三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究.docx

1、第24卷第4期青海大学学报(自然科学版)Vol.24No.42006年8月JournalofQinghaiUniversity(NatureScience)Aug.2006三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究曹长青(青岛科技大学化工学院，山东开岛266M2)摘要：采用示踪剂电子电极法对气-液-固三相鼓泡塔局部液体流速的测试结果表明，塔中心处的局部液速最大，近塔壁处最小，随表观气速增大，初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变；当表观气速继续增大，平均液速则明显增加，轴向液速的径向分布呈线性关系，表明流体的流动进入非均匀流型；三种不同结构的气体分布器对反应器中心线处轴向流速影响的实验表明，环

2、状气体分布器的反应器底部存在一个狭小的回流区。关键词：三相技泡塔;液体流速；分布器中图分类号:TQO53.5文献标识码:A文章编号:1006-8996(2006)04-0045-03Experimentalstudyonthedistributionofliquidvelocityforthree一phasebubblecolumnsCAOChang-qing(CollegeofChemicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266042,China)Abstract：Hielocalliquidveloci

3、tiesinathree一phasebubblecolumnweremeasuredbyelectrolytetracertechnique.Itwasindicatedfrontheexperimentsthattheradialprofilesoftheliquidvelocitieshadamaximumatthecentreofthebed,andaminimumnearthewall.TTiebubblecolunnisoperatedinthehomogeneoustotransitionflowregimewithincreasingsuperficialgasvelocitie

4、s.Afurtherincreaseofsupeiiicialgasvelocityyieldsasignificantincreaseofmeanliquidvelocitymarkingtheonsetoftheheterogeneousflowregime,theradialprofileoftheaxialvelocitybecomeslinearratherthanparabolic.Agoodimpressionoftheliquidvelocityoverthewholereactorheiitbeinginfluencedbythedistributorgeometrycanb

5、egainedfromanevaluationofthecentrelineaxialvelocities.Itisshownfromtheexperimentsthatthelittledown-flowregionexistsinthebottompartofthereactorcentre.Keywords：three-phasebubblecolumn;liquidvelocity;distributor三相鼓泡塔反应器广泛应用于化工、生物化工及废水处理等领域。但目前为止，三相鼓泡塔反应器的设计和操作依赖于经验和半经验关联式。主要是由于三相鼓泡塔反应器内流体流动的复杂性和测试技术的不完

6、善，使得该类型反应器设计的一些重要参数，如局部相含率和液体速度等实验数据匮乏所造成。Schweitzer等利用双光导纤维探针同时测定了局部气含率和气泡上升速度。Dziallas等报道了用单个探针测彘高气含率大于20%(vol)情况下的局部相含率和液体流速。Becker等利用激光多谱勒风力测定技术测定了液体速度。Comte等研究了不同分布器类型(多孔板式分布器和膜式分布器)对逆向湍动床反应器动力学行为的影响。I等应用6种不同结构分布器研究了液体的不良分布对相含率的影响。本文应用研制开发的双电导电极法测量了气-液-固鼓泡塔反应器局部液速。并研究了多孔板式分布器、环状分布器及中心喷嘴型分布器对液速径

7、向分布的影响。收稿日期:2006-03-27作者简介E长青(1965)，男，山东平度人，副教投，博士。46青海大学学报第24卷1实验部分1.1实验装置实验是在高度3450mm,内径150mm的有机玻璃塔中进行。测试部分高度为1400mmo实验设备流程和实验所用的三种不同类型结构的分布器为多孔板式分布器、环状分布器和中心喷嘴型分布器(结构见文献6)o实验体系物性与操作条件见表io表1三相物性及操作条件相型物性操作条件温体密度(kgm-J)液体表面张力(mN-m-)流体粘度(K/.pa-s)流体速度(cm-s-*)空气(2or)1.21.80-8水(2or)998.272.0100.5030苯乙烯

