鼓泡塔反应器的开孔率和液体返混

� � � � 年 化 学 工 程 第 � 期 鼓泡塔反应器的开孔率和液体返混 华南工学院 � 摘 要 本文就鼓泡塔反应器气体分布器的开孔率和液体返混问题作了研究 , 并提出了有关的计算公式 。 一 、 气体分布器的开孔率 鼓泡塔的开孔率系指气体分布器的开孔面积同塔截面积之比 。 目前生产中采用的开孔率 范围很宽 , 由 。 � �� 到 �� � 。 采用较大开孔率原因有二 � �� 套用筛板塔的开孔率 � ��� 限 制气体在出气孔的速度 �称为小孔气速 , � 。�在生成连珠泡气速之下 “ ’。 如果按此设计 , 鼓泡 塔的开孔率将为 � � �� 。 但调查实际情况 , 开孔率远小于此数 , 鼓泡塔仍操作良好。 用 小�。。� � � � � 和 小� � � � �。。毫米的有机玻璃塔 , 以空气 �常压 �一 自来水为物系 , 做多孔 鼓泡的冷模试验 。 气体分布器用有机玻璃或聚氯乙烯多孔板分布器 , 安装时校准水平。 气孔 径范围 。� � � � � � 毫米 , 开孔率在 � � �� � � � � �之间 , 静液层高度 � � � � � 米 。 实验时逐步增 大或减少通入气量 , 观察鼓泡情况 。 实验在空塔气速 � � � �厘米�秒条件下进行。 发现往往并非所有小孔都出气。 随着气量增 加 , 出气小孔数增多 , 达到某一气量后 , 才全部孔都出气 。 而且气体经过小孔进外并夜层时 , 也 不呈冒泡形式 , 而是呈喷射气流射进液层中 , 高达 �� � �� 厘米 , 然后才分散成气泡 。 气体以喷射流形式通过小孔的速度远比生成连珠泡的气速为高。 我们测定了刚好使多孔 板全部小孔出气时的平均小孔气速 , 称为小孔临界气速 , 以 �后 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 , 列于表 � 中的第 � 行 。 只有小孔气速超过这个临界气速 , 才能全部小孔出气。 否则 , 根据供气量能使多少小孔的气 速达到临界气速 , 就有多少小孔出气, 其余小孔不出气。 从表 � 第 � 行看出 , 临界气速同小孔直径 � 。有关 , � 。愈小 , 临界气速愈大 。 表 � 计算的临界气速同观测值比较 一一月任�曰�一甲‘月了�� ,曰一��。��口 一八� ��一月了。�只�飞产�一������小孔直径 � 。 毫米 。· � …‘· 月伙月勺��九�八心…八曰�乙刀性弓土� �上����������流量系数 � 。�右界气速 按 �� �� 式计算� 石 米 �秒 观测值 二 是� 。� � � � 毫米的观测值 。 � � � � � � � 。· �‘…”· �� 。 � � � � � ‘·“’ � …‘“· ” 〕 �� · � � � �。� �� �� � � � …� � ·“ 庄卜,�� 一花矛。· � � �。· �“ �”· �‘� · � �� · � �� · �� · � … � � 参加工作的有 � 莫之光 、 梁应昌 、 李遴榷 、 范琼嘉 、 陈德峻 、 傅万飞及化纤专业 �� 级 部分应届毕业学员。 一� �一 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 为了解释这些现象 , 我们比较了当气量小时 , 气体从部分小孔呈喷射气流出气, 和平均 分布在所有小孔以间断冒泡形式出气二者所耗的能量 。 当气体从小孔间断冒泡出气时 , 流速很低 , 摩擦 损耗可忽略 。 气泡离开小孔上升靠浮力 , 不需外加能量 , 主要消耗的能量是 冒泡时克服表面张力所做的功 。 当气泡将要离开小孔时 , 按浮力和表面张力产生的拉力平衡 , 气泡直径 � 。 为 � � 、 一 �二翅。五六�香 厘米� � 又� � 一 � � � � � � � 式中 � � 为液体的表面张力 , 达 因�厘米 , � � 、 � � 分别为液体 、 气体的密度 , 克 �厘米� , � 为 重力加速度 。 每单位体积 �� 立方厘米� 气体的气泡数 � 为 � � �卫耐一一� 生成表面所消耗的功 � 。 为 � 。 � � · 二 � 孟· � � � � � �� 、 尔格 � � � 当气体以喷射气流形式通过小孔进入液层时 , 消耗的能量主要是气流通过孔板的摩擦损 耗 。 至于通过小孔后进入液层的能量消耗 , 包括气流和液体的摩擦, 气流分散为气泡的能量 , 则由越过孔板后气流的动能和气泡在液层中藉浮力产生的动能变化而来 , 可不必另行计算。 气流通过小孔的干板压降一般用下式计算 � △� 一丫却’ 达 因�厘米’ 相应地通过单位体积 �� 立方厘米� � � � 气体的能量损耗 � � 为 氰粼 尔格 � � 其中 � 。为流量系数 , 可由 � 。 � �� 。�切 的关联 图 「” 或公式 〔幻 计算 各为板厚度 。 物系一定 , 小孔直径也一定时 , � 。 是一定的 , � , 则随 � 。而变。 如果喷射流能量损耗 � � 不超过表面能的消耗 � 。 , 则气体将以喷射流形式 , 而不是以间断冒泡形式经过小孔 。 即 宁可在部分孔喷射气流 , 而不是平均分配到每个小孔冒泡。这时喷气小孔的数目大体上要保证 通过小孔的气速 � 。符合下列条件 � � 二 � 。 � � � � 将 �� � , �� � 和 �� �式代入得 � � � �百� ����,��� 。、’ 一 丝 迫 ��� 。 � � � � � � 一 � � � � 之 符合上式的 � 。应就是小孔出气的临界气速 �言。 以空气一水常温 、 常压下的性质代入 , 式 ��� 变为 �� 言� “ 一 � � �妙电旦� 三� 。� � � �厘米�秒 �“ � � � � 按此式计算不同 � 。的 心 , 见表 � , 其中 � 。从图 仁� 」查出 , 板厚度取 各� �毫米。 考虑到实验观测值的误差 , 和计算方法引进的简化 �例如忽略了孔表面粗糙度 � , 可以认 为表中所列的计算值和观测值是基本相符的。 孔径在 � � � 毫米范围内时 , 临界气速约为� “ 一 � �一 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 � 来�秒。 当空塔气速为 �匣米�秒 , 则最大开孔率约为 � � � � 。 所谓最大开孔率系指在该空塔气速条件下 , 欲每个小孔都出气的开孔率最大值。 如果超 过这个数值 , 就不能保证每个小孔都出气了。 考虑到在操作过程中空塔气速可能有波动 , 实 际开孔率应比最大开孔率小 。 二 、 鼓泡塔中的液体返混 分别对 小� � �不锈钢制� 和 小� � �有机玻璃制�鼓泡塔测定出口 流停留时间分布。 用空气 一水物系 。 示踪物为钻离子 �� 。 “ � , 在塔顶以脉 冲方式加入 。 在塔底取样 , 以分光光度计测 定样品中的钻离子浓度。 作为例子 , 把对 中� � 塔的一组测定数据 �实验 �� 标绘在下 图中 , 图中�是在时间为 � 时 出口 流的示踪物浓度 , � 。是脉冲加入示踪物后立即全混合的示踪物浓度。 其他实验的图形与 实验 �类似 , 不另列出。 分别用轴向分散模型和串连混合器模型来估计实验对象的液体返混程度。 ‘口�� � �鬓队�� �� ’山 “, 曹公 “� “, �哪口�子 � 夹牲�洲突点一桥 , ‘�� 式计算的曲线 口 �� 脚 �� ,刃翻分忿才留匆刃 必刃 图 实验 � 的流出曲线 , 小�� 塔 , � 二 � �� 厘米 , 空塔气速 � � 二 �一 �厘米�秒 , 空塔液速 � � 二 � � �� 厘米 �分 。 �� � 轴向分散模型 轴向分散模型是用 � � �� � 来表征返混程度的 。 其中 � 。 是有效轴向分散系数 , � 是液体 流速 , � 为液层高 , � 。 �� � 称为 “分散数 ” 。 文献 仁‘ , � 〕曾提出根据实验流出曲线的无因次均方 差 成 来计算 � 。 �� � 的公式 。 但在处理实验数据时发现 , 由于流出曲线拖尾很长 , 难于得到 确定的 心 值 , 从而算不 出确定的 � 。 �� � 。 � � � � �� 石。� 在进行鼓泡塔测定时 , 亦发现同样现 象 , 使 � � � � �� 转而采用其他方法 。 � � � � �� 得出从实验流出曲线求 � 。 的公式 � � � ��� 砍,土一。