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《化学反应工程》通关任务 项目说明书 级　　别： 作　　者： 专业班级： 指导教师：　　 　 目 录 1 鼓泡塔的流体力学 1 1.1 气泡直径 1 1.2 气泡上升速度 2 1.3 气含率 2 1.4 比相界面积 3 1.5 鼓泡床层高度与返混 3 2 鼓泡塔内的传热与传质 4 2.1 鼓泡塔内的传热 4 2.2 鼓泡塔内的传质 5 3 搅拌鼓泡釜 6 3.1 搅拌鼓泡釜的结构特征 6 3.2 搅拌釜内的流体力学 7 3.2.1 搅拌器的转速 7 3.2.2 通气量或空釜气速 7 3.2.3 气泡大小、气含率以比相界面积 8 3.2.4 功率计算 8 3.3 鼓泡搅拌釜的传热、传质计算 8 1 鼓泡塔的流体力学 鼓泡塔内的流体力学状况，一般以空塔气速的大小作为划分依据。对低黏度液体，。此时气泡大小比较均匀，并有规则的浮升，鼓泡区内液体扰动并不显著。一般。此时气泡运动不规则，鼓泡床内液体湍动剧烈。 1.1 气泡直径 气体流量很小时在单孔口形成气泡并长大到它的浮力与所受到的表面张力平衡时，就离开孔口上升，若果气泡较小，且成球形， 或 （1-1） 可见此时气泡直径主要和小孔直径。增加流量与气泡频率成正比。 由于实际操作条件下的气泡直径是不均一的，因此一般采用当量比表面平均直径表示。若，即 式中，是直径为的气泡数。 与气含率（气相所占气液相混合物中的体积分率）和气液相的比相界面（单位体积气液混合体中的相界面积）的关系为 1.2 气泡上升速度 在单个气泡时，气泡的上升速度可按力的平衡导出其自由浮升速度为： 式中，为曳力系数，它是气泡雷诺准数的函数。一般实验测定，其结果为 当（为与气泡体积相同的球体半径）时， 当时， 如果用圆帽形气泡的曲率半径计算，则 工业上鼓泡反应器内的气泡浮升速度一般可用下式计算： 式中，σ为表面张力，N/m，为液体密度，kg/L。 1.3 气含率 液体并不连续流动时，气含率称静态气含率，液体连续流动时，气含率称为动态气含率，它们之间的关系为： 可从测量静液层高和通气是液层高度算出： 可作空塔气速与实际气速的联系： 液体空床流速和实际流速间的关系为 1.4 比相界面积 对气液反应器如果过程为传质控制，一般采用进行计算，可用以计算单位界面积的物质传质速率，而可用以计算单位气液混合物体积内的物质传质速率。因此，比相界面是一个重要的传递参数。 工业鼓泡反应器内的气液界面较难测定，各方法测定的结果差别较大。 对不同来源的实验结合，可归纳的误差范围在±15%以内的简化实用公式： 式中，K为液体模数。 这一简化公式适用于 1.5 鼓泡床层高度与返混 鼓泡床层高度H和直径D的比值，一般为 鼓泡床内的返混，气相部分与液相部分情况各异。 （1） 气相的返混 对气液并流向上的鼓泡塔，当处于安静区操作时，气泡属于平推流，轴向混合可以混略不计。 对气液逆流操作的鼓泡塔，由于液体向下流速较大，必然夹带较小的气泡向下运动，因此存在一定的返混。 对采用机械搅拌装置时，气相有可能为全混流。 （2） 液相的返混 即使在空床气速很小时，液相就有返混。塔径较大，返混也就越剧烈。通常在工业装置的操作条件下，鼓泡塔内的液相基本都处于全混状态。 2 鼓泡塔内的传热与传质 2.1 鼓泡塔内的传热 通常采用三种换热方式： 1采用夹套、蛇管和列管冷却器； 2采用液体循环外冷却器； 3利用溶剂、反应物或产物的汽化带走热量。 无论采用哪种传热方式，鼓泡反应器内的传热过程有以下特点： 1由于气泡引起床层内液体的循环运动，促使床层内气液温度比较均一。热交换装置的几何形状及是否设置挡板均不影响传热。塔径大于0.1m的塔对传热也没有影响。 2由于气泡引起流体的循环运动以及它能局部搅动传热表面使液膜具有湍流特征，因此，壁膜给热系数显著增加。一般来说，鼓泡塔内的传热速率和一般液相机械搅拌设备的相近。 3在相同的表观气速时，以下三种不同的鼓泡状况，导致不同的给热系数。若鼓泡仅在邻近器壁出进行，给热系数较大；若鼓泡在全部截面均匀进行，给热系数次之；当鼓泡仅在容器中部进行时，给热系数较小。逐渐增加表观气速，但当处于时，即安静区范围，，给热系数随气速的增加而迅速增大；在时，操作处于湍流区，给热系数随气速的增加而缓慢增加。在范围内，比不鼓泡时的传热系数增加达10倍。 对于水-空气系统，鼓泡床和热交换装置间的给热系数为， 式中的单位为m/s。 其他液体可以引入数进行修正： 式中，为在26.7℃时水的值。 2.2 鼓泡塔内的传质 鼓泡塔内的传质过程，一般属于液膜控制。此时，单位床层体积内的传质速率为： 若式中，且不计气膜阻力，。 不同情况下的传质系数，用无量纲