8、颗粒1264.0-1.2测试方法采用双电导电极法测量三相鼓泡塔中局部液速。测量系统示意图，电导电极探头及测试原理参考文献6。图1分布器为于?L板式结构时表观气速对局部液速径向分布的影响(Z=1.6m)2结果与讨论2.1表观气速对局部液速径向分布的影响图1是分布器为多孔板式结构时，表观气速对局部液速径向分布影响的典型曲线图。从图中可以发现，在高表观气速下，容易形成大气泡，大气泡对液速分布的影响非常重要。当表观气速小于lcms-时，气泡塔操作处于由均匀流型向过渡流型转变的过程，反应器内液体的返混主要由单个上升气泡周围液体的回流造成。液速在径向分布均匀，且表观气速对液速影响较小。当表观气速达到2cm

9、-s1时，局部液速显著增加,表明反应器内液体的流动开始进入非均匀流型。与低表观气速相比，局部液速的径向分布更加明显,4.44.03.6322.82.42.01.6120.80.40.0-0.4-0.8-12-1.6-2.04.44.03.6322.82.42.01.6120.80.40.0-0.4-0.8-12-1.6-2.00.81.62.02.42.8反应器轴向距肉(E)系反应器中心处快速上升的大气泡携带液体造成。与气-液两相鼓泡塔相比，流型转变所需的相应表观气速减小，由于固体颗粒的加入，加剧了气泡的破碎并增大了液-固的表面张力。2.2不同分布器结构对轴向液体速度的影响图2是多孔板式结构和

10、中心喷嘴式结构分布器对反应器中心处局部液速轴向分布影响的典型曲线图。从图中可看出，当分布器为多孔板式结构时，分布器为多孔板式结构时，分布图2不同结构分布剧对中心处轴向液体速度的影响第4期曹长青：三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究47器对液速影响非常小。从整个反应器高度来看,局部液速几乎为常数，液速的大小与表观气速和固体颗粒的加入量有关。当分布器为中心喷嘴式结构时,在反应器底部，局部液速出现一个明显的峰值。当表观气速较低时，中心喷嘴式结构分布器对局部液速有重要的影响,与多孔板式结构相比，反应器中心处局部液速增加明显，这由于在较低表观气速下中心喷嘴式结构能够产生大和快速上升气泡所致。当表观气速

11、达到4cm-s1或更大时，多孔板式结构分布器同样能够产生大气泡,在反应器上部，两种不同结构分布器对液体速度影响的差别减小。当分布器为环状式结构时，在反应器底部中心处存在一个液体回流区,这主要由于环状式结构分布器直接将空气喷射到反应器的底部造成的。随着轴向高度的增加，回流区逐渐从反应器中心向壁面移动。同时，抛物线型径向速度分布也逐渐形成。3结论(1) 在低表观气速下，液体速度在径向分布均匀，且表观气速对液体速度影响较小；当表观气速达到2cmsi时,轴向液体速度的径向分布由抛物线分布变为线形分布;进一步增加表观气速为4cms-i或更大时，液体速度径向分布无明显变化;与气-液两相鼓泡塔相比，流型转变

12、所需的相应表观气速减小。(2) 当分布器为多孔板式结构时，分布器对液体速度影响非常小；当分布器为中心喷嘴式结构时,在反应器底部，轴向液体速度出现一个明显的峰值；当分布器为环状式结构时，在反应器底部中心处存在一个液体回流区,随着轴向高度的增加，回流区逐渐从反应器中心向壁面移动。同时，普通的抛物线型径向速度分布也逐渐形成。与气-液两相鼓泡塔相比，液速的大小不仅与表观气速有关，而且还与固体颗粒的加入量有关。轴向液体速度出现峰值减小，回流区从反应器中心向壁面移动的速度逐渐减慢。参考文献：1 SchweitoerJM,BayleJ,GauthierT.Localgashold-upmeasurement

13、influidizedbedandslunybubblecolunnj.ChemicalEngineeringScience,2001,56(3):1103-1110.2 DziallasH,MicheleV,HempelDC.Measurementrflocalphasehold-upsinatwo-andthree-phasebubblecolummj.ChemicalEngineeringandTechnology,2000,23(10):877-884.3 BeckerS,DeBieH,SweeneyJ.StudyontheflowstructureinanaeratedflatapparatususinglaserDoppleranemometiyfj.ChemicalEngineeringandTechnology,2000,23：222_226.4 ComteMP,BastoulD,HebrardG.eta).Hydrodynamicscfathree-phasefluidizedbed-theinverseturbulentbedj.ChemicalEngineeringScience,1997,52(21/22):3971-3977.5 Lee