�� � 一一� �。 。 � 为出口流中 � � �。 “ 。� � 的时间 � 和 � 。 与塔径 � � 米 , 空塔气速 � � 米 �秒的关联式 � � 。米丫秒 � � � � � � � � · , � 盆‘ � � � � 一��一 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 雨果 线条 分别用式�� 和式�� ��� 算卖验对象的 � 。 , 结果列子表� 。 从表中可看出两个公式计算结果 相符。 表 � 用� � � � � 公式计算轴向分散系数� 。 丫 …“岔 ·淤 , �声…� ��羚� …� �� �宝爹 空塔液速 � � 厘米 �分 � 。 米叮秒 按 �� � 式 按 �� � 式秒 � � � � ·, · 。�一‘· “�…‘· ‘� · ‘“��‘于挣停’� � � � � � � � � � � � �� ! ∀# ! � ∃ � % 一 乙 ( 半均值) .35 x 10一 3. 6 2 x 1 0 一 2门注 , 一-—一一 一一 一 一- , - 一Towell认为鼓泡塔中液体流动比扩散慢得多 , 可把流动系统的扩散方程式 一 。匹己X勺一X勺一X ƒd一八Oƒd一八O .eDD O C _ O t 简化为非流动系统的方程式 OC _ Ot 从而推导得式 (7 ) 。 而上述简化之能够成立 , 必须 02C 0C卜扩》 u云二~d X 一 d 盖 这就意味着 D e立>> u , 日X U 。》) 。“ Q 盖 ( 9 )1 l >> l士一LD一 .u 为了检验实验对象是否满足上述条件 , 分别计算了它们 的 D 。 /u L , 其中含气率 e 取 。. 12 〔, , 得 : 小68 塔 粤=3.74;UL .__‘ , 林 D 。甲乙衫U 冶 ~沂- = 3 1 .1U b 说明还是满足了所 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 的前提条件的 。 可用 (8) 式来估算 D 。 。 至于直径更小的塔 , 则可能出 现难于满足式 (9 )的情况 。 (2 ) 串连混合器模型 按通常的串连混合器模型 , 各个混合器体积是相等的 。 当是两个等体积的混合器串连时 , 流出曲线 (C /C0 )一 0 ( 0 是无因次时间 , 0 = t/ t , t 是平均停留时间 , 实验 l 的 t = 64 分钟) 的 最大值应在 0 = 专处 , 而实验 1 的流出曲线最大值却在 t二 7 分钟 , 即 e = 7/ 64 = 0 .109 处 。 这表明实验的鼓泡塔相当的串连混合器数远小于 2 , 不是个整数 , 即稍大于 l 的非整数 。 非整数个混合器意味着混合器体积不等。 两个混合器串连的示意图如下 · (体积“率 ,日二么圈业气 第一个混台器出口流的浓度 C , 随时间的关系熟知为: 一47一 , = C 工。e 一 ”/v , 其 C l。为脉冲加入的示踪物在第一混合器立即均匀混合的浓度。 v , d C Z 一 v e l 一 v C · 一 d t 在 V , 护 V Z (且 V l> V Z) , 初始条件为 t= 0 式 (11)解得 C : - 一1 一~ C 。 1 一 Z a C : = 0 e 一 。/ , 〔e “ 。 一 l j C 。为示踪物在 ___.本积 (V , ‘ V Z )均匀混合的浓度 。 0 = t/ t V , + V , t 一— , 比 ~V V 2 V 2 0 V Z 少< · < 古一 ! , q ( 1 0 ) 第二混合器的物料衡算式为: ( 11 ) ( 12 ) 1 一 2 奇王 a ( 1 一 a ) 式 (12 )中的参数 a 为第二混合器体积在总体积中所占分数。 如果以第一个混合器为基准 算是一个完整的混合器 , 第二个混合器就不是完整的 , 只相当于 V :/V , 个完整混合器 。 总的 4 混合器数 N 不是整数 , 而是 I V ,州 一 1 咔一 = . - V 1 1 1 一 a ( 13 ) 求出了 a 便可确定 N 。 