气升式环流反应器

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1、华东理工大学2013—2014学年第一学期《反应器分析》课程论文2013.10班级__________学号____________姓名____________开课学院________________任课教师____________成绩__________论文题目：论文要求：1、内容要求与化学反应过程及化学反应器相关。2、字数3000字以上，打印格式统一按学校要求。教师评语：教师签字：年月日气升式环流反应器的简介和进展杨帆（华东理工大学,上海,200237）摘要：综述了气升式环流反应器的工作原理和主要影响因素的研究进

2、展和最新应用，并且介绍了今后气升式环流反应器的主要进展方向。关键词：气升式环流反应器；原理；影响因素；最新进展气升式环流反应器(airlifeloopreactor，简称ALR)，是目前应用最广泛的生物反应设备。这类反应器具有结构简单、能耗低、剪切应力小、混合好等优点。气升式环流反应器对于反应物之间的混合和传质都是相当有利的。气升式环流反应器是由鼓泡反应器改进而来的新型反应器，它综合了鼓泡床和搅拌釜的性能，与鼓泡床反应器相比，环流反应器具有液体定向流动的特点，在较低的表观气速之下即可以实现固体颗粒的完全悬浮，并且目

3、前被应用于诸多领域诸如费托合成、一步法合成甲醇与二甲醚、汽油脱硫、重油氢化、生物废水处理及发酵工程等。反应器有多种形式，大致可以分为：内环流和外环流，单级和多级，单筒和多桶等等。1气升式环流反应器的工作原理气升式环流反应器的构造如图1-1所示，在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将反应器内部的液体分成上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外），在上升去的下部安装了很多的空气喷嘴，或者环型气体分布管，空气分布管的下方许多喷孔。反应器工作时，加压空气通过喷嘴或者喷孔喷射进入反应器的上升区，喷射气速可达250~300m

4、/s，气体进入上升管后，通过汽液混合物的湍流作用使空气气泡分割细碎，形成巨大的接触面积，与导流筒内的液相或者液固混合物密切接触从而充分反应。由于导流筒内形成的气液混合物密度会降低，加上空气被压缩后的动能，因此会使得导流筒内的液体向上流动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，汽液混合物中的气体排出到反应器的上部空间，因排出部分气体的液体通过导流筒上部向导流筒外流动，导流筒外的液体因排出气体后会变得气含率减小，密度增大，所以在重力作用下液体会下降至反映其底部。在反应器底部由于导流筒的内的液体速度很大，会将气含率小的

5、液体吸入导流筒内部再次进入上升管参与反应，从而形成一个循环流动，实现混合与传质。图1-1气升式环流反应器结构示意图2反应器的气液相特征参数影响气升式环流反应器的特征参数一般有气含率、循环液速、气泡尺寸及其分布、扩散系数、传质特性等。2.1气含率气含率是指在反应器内部气相所占的体积分数，根据考察对象的不同气含率又可以分为平均气含率和局部气含率，气含率是气升式环流反应器的一个重要参数，其他的各种特性参数一般都是通过影响气含率进一步影响反应器的特性的。气含率对气液相界面的面积有直接影响，并进而影响了相间传质速率。气含率的

6、测量方法一般有膨胀法、压差法、电导探头法和光纤探头法等，其中膨胀法一般用来测量全反应器的平均气含率，因其操作比较简单而被经常应用。气含率一般来说受到表观气速的影响很大，气速较低时气含率随着表观气速的增加而增加，近似呈线性关系；但是气速较高时，增加的趋势变得平稳缓慢，其关系见图2-1。气含率还受到液体本身粘度和表面张力的影响，液体粘度增加，气泡的破碎速率降低，气泡尺寸变大，上升速度加快，使得气含率降低；表面张力的增加，气泡的聚并速率上升，破碎的速率降低，气泡尺寸变大，所以气含率随着表面张力的增加而降低。另外，压力增加

7、，气泡破碎所需要的能量降低，使得气泡的尺寸变小，所以气含率随着系统压力的增加而增加。图2-1气含率随表观气速变化关系2.2循环液速循环液速是由于上升管和下降管间的气含率不同造成的液体密度不同所致，但是循环液速又对气含率有着重要的反作用。循环液速增加，反应器内部的液体流动加剧，湍动程度增加，加快了气泡的表面更新速率，有利于气液两相之间的传质的进行，强化了能量和质量的传递。对于含有气液固三相的气升式环流反应器，循环液速增加，会使得反应器内部的固体催化剂颗粒的分布变得更加均匀，改善三相之间的传质。循环液速的影响因素主要有

8、表观气速、液相物性和反应器尺寸等。表观气速增加，气含率上升，上升管和下降管间的推动力变大，循环液速就会随之增加；液相粘度增加，液体的循环阻力增加，且气含率的下降，推动力降低，所以循环液速随液相粘度的增加而降低；下降管截面积增加，反应器内液体的循环阻力降低，循环液速升高；固体加入后，液-固拟均相的粘度增加，流动阻力变大，循环液速降低。系统压力增加，气含率增加，