三相鼓泡塔反應(yīng)器液體流速分布的實(shí)驗(yàn)研究.docx

1、第24卷第4期青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.24No.42006年8月JournalofQinghaiUniversity(NatureScience)Aug.2006三相鼓泡塔反應(yīng)器液體流速分布的實(shí)驗(yàn)研究曹長青(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東開島266M2)摘要：采用示蹤劑電子電極法對(duì)氣-液-固三相鼓泡塔局部液體流速的測試結(jié)果表明，塔中心處的局部液速最大，近塔壁處最小，隨表觀氣速增大，初始流體流動(dòng)處于由均勻流型向過渡流型的轉(zhuǎn)變；當(dāng)表觀氣速繼續(xù)增大，平均液速則明顯增加，軸向液速的徑向分布呈線性關(guān)系，表明流體的流動(dòng)進(jìn)入非均勻流型；三種不同結(jié)構(gòu)的氣體分布器對(duì)反應(yīng)器中心線處軸向流速影響的實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)

2、狀氣體分布器的反應(yīng)器底部存在一個(gè)狹小的回流區(qū)。關(guān)鍵詞：三相技泡塔;液體流速；分布器中圖分類號(hào):TQO53.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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三相鼓泡塔反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于化工、生物化工及廢水處理等領(lǐng)域。但目前為止，三相鼓泡塔反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作依賴于經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。主要是由于三相鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)的復(fù)雜性和測試技術(shù)的不完

6、善，使得該類型反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一些重要參數(shù)，如局部相含率和液體速度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匱乏所造成。Schweitzer等利用雙光導(dǎo)纖維探針同時(shí)測定了局部氣含率和氣泡上升速度。Dziallas等報(bào)道了用單個(gè)探針測彘高氣含率大于20%(vol)情況下的局部相含率和液體流速。Becker等利用激光多譜勒風(fēng)力測定技術(shù)測定了液體速度。Comte等研究了不同分布器類型(多孔板式分布器和膜式分布器)對(duì)逆向湍動(dòng)床反應(yīng)器動(dòng)力學(xué)行為的影響。I等應(yīng)用6種不同結(jié)構(gòu)分布器研究了液體的不良分布對(duì)相含率的影響。本文應(yīng)用研制開發(fā)的雙電導(dǎo)電極法測量了氣-液-固鼓泡塔反應(yīng)器局部液速。并研究了多孔板式分布器、環(huán)狀分布器及中心噴嘴型分布器對(duì)液速徑

7、向分布的影響。收稿日期:2006-03-27作者簡介E長青(1965)，男，山東平度人，副教投，博士。46青海大學(xué)學(xué)報(bào)第24卷1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)是在高度3450mm,內(nèi)徑150mm的有機(jī)玻璃塔中進(jìn)行。測試部分高度為1400mmo實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程和實(shí)驗(yàn)所用的三種不同類型結(jié)構(gòu)的分布器為多孔板式分布器、環(huán)狀分布器和中心噴嘴型分布器(結(jié)構(gòu)見文獻(xiàn)6)o實(shí)驗(yàn)體系物性與操作條件見表io表1三相物性及操作條件相型物性操作條件溫體密度(kgm-J)液體表面張力(mN-m-)流體粘度(K/.pa-s)流體速度(cm-s-*)空氣(2or)1.21.80-8水(2or)998.272.0100.5030苯乙烯

8、顆粒1264.0-1.2測試方法采用雙電導(dǎo)電極法測量三相鼓泡塔中局部液速。測量系統(tǒng)示意圖，電導(dǎo)電極探頭及測試原理參考文獻(xiàn)6。圖1分布器為于?L板式結(jié)構(gòu)時(shí)表觀氣速對(duì)局部液速徑向分布的影響(Z=1.6m)2結(jié)果與討論2.1表觀氣速對(duì)局部液速徑向分布的影響圖1是分布器為多孔板式結(jié)構(gòu)時(shí)，表觀氣速對(duì)局部液速徑向分布影響的典型曲線圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在高表觀氣速下，容易形成大氣泡，大氣泡對(duì)液速分布的影響非常重要。當(dāng)表觀氣速小于lcms-時(shí)，氣泡塔操作處于由均勻流型向過渡流型轉(zhuǎn)變的過程，反應(yīng)器內(nèi)液體的返混主要由單個(gè)上升氣泡周圍液體的回流造成。液速在徑向分布均勻，且表觀氣速對(duì)液速影響較小。當(dāng)表觀氣速達(dá)到2cm

