浮阀塔、泡罩塔、筛板塔优缺点及结构原理要点.pdf

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1、- 1 - 筛板塔、泡罩塔和浮阀塔的优缺点 筛板塔是扎板塔的一种， 内装若干层水平塔板， 板上有许多小孔， 形状如筛； 并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛 孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿 过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质 过程的一种形式， 性能优于泡罩塔。 为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展 了环流筛板； 克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板； 减轻 筛板上雾沫夹带缩短板间距， 制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增 泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的

2、林德筛板。筛板塔普遍用作 H2S-H2O 双温交换过程的冷、 热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。# 1 Y) h2 y- l, ?! d+ T5 G , % k* . a+ 1 “ A- p2 f 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管 及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。 泡罩有 f80、f100、f150mm 三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边 开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、 矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板， 靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于 液层之中而形成液封。 升气管的顶部应高于泡罩齿

3、缝的上沿，以防止液体从中漏 下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形 成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面I0 Z8 b. G; p3 d 泡罩塔 板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层 厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所 取代， 在新建塔设备中已很少采用。浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点， 应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有F1 型、V-4 型及 T 型等。 浮阀塔板 的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点 是处理易结焦、 高粘度的物料时， 阀片

4、易与塔板粘结； 在操作过程中有时会发生 阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。 浮阀塔结构原理 浮阀塔 F-型（国外通称V-型）是用钢板冲压而成的圆形阀片，浮阀塔 F-型下面有三条阀腿， 把三条阀腿装入塔板的阀孔之后，用工具将腿下的阀脚扭转90 ，则浮阀就被限制在浮孔内 只能上下运动而不能脱离塔板。当气速较大时，浮阀塔F-型浮阀被吹起，达到最大开度； 当气速较小时，气体的动压头小于浮阀自重，于是浮阀塔F-型浮阀下落，浮阀周边上三个 朝下倾斜的定距片与塔板接触，此时开度最小。 定距片的作用是保证最小气速时还有一定的 开度，使气体与浮阀塔F-型塔板上液体能均匀地鼓泡，避免浮阀与塔板粘住。

5、浮阀塔F-型 浮阀的开度随塔内气相负荷大小自动调节，可以增大传质的效果，减少雾沫夹带。 结构原理如下图： - 2 - 分析一下图中所示结构，尤其是图中椭圆圈出的部分，若是能帮在下作出立体模型，那将感 激不尽 - 3 - 塔盘的形式目前主要有泡罩式、浮阀式、立体传质式、筛板式、舌形塔、浮动舌形式和浮动 喷射式等。请讨论： 1、比较各种塔盘的传质效率 2、各种塔盘的产生背景 浮阀式结构简单弹性好、制造安装容易一般都有采用 浮动舌形式也可以 筛板类型加工简单但是弹性太小。 泡罩式结构复杂塔盘重量大 填料塔 的作用是起到吸收作用，是化工 、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。 以下讲一下填料塔的结构

6、特点： - 4 - 填料塔 是以塔内的 填料 作为气液两相间接触构件的传质设备。填料 塔的塔身是一 直立式圆筒， 底部装有 填料支承板 ，填料 以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料 的上方 安装填料压板， 以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表 面流下。 气体 从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与 液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上， 气液两相密切接触进行传质。填料塔属 于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下， 气相为连续相， 液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使

7、得塔壁附近的液流量 逐渐增大， 这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效 率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包 括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体 再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔 具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。 填料塔 也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填 料表面， 使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等 复杂精馏不太适合等。 填料的分类 - Y A) t j#

8、y, b4 m6 Z# i# s. 5 Q+ G“ : t. u% A1 m 填料 的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料 和规整填料 。 1散装填料 散装填料 是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在 塔内， 又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料 根据结构特点不同，又可分为 环形填料、 鞍形 填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料 : ) S: F% M/ h* C K/ $ Z. 9 , o 拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料 - 5 - （1）拉西环填料 于 1914 年由拉西（ F. Rashching）发明，为外径

9、与高度相等的 圆环。 拉西环填料的气液分布较差，传质效率低， 阻力大， 通量小， 目前工业上已较少应用。 （2）鲍尔环填料 是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔， 被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在 环中心相搭。 鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小， 液体分布均匀。 与拉西环相比， 鲍尔环的气体通量可增加50% 以上， 传质效率提高30% 左右。 鲍尔环是一种应用较广的填料。 （3）阶梯环填料 是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在 一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气

10、体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减 少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接 触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的 汇集分散点， 可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍 尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 （4）弧鞍填料 属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧 鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高， 流道 呈弧形， 流动阻力小。 其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。 弧鞍填料强度较差，

