一、鼓泡塔的流體力學(xué)特性
鼓泡塔的*基本現(xiàn)象：氣體以氣泡形態(tài)存在。
基本特性：氣泡的形狀、大小及其運(yùn)動狀況直接影響宏觀反應(yīng)過程。
1.流動狀態(tài)和氣泡特性
工業(yè)鼓泡塔反應(yīng)器通常在兩種流動狀態(tài)下操作，即安靜區(qū)和湍動區(qū)。
所謂安靜區(qū)操作，即鼓泡塔中的氣體流量較小，氣泡大小比較均勻，規(guī)則地浮升，液體攪拌并不顯著。在安靜區(qū)操作，既能達(dá)到一定的氣體流量，又可避免氣體的軸向返混，很適用于動力學(xué)控制的慢反應(yīng)。
所謂湍動區(qū)操作，在氣體流量較大時，氣泡運(yùn)動呈不規(guī)則現(xiàn)象，液體作高度地湍動，塔內(nèi)物料強(qiáng)烈混合，氣泡作用的機(jī)理比較復(fù)雜，這種情況稱為湍動區(qū)。在湍動區(qū)氣泡大小不均勻，大氣泡上升速度快，小氣泡上升速度慢，停留時間不等，加之無定向攪動，不僅呈*的液相返混，也造成氣相返混。
2.氣泡大小
氣泡的大小直接關(guān)系到氣液傳質(zhì)面積。在同樣的空塔氣速下，氣泡越小，說明分散越好，氣液相接觸面積就越大。
在安靜區(qū)，因?yàn)闅馀萆仙俣嚷孕】讱馑賹ζ浯笮∮绊懖淮�，主要與分布器孔徑及氣液特性有關(guān)。
在湍動區(qū)，氣泡是靠氣流與液體之間的噴射、沖擊和摩擦而形成。因此在這種鼓泡塔內(nèi)，氣泡的形狀、大小和運(yùn)動是各式各樣的，是瞬息萬變的，是隨機(jī)的，形成大小不一的氣泡群。
3.氣含率
氣含率的含義是氣液混合液中氣體所占的體積分率，可用下式表示：
式中εG——氣含率；
VG——氣體體積，m3；
VL——液體體積，m3；
VGL——氣液混合物體積，m3。
對圓柱形塔來說，由于橫截面一定，因此氣含率的大小意味著通氣前后塔內(nèi)充氣床層膨脹高度的大小。對于傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)來講，氣含率非常重要，因?yàn)闅夂逝c停留時間及氣液相界面積的大小有關(guān)。
影響氣含率的因素主要有設(shè)備結(jié)構(gòu)、物性參數(shù)和操作條件等。一般氣體的性質(zhì)對氣含率影響不大，可以忽略。而液體的表面張力σL、粘度μL與密度ρL對氣含率都有影響。溶液里存在電解質(zhì)時會使氣液界面發(fā)生變化，生成上升速度較小的氣泡，使氣含率比純水中的高15%～20%�？账䴕馑僭龃髸r，εG也隨之增加，但μOG達(dá)到一定值時，氣泡匯合，εG反而下降。εG隨塔徑D的增加而下降，但當(dāng)D＞0.15m時，D對εG無影響。當(dāng)μOG＜0.05m/s時，εG與塔徑D無關(guān)。（因此實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)設(shè)備的直徑一般應(yīng)大于0.15m，只有當(dāng)μOG＜0.05m/s時，才可取小塔徑。
4.氣液比相界面積
氣液比相界面積是指單位氣液混合鼓泡床層體積內(nèi)所具有的氣泡表面積，α的大小直接關(guān)系到傳質(zhì)速率，是重要的參數(shù)，α值測定比較困難，人們常利用傳質(zhì)關(guān)系式NA=kLαΔcA直接測定kLα之值進(jìn)行使用。
5.鼓泡塔內(nèi)的氣體阻力ΔP
鼓泡塔內(nèi)的氣體阻力由兩部分組成：一是氣體分布器阻力，二是床層靜壓頭的阻力。
6、返混
鼓泡塔內(nèi)液相存在返混，所以通常工業(yè)鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)液相視為理想混合。塔內(nèi)氣體的返混一般不太明顯，常假設(shè)為置換流，其計(jì)算誤差約為5%。但要求嚴(yán)格計(jì)算時，尤其是當(dāng)氣體的轉(zhuǎn)化率較高時，需考慮返混。
二、鼓泡塔的傳質(zhì)
鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)過程中，一般氣膜傳質(zhì)阻力較小，可以忽略，而液膜傳質(zhì)阻力的大小決定了傳質(zhì)速率的快慢。
當(dāng)鼓泡塔在安靜區(qū)操作時，影響液相傳質(zhì)系數(shù)的因素主要是氣泡大小、空塔氣速、液體性質(zhì)和擴(kuò)散系數(shù)等；而在湍動區(qū)操作時，液體的擴(kuò)散系數(shù)、液體性質(zhì)、氣泡當(dāng)量比表面積以及氣體表面張力等，成為影響傳質(zhì)系數(shù)的主要因素。
三、鼓泡塔的傳熱
鼓泡塔中的傳熱，通常以三種方式進(jìn)行：利用溶劑、液相反應(yīng)物或產(chǎn)物的汽化帶走熱量；采用液體循環(huán)外冷卻器移出反應(yīng)熱，（；采用夾套、蛇管或列管式冷卻器。