9、-s1時(shí)，局部液速顯著增加,表明反應(yīng)器內(nèi)液體的流動(dòng)開始進(jìn)入非均勻流型。與低表觀氣速相比，局部液速的徑向分布更加明顯,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反應(yīng)器軸向距肉(E)系反應(yīng)器中心處快速上升的大氣泡攜帶液體造成。與氣-液兩相鼓泡塔相比，流型轉(zhuǎn)變所需的相應(yīng)表觀氣速減小，由于固體顆粒的加入，加劇了氣泡的破碎并增大了液-固的表面張力。2.2不同分布器結(jié)構(gòu)對(duì)軸向液體速度的影響圖2是多孔板式結(jié)構(gòu)和

10、中心噴嘴式結(jié)構(gòu)分布器對(duì)反應(yīng)器中心處局部液速軸向分布影響的典型曲線圖。從圖中可看出，當(dāng)分布器為多孔板式結(jié)構(gòu)時(shí)，分布器為多孔板式結(jié)構(gòu)時(shí)，分布圖2不同結(jié)構(gòu)分布劇對(duì)中心處軸向液體速度的影響第4期曹長青：三相鼓泡塔反應(yīng)器液體流速分布的實(shí)驗(yàn)研究47器對(duì)液速影響非常小。從整個(gè)反應(yīng)器高度來看,局部液速幾乎為常數(shù)，液速的大小與表觀氣速和固體顆粒的加入量有關(guān)。當(dāng)分布器為中心噴嘴式結(jié)構(gòu)時(shí),在反應(yīng)器底部，局部液速出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰值。當(dāng)表觀氣速較低時(shí)，中心噴嘴式結(jié)構(gòu)分布器對(duì)局部液速有重要的影響,與多孔板式結(jié)構(gòu)相比，反應(yīng)器中心處局部液速增加明顯，這由于在較低表觀氣速下中心噴嘴式結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生大和快速上升氣泡所致。當(dāng)表觀氣速

11、達(dá)到4cm-s1或更大時(shí)，多孔板式結(jié)構(gòu)分布器同樣能夠產(chǎn)生大氣泡,在反應(yīng)器上部，兩種不同結(jié)構(gòu)分布器對(duì)液體速度影響的差別減小。當(dāng)分布器為環(huán)狀式結(jié)構(gòu)時(shí)，在反應(yīng)器底部中心處存在一個(gè)液體回流區(qū),這主要由于環(huán)狀式結(jié)構(gòu)分布器直接將空氣噴射到反應(yīng)器的底部造成的。隨著軸向高度的增加，回流區(qū)逐漸從反應(yīng)器中心向壁面移動(dòng)。同時(shí)，拋物線型徑向速度分布也逐漸形成。3結(jié)論(1) 在低表觀氣速下，液體速度在徑向分布均勻，且表觀氣速對(duì)液體速度影響較??；當(dāng)表觀氣速達(dá)到2cmsi時(shí),軸向液體速度的徑向分布由拋物線分布變?yōu)榫€形分布;進(jìn)一步增加表觀氣速為4cms-i或更大時(shí)，液體速度徑向分布無明顯變化;與氣-液兩相鼓泡塔相比，流型轉(zhuǎn)變

12、所需的相應(yīng)表觀氣速減小。(2) 當(dāng)分布器為多孔板式結(jié)構(gòu)時(shí)，分布器對(duì)液體速度影響非常??；當(dāng)分布器為中心噴嘴式結(jié)構(gòu)時(shí),在反應(yīng)器底部，軸向液體速度出現(xiàn)一個(gè)明顯的峰值；當(dāng)分布器為環(huán)狀式結(jié)構(gòu)時(shí)，在反應(yīng)器底部中心處存在一個(gè)液體回流區(qū),隨著軸向高度的增加，回流區(qū)逐漸從反應(yīng)器中心向壁面移動(dòng)。同時(shí)，普通的拋物線型徑向速度分布也逐漸形成。與氣-液兩相鼓泡塔相比，液速的大小不僅與表觀氣速有關(guān)，而且還與固體顆粒的加入量有關(guān)。軸向液體速度出現(xiàn)峰值減小，回流區(qū)從反應(yīng)器中心向壁面移動(dòng)的速度逐漸減慢。參考文獻(xiàn)：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