【正文】 此值，氣體才能分布均勻。在此轉(zhuǎn)速以上，釜內(nèi)氣、液都趨于完全混合，傳質(zhì)系數(shù)主要受攪拌速度所支配，氣速大小已無直接影響。 上臨界轉(zhuǎn)速：當轉(zhuǎn)速達上臨界轉(zhuǎn)速時，增加轉(zhuǎn)速并不增加反應(yīng)速率，此時已為反應(yīng)動力學(xué)控制。 兩種情況下的動力學(xué)速率計算式同前。 2） a，kGA，kLA的測定 a，kGA，kLA是與設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作條件有關(guān)，測定方法有物理法和化學(xué)法。 這里討論化學(xué)法： 選擇一快速反應(yīng)體系（一級或擬一級），其動力學(xué)常數(shù)已知。 一般的快反應(yīng) ： 最大相對誤差 % 現(xiàn)利用表面更新模型的結(jié)果： （更大較好）， 標繪。 注意： 1）前兩種標繪，液膜控制 ，易求。 2）為使標繪盡可能精確些，要求 的變化范圍大。 3）除改變 外，其它操作條件如物料 盡可能恒定。 氣液反應(yīng)器 氣液反應(yīng)器常見氣液反應(yīng)器的特點：一． 填料塔 氣相——連續(xù)相 液相——分散相 相界面大，儲液量小。適用于瞬間、快速反應(yīng),不適用于慢反應(yīng)。 軸向返混可以忽略，故液相轉(zhuǎn)化率高。床層壓降小，操作適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)簡單，操作費用低。 二． 噴霧塔 氣相——連續(xù)相 液相——分散相 相界面大，儲液量極小。適用于瞬間反應(yīng)，過程屬氣膜控制的情況，有固相生成也能適應(yīng)。為空塔，結(jié)構(gòu)更簡單，壓降更小，但氣、液兩相返混很嚴重。 三． 板式塔 氣相——分散相 液相——連續(xù)相 軸向返混小，液體流率小，轉(zhuǎn)化率高，湍動激烈，液相傳質(zhì)系數(shù)大，存液量較大。 適用于中速和慢速反應(yīng)。由于氣液逆流接觸，氣體要穿過各塔板上的液層，所以壓降大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。四． 鼓泡塔 氣相——分散相 液相——連續(xù)相 結(jié)構(gòu)簡單、儲液量大，適用于慢反應(yīng)、極慢反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。 但軸向返混嚴重，液相全混，轉(zhuǎn)化率低。 五． 攪拌鼓泡釜 除了具有鼓泡塔的特點外，尤其適用于高粘性的氣體和非牛頓液體（粘性液體、漿料等）之間的反應(yīng)。 因為有攪拌，所以氣體分散得更好，且將氣泡破碎成更小的氣泡，氣液混合均勻，相界面和傳質(zhì)系數(shù)都增大。 氣液反應(yīng)器的選型 氣液反應(yīng)器的重要特性參數(shù)為：液含率 ，比相界面積a，液相傳質(zhì)系數(shù)kL和氣相傳質(zhì)系數(shù)kG。這些參數(shù)值的大體范圍見表1－1。表中值適用于流體性質(zhì)與空氣和水差別不大、液體不起泡的情況。