11、容破碎，工业生产中应用不多。 （5）矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩 鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其 性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。 （6）金属环矩鞍填料环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特 点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩 鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散 装填料中应用较多。 （7）球形填料 一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。球形填料的特点是

12、球体为 空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不 - 6 - 易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上 应用较少。 除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来， 如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关 手册。 2规整填料 规整填料 是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据 其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。 （1）格栅填料 是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业 上应用最早的格栅填料为木格栅填料

13、。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填 料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。 格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。 （2）波纹填料 目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹 薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30和 45两种，组装时相邻两波纹板反向 靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90排列。 波纹填料 按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料 和陶瓷等之分。 金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网 波纹填料的压降低，分离效率很高，特别适用于精密精馏

14、及真空精馏装置，为难分离物系、 热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高， 但因其性能优良仍得到了广泛的应用。 金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多 f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细 小沟纹， 可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高， 耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。 - 7 - 金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料 的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为 0.4 0.5mm小刺

15、孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价 格便宜，应用较为广泛。 波纹填料 的优点是结构紧凑，阻力小， 传质效率高， 处理能力大， 比表面积大 （常 用的有 125、150、250、 350、500、700 等几种）。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、 易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。 （3）脉冲填料 是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填 料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两 相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气 速减到最小，实现两相的分离。流

16、道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。 脉冲填料 的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布 性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。 8 m$ a6 t5 t; x( g9 V8 w （1） 塔内气、液两相异常流动 a. 液泛 Z9 v w+ E# ?1 I% w 气、液两相在塔内总体上呈逆行流动，并在塔板上维持适宜的液层高度，气、液两相适 宜接触状态，进行接触传质。如果由于某种原因，使得气、液两相流动不畅，使板上液层迅 速积累，以致充满整个空间，破坏塔的正常操作，称此现象为液泛，如图6.9.2所示。根据 液泛发生原因不同，可分为两种不同性质的液泛。

17、过量雾沫夹带液泛) h H8 U1 e6 V3 g 雾沫夹带造成返混，降低塔板效率。 少量夹带不可避免，只有过量的夹带才能引起严重 后果。 液沫夹带有两种原因引起，其一是气相在液层中鼓泡，气泡破裂，将雾沫弹溅至上一 层塔板。可见， 增加板间距可减少夹带量。另一种原因是气相运动是喷射状，将液体分散并 可携带一部分液沫流动，此时增加板间距不会奏效。随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔 板上液层增厚，塔板液流不畅，液层迅速积累，以致充满整个空间，即液泛。由此原因诱发 的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速。 - 8 - 5 h# E5 X2 H3 U, c# y$ I- ) r0 j

18、( o/ l) c 图 6.9.2 塔板液泛图 6.9.3 塔板漏液 0 o4 i. s u; P0 S g y l5 j D“ c# 降液管液泛 当塔内气、 液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引起降液管液 层升高，。 当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致 达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛。并称之为降液管内液泛。两种液泛互相 影响和关相。其最终现象相同。8 A3 p1 A“ ?. v2 e b. 严重漏液 板式塔少量漏液不可避免，当气速进一步降低时，漏液量增大， 导致塔板上难以维持正 常操作所需的液面，无法操作。 此漏液为严重漏

19、液，如图6.9.3所示， 称相应的孔流气速为 漏液点气速。 （2）塔板上气、液流动状态7 c. I“ 0 F$ P2 , M 从筛板和浮 阀塔板的生产实践发现，从严重漏液到液泛整个范围内存在有五种接触状 态，即：鼓泡状态、蜂窝状态、泡沫状态、喷射状态及乳化状态。 由于低气速下产生的不连续鼓泡群传质面积小，比较平静，而靠小径塔壁稳定的蜂窝状， 其泡沫层湍动较差，不利于传质。 而高速液流剪切作用下使气相形成小气泡均匀分布在液体 中，形成均匀两相流体，即乳化态流体，不利于两相的分离，此状态在高压高液流量时易出 现。故这三种不是传质的适宜状态，工业生产中一般希望呈现泡沫态和喷射态两种状态。 5 X5

20、R0 N# W a 泡沫状态+ q/ p* c: ) g! q7 , 随气速的增大，接触状态由鼓泡、蜂窝状两状态逐渐转变为泡沫状，如图6.9.4 （a） 所示。由于孔口处鼓泡剧烈，各种尺寸的气泡连串迅速上升，将液相拉成液膜展开在气相内， 因泡沫剧烈运动，使泡沫不断破裂和生成，以及产生液滴群，泡沫为传质创造了良好条件。 是工业上重要的接触状态之一。 （a）泡沫状（b）喷射状5 Z“ n1 ?! | c# O+ O 图 6.9.4 气液接触状态 - 9 - b. 喷射状态/ h- y X |6 q+ : w! G5 j“ n 浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管，改在塔上开孔， 阀片上装有限位的三条腿，