鼓泡床中由于氣泡的運(yùn)動，床層中的液體劇烈擾動。流體對換熱器壁的給熱系數(shù)比自然對流給熱系數(shù)大10余倍之多，通常它不成為熱交換中的主要阻力。鼓泡塔的總傳熱系數(shù)通常為 694～915W/(m2·K)。
半連續(xù)鼓泡塔
半連續(xù)操作的鼓泡塔反應(yīng)器是指液體一次性加入，氣體連續(xù)通入反應(yīng)器底部，以氣泡形式通過床層，*后從頂部逸出，直到液相中組成達(dá)到要求時停止送氣且將液體作為成品排出反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中，氣體是連續(xù)投料，液體是間歇投料，故稱半連續(xù)操作的鼓泡塔反應(yīng)器。與均相間歇反應(yīng)器一樣，每個操作周期由反應(yīng)時間τ 與輔助時間τ'組成。
式中εG——氣含率；VG——氣體體積，m3；VL——液體體積，m3；VGL——氣液混合物體積，m3。對圓柱形塔來說，由于橫截面一定，因此氣含率的大小意味著通氣前后塔內(nèi)充氣床層膨脹高度的大小。對于傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)來講，氣含率非常重要，因?yàn)闅夂逝c停留時間及氣液相界面積的大小有關(guān)。影響氣含率的因素主要有設(shè)備結(jié)構(gòu)、物性參數(shù)和操作條件等。一般氣體的性質(zhì)對氣含率影響不大，可以忽略。而液體的表面張力σL、粘度μL與密度ρL對氣含率都有影響。溶液里存在電解質(zhì)時會使氣液界面發(fā)生變化，生成上升速度較小的氣泡，使氣含率比純水中的高15%～20%�？账䴕馑僭龃髸r，εG也隨之增加，但μOG達(dá)到一定值時，氣泡匯合，εG反而下降。εG隨塔徑D的增加而下降，但當(dāng)D＞0.15m時，D對εG無影響。當(dāng)μOG＜0.05m/s時，εG與塔徑D無關(guān)。（因此實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)設(shè)備的直徑一般應(yīng)大于0.15m，只有當(dāng)μOG＜0.05m/s時，才可取小塔徑。4.氣液比相界面積氣液比相界面積是指單位氣液混合鼓泡床層體積內(nèi)所具有的氣泡表面積，α的大小直接關(guān)系到傳質(zhì)速率，是重要的參數(shù)，α值測定比較困難，人們常利用傳質(zhì)關(guān)系式NA=kLαΔcA直接測定kLα之值進(jìn)行使用。5.鼓泡塔內(nèi)的氣體阻力ΔP鼓泡塔內(nèi)的氣體阻力由兩部分組成：一是氣體分布器阻力，二是床層靜壓頭的阻力。6、返混鼓泡塔內(nèi)液相存在返混，所以通常工業(yè)鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)液相視為理想混合。塔內(nèi)氣體的返混一般不太明顯，常假設(shè)為置換流，其計(jì)算誤差約為5%。但要求嚴(yán)格計(jì)算時，尤其是當(dāng)氣體的轉(zhuǎn)化率較高時，需考慮返混。二、鼓泡塔的傳質(zhì)鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)過程中，一般氣膜傳質(zhì)阻力較小，可以忽略，而液膜傳質(zhì)阻力的大小決定了傳質(zhì)速率的快慢。當(dāng)鼓泡塔在安靜區(qū)操作時，影響液相傳質(zhì)系數(shù)的因素主要是氣泡大小、空塔氣速、液體性質(zhì)和擴(kuò)散系數(shù)等；而在湍動區(qū)操作時，液體的擴(kuò)散系數(shù)、液體性質(zhì)、氣泡當(dāng)量比表面積以及氣體表面張力等，成為影響傳質(zhì)系數(shù)的主要因素。三、鼓泡塔的傳熱鼓泡塔中的傳熱，通常以三種方式進(jìn)行：利用溶劑、液相反應(yīng)物或產(chǎn)物的汽化帶走熱量；采用液體循環(huán)外冷卻器移出反應(yīng)熱，（；采用夾套、蛇管或列管式冷卻器。鼓泡床中由于氣泡的運(yùn)動，床層中的液體劇烈擾動。流體對換熱器壁的給熱系數(shù)比自然對流給熱系數(shù)大10余倍之多，通常它不成為熱交換中的主要阻力。鼓泡塔的總傳熱系數(shù)通常為 694～915W/(m2·K)。半連續(xù)鼓泡塔半連續(xù)操作的鼓泡塔反應(yīng)器是指液體一次性加入，氣體連續(xù)通入反應(yīng)器底部，以氣泡形式通過床層，*后從頂部逸出，直到液相中組成達(dá)到要求時停止送氣且將液體作為成品排出反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中，氣體是連續(xù)投料，液體是間歇投料，故稱半連續(xù)操作的鼓泡塔反應(yīng)器。與均相間歇反應(yīng)器一樣，每個操作周期由反應(yīng)時間τ 與輔助時間τ'組成。