作方法来分，可分为间歇、连续和半间歇反应器;按物料相态来分，可分为均相反应器和非均相反应器，均相反应器又有气相和液相两类，非均相反应器又分为气—液、气—固、液—液、液—固、气—液—固等反应器。按固体颗粒(固体颗粒可以是反应物，也可以是催化剂)状态来分，可分为固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器等。另外，还有一些分类方法，如按反应器内温度分布分类，可分为等温和非等温反应器;按反应器和外部之间换热来分，可分为绝热反应器和非绝热反应器等。化学反应器是化工装置的重要设备之一，其设计是否科学、合理，其运行是否安全、可靠，直接关系到整套装置的安全性和经济效益。反应设备虽然种类繁多,但对其要求是共同的主要有以下几点:①技术指标先进,即转化效率高处理量大,能耗低;②使用方便,操作稳定,容易调节,易于清理和检修;③结构简单,节省材料,造价低廉,制造安装方便。了解化学反应器发展的现状，进一步研究和开发新型实用的化学反应器具有重要的现实意义。本文就鼓泡塔反应器的概念、起源与发展、结构、流体力学、应用范围等进行综述，以便于更好的利用和开发。

鼓泡塔反应器

学年论文学院化学化工学院专业化学工程与工艺年级 2012级姓名题目鼓泡塔反应器的发展成绩 2015 年 6 月 15 日学号：

目录 1.鼓泡塔反应器 (1) 2.鼓泡塔反应器特点与结构 (1) 2.1鼓泡塔反应器特点 (1) 2.2鼓泡塔反应器结构 (2) 2.2.1简单鼓泡塔反应器基本结构 (2) 2.2.2最佳空塔气速应满足的两个条件 (2) 2.3影响传质的因素 (2) 3.鼓泡塔的优缺点 (2) 3.1优点 (2) 3.2缺点 (3) 4.鼓泡塔的分类 (3) 5.鼓泡塔反应器的历史发展及应用 (4) 5.1历史发展 (4) 5.2应用 (5) 6.结语 (5) 参考文献 (5)

鼓泡塔反应器的发展摘要：本文通过对鼓泡塔反应器以及对其发展前景进行的论述，使能够更容易的对该反应器进行研究，达到推动反应器发展的目的。关键词：鼓泡塔、反应器、发展 Abstract:In this paper, the reactor and its development prospects of bubble column reactor are discussed, which make it easier to study the reactor, and achieve the purpose of promoting the development of the reactor. Keywords:Bubble column、Reactor、Development 前言鼓泡塔反应器广泛用于发酵、生物化学、制药以及有机化合物的氢化、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。所以，鼓泡塔反应器的使用广泛，应该加以深入研究。 1.鼓泡塔反应器气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层，以液相为连续相，气相为分散相来实现气液相反应过程的反应器[1]。有槽型鼓泡反应器、鼓泡管式反应器、鼓泡塔等多种结构型式，其中鼓泡塔应用最广。 2.鼓泡塔反应器特点与结构 2.1鼓泡塔反应器的特点 (1)液体分批加入，气体连续通入的称为半连续操作鼓泡塔。 (2)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。 (3)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[2]。 (4)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。（5）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。

塔式鼓泡反应器混合法

臭氧发生器提供的臭氧源能否得到充分应用，是臭氧工程技术人员研究的重要课题，也是经过长时间的实践运行所积累经验。常用的投加方式有：鼓泡法、射流法、涡轮混合法、尼可尼混合法等方式。鼓泡法鼓泡法一般有塔式鼓泡和池式鼓泡两种（又称汽- 液反应器）。 1.塔式鼓泡反应器设计必须先考虑总工艺之后，才能确定一座气液接触器（反应器）的尺寸。工艺是间歇的、半间歇的，还是连续的？间歇处理是在接触器内加入反应剂，反应后取出产品的一种加工过程。这种方法难得用于臭氧化，因为臭氧一般要求连续供应，由此导致考虑半间歇操作。普通半间歇臭氧化程序是将液体装入反应器，然后连续投加臭氧直到反应完成。连续处理是将反应剂同时加入和取出。这种连续臭氧化处理的一个例子是饮水净化，此时臭氧气投加到水中，随水连续流过反应器槽。有关工艺类型的决定要同臭氧反应器的选择相一致。选择的气- 液接触器（反应器），在很大程度上受特定臭氧化反应的动力学和传质之间关系的制约。这一控制机理表明，在某种程度上该型接触器可以使用。如果臭氧吸收带有快反应，需要有大的界面面积来促进臭氧传质，所以，可以优先选用填料塔。另一方面，如果反应速率慢，从而大的液相容积（储液量）有益，鼓泡塔更有效。表5-1 列出常用气液接触器（表内“转化”一词指反应剂转换到中间产物或最终产品的百分数，而不是指臭氧从气相向液相的转化）。表5-1 气液系统接触器及其特性类型运行方式传质优点缺点反应方式填料塔液体和气体相互逆流通过由填料形成的同一通道。连续运行良好传质，随填料类型和气液流量变化运行范围广能耐受强腐蚀的系统昂贵，难以保持温度分布。易堵塞气相或液相传质控制板塔液体和气体相互逆流通过板塔，连续运行良好传质，同依气体质量而定的界面面积成比例运行范围广，易清洗昂贵、设计复杂、易堵塞适合慢反应，中间停留容积和大液体容积鼓泡塔气体扩散成气泡，上升穿过液柱，能连续顺流或逆流，交替逆流，或反复逆流或顺流运行，可以是半批量的低传质，依界面面积而定，后者是气体流量的函数低能耗喷头可能堵塞，引起气泡的不均匀分布，混合差。接触时间长要求大液体容积受反应速率控制的系统喷淋塔流体扩散到含 O 3 的气体内借助大的界面面积有中等传质气相均匀高能耗，固体物能堵塞喷嘴适合小储液量的快反应