21、浮阀可 随气速的变化上、下自由浮动，提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压降，同时具有较高塔 板效率，在生产中得到广泛的应用。 d3 g B7 d7 由 Q+ 数字 +质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以“Q ”，代表钢材的屈服点， 后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa例如 Q235表示屈服点（ s）为235 MPa的碳素结 构钢。 必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、 D。脱氧方法符号：F 表示沸腾钢； b 表示半镇静钢：Z 表示镇静钢； TZ表示特殊镇静钢，镇 静钢可不标符号，即Z 和 TZ都可不标。例如Q235-AF表示 A级沸腾钢。-

22、i+ l; K1 E. w0 x+ C7 X 专门用途的碳素钢，例如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢 号最后附加表示用途的字母。 2. 优质碳素结构钢6 8 m1 P* 3 f286-10 为组分在塔顶产品中的摩尔分率；为进料的热状态参数( 进料变为饱和蒸气所耗热量与它的 汽化热之比。显然，进料为饱和液体时=1, 为饱和蒸气时0) ，为料液所含组分数，为由式 (1) 确定的参变数，其值介于两个关键组分的相对挥发度之间。所谓关键组分是料液中对分 离起关键作用的两个组分，也即生产要求把料液在此两组分间分割开来。对于双组分物料, 关键组分就是此两组分。由式(1) 求出值以后，

23、代入式(2) 即可算出最小回流比。 回流比与分离所需理论板数的关系（见图 理论板数与回流比的关系 ）表明：回流比 从最小值逐渐增大的过程中，所需理论板数起初急剧减少，设备费用亦明显下降，足以补偿 - 12 - 能耗费用的增加； 但当回流比继续增大时，所需理论板数减少趋势缓慢 ( 其极限值是全回流 所需要的最少理论板数), 此时设备费用的减少将不能补偿能耗费用的增加。回流比的选择是 一个经济问题， 是在操作费（主要取决于能耗）和设备费（塔板数以及再沸器和冷凝器的传 热面积）之间作出权衡。实际使用的回流比通常为最小回流比的1.1 2.0 倍。 操作中精馏塔的分离能力，主要取决于回流比的大小。增大回

24、流比，就可提高产品纯 度，但也增加了能耗。改变回流比，是调节精馏塔操作的方便而有效的手段。 （1） 回流比 R对设计的影响 回流比 R是精馏过程的设计和操作的重要参数。R直接影响精馏塔的分离能力和系统的 能耗，同时也影响设备的结构尺寸。 图 6.4.11 回流比对理论塔板数的影响 当回流比增大时精馏段操作线斜率R/(R+1) 增大，则精馏段操作线远离平衡线，如图 6.4.11中绿线所示。使得精馏塔内各板传质推动力及 增大，使各板分离能力提高。为此， 完成相同分离要求，所需理论板数将会减少，图6.4.11中由 13 块减为 10 块理论板。然而 由于 R的增加导致塔内气、液两相流量增加，从而引起

25、再沸器热流提高。从而使精馏8 S“ T5 j N0 V V=(R+1)D) v: j- L! m （3）填料塔的 壁流 同样存在：; d“ M; m# z0 Q3 X7 1）散堆填料 一般地选取原则是：塔内径/填料公称直径50，壁流比较小 ，可以接受。塔筒 椭圆度影响不大；% y8 P) q- a# Y1 r: y$ 4 o 2）规整填料和筛板塔非常类似，存在 填料盘 、塔筒的椭圆度问题，比板式塔好不到那里去。 制造必须要求塔筒椭圆度。 是我解释的不好我说的填料不是填料塔是筛板与塔节搭接的地方加填料相当于一个密封 防止壁流谢谢楼上的解释另采取这种填料密封塔有没有试过效果怎么样？ 是我解释的不好

26、我说的填料不是填料塔是筛板与塔节搭接的地方加填料相当于一个密封 防止壁流谢谢楼上的解释另采取这种填料密封塔有没有试过效果怎么样？ 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 - 15 - 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

27、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 。 主要形式有 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。 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。

28、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。 6.2.1 鼓泡塔反应器的基本结构 1、基本结构 鼓泡塔的基本结构。

29、 - 16 - 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

30、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。 高粘性物系常采用气体升液式鼓泡塔 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。 - 17 - 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