表8－1 氣液反應(yīng)器的一些重要特性參數(shù) 反應(yīng)器類型 填料塔 逆流 并流 板式塔 泡罩 篩板 鼓泡塔 填充鼓泡塔 管式反應(yīng)器 水平或蛇管 豎式 噴霧塔 機械攪拌鼓泡釜 浸沒式和插入式噴嘴 水力旋風(fēng)式反應(yīng)器 噴射型反應(yīng)器 文丘里型反應(yīng)器 ~ ~ ~ ~095 ~ ~ ~095 ~ ~020 ~ ~ ~ ／ ~ ~2 ～3 ～2 ～6 ～2 ～2 ～4 ～8 ～2 ／ ／ ／ ／ 2~10 ~2 ~2 1~5 1~20 1~4 1~4 1~10 2~5 ~ ~4 ~ 10~30 ／ 5~10 ~ ~17 1~4 1~2 ~6 ~3 ~7 1~20 ~1 1~20 ~ ~ 1~20 ~25 ~7 ~102 1~20 1~40 ~24 ~12 ~70 2~100 ~ ~80 ~ 2~15 ／8~25 如何選擇合適的反應(yīng)器，主要從反應(yīng)體系特性和反應(yīng)器特性兩個方面進行綜合考慮。 從反應(yīng)體系看：物性為HA，DLA， DGA 反應(yīng)性能如反應(yīng)速率常數(shù)k 操作條件如PAG，CBL，T等 將影響反應(yīng)發(fā)生的場所（液膜、液相主體和相界面）和反應(yīng)過程主要阻力所在。 Levenspiel總結(jié)指出：除極慢反應(yīng)外，所有的宏觀動力學(xué)狀態(tài)均以膜阻為主或膜阻控制。氣膜控制發(fā)生在易溶氣體 如氨以及任何溶解度的極快反應(yīng)。液膜控制發(fā)生在難溶氣體 如氧溶于水，以及快速反應(yīng)。 從反應(yīng)器看，選擇反應(yīng)器型式時考慮的主要因素有： 兩相流型：這決定了停留時間分布和反應(yīng)物濃度、溫度分布。填料塔和塔板數(shù)大于10的板式塔，其氣液相流動近似平推流。機械攪拌鼓泡釜中氣、液相流動近似全混流。鼓泡塔內(nèi)通常氣相近似平推流，液相近似全混流。半連續(xù)操作的機械攪拌鼓泡釜則液相不流動，濃度分布均一，氣相全混流或平推流 。流動成平推流型則具有最大的傳質(zhì)推動力，反之全混流時推動力最小。 液含率（氣含率），它影響氣液兩相的停留時間長短，氣含率高，氣液接觸時間長，液含率高，在液相主體進行的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高。 傳遞特性： ，一般說，液滴分散于氣相，則 氣泡分散于液相，則 流動速率：填料塔操作時，液相和氣相的摩爾流速比最好應(yīng)達到10左右（常壓下），而其它型式的反應(yīng)器容許的液氣比范圍比較寬。 反應(yīng)場所和反應(yīng)過程阻力在膜內(nèi)，即 的瞬間或快速反應(yīng)，選用相界面積a大的反應(yīng)器如機械攪拌鼓泡釜，或液膜體積大、液相主體體積小的反應(yīng)器，如填料塔、膜式反應(yīng)器等。氣膜控制一般用噴霧塔，而不用鼓泡塔，液膜控制不用噴霧塔。 反應(yīng)場所主要在液相主體、反應(yīng)過程阻力在膜或主體的中速、慢速和極慢反應(yīng)，適宜采用 如鼓泡塔、機械攪拌鼓泡釜等。 從提高復(fù)雜反應(yīng)的選擇性角度出發(fā)，如平行反應(yīng)，若主反應(yīng)為快速、副反應(yīng)為慢速，則應(yīng)選用 。如連串反應(yīng)，中間產(chǎn)物為目的產(chǎn)物時，為避免主副反應(yīng)同時在膜內(nèi)進行，應(yīng)選用 ，使副反應(yīng)或主副反應(yīng)移到液相主體中進行。 反應(yīng)器選擇還需考慮：形成單位相界面積的能耗要低，氣相壓降不太大，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉等。在這些方面，鼓泡塔有其優(yōu)勢，故應(yīng)用廣泛，甚至有體積大到3000m3的鼓泡反應(yīng)器用于生物化工。20000m3的鼓泡反應(yīng)器用于廢水處理。氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，由于內(nèi)置導(dǎo)流筒，加上氣體入口的噴射動能，使原先液體的自然對流強化為一個流場穩(wěn)定的循環(huán)流動，減少了反應(yīng)器內(nèi)的死區(qū)和短路，使物料得到充分的混合，形成的氣泡由于受循環(huán)液體的剪切力，不易聚并，氣泡小而均勻，使比相界面積a增大，kL值增大到機械攪拌鼓泡釜的水平。被認為是單位能耗所取得傳質(zhì)效果最好的一類反應(yīng)器，且流行穩(wěn)定，利于放大。 　8. 填料塔的計算 假定： 1）氣液連續(xù)逆流定常態(tài)操作； 2）氣液兩相均為平推流； 3）一維、等溫、等壓。 取微元體積： 其相間面積： 物衡： 氣相中消失的A量=液相中反應(yīng)的A量 ——單位塔截面的惰氣 mol 流量 ——單位塔截面的液 mol 流量 其中 是 的系數(shù)， 與 之間的關(guān)系可由塔內(nèi)任一截面與塔 底（或塔頂）作物衡得到： 根據(jù)各種不同狀態(tài)的宏觀動力學(xué)表達式 ，可求得填料塔之高。 其中: —— 液相中惰性組分的總 mol 濃度, 對全塔： 由此式可計算氣相或液相塔頂、塔底分壓或濃度變化。 對惰性氣體： 單位截面上氣體總 流量 或 對稀溶液： 液相總 濃度, 單位截面上液相總 流量 于是： 與平推流反應(yīng)器計算式形式一致 幾種特殊情況： 1．瞬間不可逆反應(yīng)： 1）反應(yīng)在界面：2）反應(yīng)在液膜：其中：的求取：由此可將 的區(qū)間與 區(qū)分開來。 注意：某一截面的反應(yīng)發(fā)生在何處，應(yīng)該用該截面處的 判別， 2．快速一級（或擬一級）反應(yīng)： 1）一級反應(yīng)或 不變的擬一級反應(yīng) 2） 變化的擬一級反應(yīng) 由于填料塔僅適用于瞬間、快速反應(yīng)，故這里僅討論相應(yīng)的結(jié)果。對快速二級反應(yīng)，無填料高度H的解析結(jié)果。 鼓泡塔的設(shè)計鼓泡塔的特點： 1）相界面為通過塔的氣泡表面組成； 2）氣液混合為氣泡運動所致，液相返混較大； 由這些特點知，欲知鼓泡塔內(nèi)的流動、傳熱、傳質(zhì)情況，需對氣泡的行為及液相返混進行深入和研究。這方面的工作已有不少報道，在這里不作具體討論了。 僅討論鼓泡塔的反應(yīng)模型。 模型包括理想模型、軸向擴散模型等。 一． 理想模型： 1．連續(xù)操作： 氣 液 2．半連續(xù)操作：（氣相連續(xù)、液相間歇） 氣 液 平推流：氣相： 液相： 二．軸向擴散模型：（一維） 參數(shù)： DG ——氣相軸向系數(shù) DL ——液相軸向系數(shù) 取微元并進行物料衡算，可得到： 氣相： 定常態(tài)下： 液相： 定常態(tài)下： 三、鼓泡塔計算： 1．氣相 PFR ，液相 CSTR 當反應(yīng)器的高度較低或操作壓力較高時，操作壓力沿高度的變化可忽略，此時為等壓反應(yīng)過程。與填料塔類似： 對氣相： 對慢反應(yīng)： 對稀氣體： 對極慢反應(yīng)： 當反應(yīng)器高度較高而操作壓力較低時，必須考慮壓力隨塔高的變化。 Deckwer認為，當床層阻力降大于總壓的30%時，壓力沿高度的變化將對鼓泡反應(yīng)產(chǎn)生較大的影響。 設(shè)頂部壓力 Pt ，總高度 H ，則 z 處的氣相壓力為： 物料衡算式： 實際上亦是氣相濃度和高度的關(guān)系。 對液相，由氣液兩相的物料平衡： 液相連續(xù)： ——氣相濃度與液相轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 液相間歇：這時 （氣體出口濃度）隨 而變化， 要利用 與 之間的變化關(guān)系， 2．氣液兩相全混： 液相連續(xù)： 液相間歇： 71