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。热效应较大时，可在塔内或塔外装备热交换单元。

鼓泡反应器

鼓泡反应器 bubbling reactor 以液相为连续相，气相为分散相的气液反应器。有槽型鼓泡反应器、鼓泡管式反应器、鼓泡塔等多种结构型式，其中鼓泡塔应用最广。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。编辑本段主要形式有 ①鼓泡塔气体从塔底向上经分布器以气泡形式通过液层，气相中的反应物溶入液相并进行反应，气泡的搅拌作用可使液相充分混合。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。 ②鼓泡搅拌釜又称通气搅拌釜，利用机械搅拌使气体分散进入液流以实现质量传递和化学反应。常用的搅拌器为涡轮搅拌器，气体分布器安装在搅拌器下方正中处。鼓泡搅拌釜因搅拌器的形式、数量、尺寸、安装位置和转速都可进行选择和调节，故具有较强的适应能力。当反应为强放热时，上述两种反应器均可设置夹套或冷却管以控制反应温度;还可在反应器内设导流筒,以促进定向流动；或使气体经喷嘴注入，以提高液相的含气率，并加强传质。与填充塔、板式塔相比，鼓泡反应器的主要特点是液相体积分率高（可达90%以上），单位体积液相的相界面积小（在200m2/m3以下）。当反应极慢，过程由液相反应控制时，提高以单位反应器体积为基准的反应速率主要靠增加液相体积分率，宜于采用鼓泡反应器。当反应极快，过程由气液相际传质控制时，提高过程速率主要靠增加相界面积，则以采用填充塔或板式塔为宜。 1、基本结构

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。

鼓泡塔

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： H h G ?= 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 G G 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 n G G 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

鼓泡反应器汽泡比实验原理与要求

一、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： H h G ?=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 G G 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 n G G 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。气泡比表成面积a 可由平均气泡直经dus 与相应的气含率G ε计算：

dus a G ε6= (6) Gestrich 对许多学者计算a 的关系进行整理比较，得到了计算a 值的公式： G OO O K D H a ε26003.3.00??? ??= (7) 方程式适用范围： s m u G 60.0≤ 242.20≤≤D H 11510107.5<≤?K 因此在一定的气速G u 下，测定反应器的气含率G ε数据，就可以间接得到气液比表面a 。Gestrich 经大量数据比较，其计算偏差在%15±之内。二、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。三、设备及操作要点 1.设备特点实验装置流程图如下：

鼓泡塔设计-反应器设计

目录一、项目简介错误!未定义书签。二、反应器选择错误!未定义书签。工艺流程错误!未定义书签。鼓泡塔介绍错误!未定义书签。鼓泡塔反应器的分类错误!未定义书签。鼓泡塔反应器的特点与结构错误!未定义书签。鼓泡塔中的传质错误!未定义书签。鼓泡塔中的传热错误!未定义书签。三、初步设计错误!未定义书签。 PX氧化宏观动力学错误!未定义书签。宏观反应动力学错误!未定义书签。 PX氧化反应宏观动力学错误!未定义书签。氧化反应机理错误!未定义书签。反应段模型的建立[7] 错误!未定义书签。模型作如下假设：错误!未定义书签。模型方程错误!未定义书签。质量衡算错误!未定义书签。热量衡算错误!未定义书签。参数估算错误!未定义书签。模型的求解错误!未定义书签。影响PX氧化反应的工艺条件错误!未定义书签。四、总结错误!未定义书签。五、参考文献错误!未定义书签。

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。PX 氧化涉及多种反应物和自由基之间的相互作用、催化剂-反应物-溶剂之间的协同作用、化学吸收与反应结晶过程的耦合作用，机理十分复杂。二、反应器选择工艺流程选用的对二甲苯(PX)液相空气氧化反应流程如图所示。原料PX和循环回收的溶剂醋酸和催化剂以及补充的新鲜醋酸和催化剂充分混合后进入反应器。在一定温度和压力条件下，料液中的对二甲苯与空气接触发生氧化反应，生成对苯二甲酸(TA)。TA在反应液中溶解度很小，因此反应器内是气、液、固三相并存。反应生成的TA固体由溶剂醋酸夹带在浆料中从反应器底部排出。气相的主要成分为移出反应热的蒸发溶剂醋酸、水和反应尾气，经过反应器顶部的脱水塔之后水富集，塔顶冷凝液部分采出，部分回流至脱水塔顶部。[3] PX氧化鼓泡塔反应器带脱水段，反应器构型为直筒鼓泡式，无强力搅拌，顶部设有脱水塔。压缩空气从反应器底部通人，鼓泡产生搅动促进气液传质与混合。