31、12m/s 。 6.2.2 鼓泡塔的传递特性 一、鼓泡塔的流体力学特性 鼓泡塔的最基本现象：气体以气泡形态存在。 基本特性：气泡的形状、大小及其运动状况直接影响宏观反应过程。 1.流动状态和气泡特性 工业鼓泡塔反应器通常在两种流动状态下操作，即安静区和湍动区。 所谓安静区操作，即鼓泡塔中的气体流量较小，气泡大小比较均匀，规则地浮升，液体搅拌并 不显著。在安静区操作，既能达到一定的气体流量，又可避免气体的轴向返混，很适用于动力学控制的慢 反应。 所谓湍动区操作，在气体流量较大时，气泡运动呈不规则现象，液体作高度地湍动，塔内物料 强烈混合，气泡作用的机理比较复杂，这种情况称为湍动区。在湍动区气泡大

32、小不均匀，大气泡上升速度 快，小气泡上升速度慢，停留时间不等，加之无定向搅动，不仅呈极大的液相返混，也造成气相返混。 2.气泡大小 气泡的大小直接关系到气液传质面积。在同样的空塔气速下，气泡越小，说明分散越好，气液 相接触面积就越大。 在安静区，因为气泡上升速度慢，所以小孔气速对其大小影响不大，主要与分布器孔径及气液 特性有关。 在湍动区，气泡是靠气流与液体之间的喷射、冲击和摩擦而形成。因此在这种鼓泡塔内，气泡 的形状、大小和运动是各式各样的，是瞬息万变的，是随机的，形成大小不一的气泡群。 3.气含率 气含率的含义是气液混合液中气体所占的体积分率，可用下式表示： 式中 G 气含率； VG 气体

33、体积， m3 ； VL 液体体积， m3； VGL 气液混合物体积，m3。 对圆柱形塔来说，由于横截面一定，因此气含率的大小意味着通气前后塔内充气床层膨胀高度 的大小。对于传质与化学反应来讲，气含率非常重要，因为气含率与停留时间及气液相界面积的大小有关。 影响气含率的因素主要有设备结构、物性参数和操作条件等。一般气体的性质对气含率影响不 - 18 - 大，可以忽略。而液体的表面张力L 、粘度 L与密度 L对气含率都有影响。溶液里存在电解质时会使 气液界面发生变化，生成上升速度较小的气泡，使气含率比纯水中的高15% 20% 。空塔气速增大时， G 也随之增加 ，但 OG 达到一定值时 ，气泡汇合

34、 ，G 反而下降 。G 随塔径 D 的增加而下降 ，但当 D0.15m 时， D 对 G 无影响。当OG0.05m/s 时， G 与塔径 D 无关。 （因此实验室试验设备的直径一般应大于 0.15m ，只有当 OG 0.05m/s 时，才可取小塔径。 4.气液比相界面积 气液比相界面积是指单位气液混合鼓泡床层体积内所具有的气泡表面积，的大小直接关系到传 质速率，是重要的参数，值测定比较困难，人们常利用传质关系式NA=kL cA 直接测定 kL之值进行 使用。 5.鼓泡塔内的气体阻力P 鼓泡塔内的气体阻力由两部分组成：一是气体分布器阻力，二是床层静压头的阻力。 6、返混 鼓泡塔内液相存在返混，所

35、以通常工业鼓泡塔反应器内液相视为理想混合。塔内气体的返混一 般不太明显，常假设为置换流，其计算误差约为5%。但要求严格计算时，尤其是当气体的转化率较高时， 需考虑返混。 二、鼓泡塔的传质 鼓泡塔反应器内的传质过程中，一般气膜传质阻力较小，可以忽略，而液膜传质阻力的大小决 定了传质速率的快慢。 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。 三、鼓泡塔的传热 鼓泡塔中的传热，通常以三种方式进行：利用溶剂、液相反应物或产物的汽化带走热量；采

36、用 液体循环外冷却器移出反应热，（；采用夹套、蛇管或列管式冷却器。 鼓泡床中由于气泡的运动，床层中的液体剧烈扰动。流体对换热器壁的给热系数比自然对流给 热系数大 10 余倍之多，通常它不成为热交换中的主要阻力。鼓泡塔的总传热系数通常为694 915W/(m2K)。 半连续鼓泡塔 半连续操作的鼓泡塔反应器是指液体一次性加入，气体连续通入反应器底部，以气泡形式通过 床层，最后从顶部逸出，直到液相中组成达到要求时停止送气且将液体作为成品排出反应器。在这种反应 器中，气体是连续投料，液体是间歇投料，故称半连续操作的鼓泡塔反应器。与均相间歇反应器一样，每 个操作周期由反应时间 与辅助时间组成。 - 19 -