可以用试误法挑选 a , 使式 (12) 与实验数据符合 , 从而求得 a 。 这样 做比较麻烦 , 为了简便 , 将式 (1 2) 对 0求导数 , 令其为零 , 得极大值的条件为 e 。 。、 一 工 一 1 将实验流出曲线极大值处的 OM , 代入式 (14) 便可求出 a 。 以实验 l 的 OM = 0 .109 代入式 (1 4) , a = 0 。 0 2 7 8 从而相当的串连混合器数 N 用试差法求出: q = 34.943 1 1 一 0 .0 2 7 8 ~ 1 。 0 3 意味着 小68 的塔也很接近全返混 。 C : _ C o o 将(15)式数据代入式 (12 )得: l 9444 e 一 “’ 5 6 2 ‘’〔e 。’ 5 4 2 . ’ 一 l 」 ( 14 ) ( 15 ) ( 16 ) 此式的曲线绘于图 1中 , 与实验点颇为符合 。 三 、 结 语 (1) 鼓泡塔气体分布器的开孔率应保证小孔气速超过临界气速 u云, u 居可按下式计算 (冲’ 一丫「(P& 一 p : , 象‘ (2 ) 轴向分散系数可按 T ow en 公式计算 , 但要考虑 D 。 /u L 》 1 的条件 。 一48一 两个不等休积混合器串连模型的出口流停留时间分布函数 二 八 、 C乙 弋口少 ~ C 。 l 一 。 一 。 , ·〔e q。 一 一〕1 一 Za 非整数 串连混合器数 N 1 一 a 几 洁 注: 本文部分实验是在太原燃化所 、 广东化工研究所做的 , 并承这些单位同志及山西化 工设计院同志协助进行 。 暴 参 考 文 献 〔1〕 F a ir , J . R . , C h e l n . E n g . J u l y , 〔3〕, 6 7 ; 〔27〕, 2 0 7 ( 1 9 6 7 ) . [2 」燃化部第六设计院 , “气一液传质 设备设计” , ( 19 73 ) . 〔3〕 兰化设计院技术室 , 化学工程 , 〔4〕, 1 5 ( 19 74 ) . 〔4〕 L even sP iel, 0 . , “ C li e m i e a l R e a e t i o n E n g i n e e r i n g ” , Z u d e d . , ( 1 9 7 2 ) 。 〔5〕L even sp iel, 0 . a n d S m i t h W . I交. , C h e m . E n g . S e i . , 6 , 2 2 7 ( 1 9 5 7 ) . 〔6〕 V a n d er L a a n , E . T h . , C 五em 一 E n g . S e i . , 了, 1 5 7 ( 1 9 5 8 ) 。 〔7」T o w e ll, G . D . , a n d A e k e r m a n , G . H . , C h e m i e a l R e a e t i o n , P r o e e e d i n 琶s o f th e sth E u rop ea n /Zn d In tern a tion a l s y rn p osiu m on C h e m iea l R ea etion E n gineerin g , A m s t e r d a m , B 3 一1 , ( l 。了2 ) . 〔8〕广东化工学院 , “邻二甲苯氧化反应器放大研究一一气一液鼓泡塔冷模试验报告 ” , 1 9 7 6 年 12 月 。 一 【上接第43 页 】 - 〔4 〕山西省燃料化学研究所 , “气液鼓泡器冷模试验—气泡大小和含气率 的 测定” , 1 9 7 6 年 11 月. 〔5 〕中国科学院山西煤炭化学研究所 , “邻二甲苯液相氧化模型—收率 、 转 化率 、选择 性之间的关系” , 1 9 7 8 年 9 月 . 〔6 〕中国科学院山西煤炭化学研究所 , “邻二甲苯液相氧化鼓泡反应器的放大设计” , 1 9 7 8 年 9 月 . 更 正 本刊 19 79 年第 4 期第 114 页倒数第 19 行 , 原文 9.95 卡/克分子 · K , 应为 29 .95 卡/克 分子 · K 。 同期封四第 12 行张洪源等应为张洪沉等 。 一49一