喷射环流反应器混合特性研究(3)

１．反瘦器塔器

２喷射引射舞

复换热器

４．循环泵

图ｌ－２实验装置示意图

１．１．２喷射环流反应器

喷射环流反应器（ＪＬＲ）是一种多相反应器。由于几何构置不同，出现了多种喷射形式。根据操作原理不同，有内循环和外循环喷射式；根据物料的流动方向不同，有并流、逆流和混流；根据射流喷嘴在反应器内上下的位置不同，有下喷式和上喷式环流反应器（图１．３）。

ｆ

￡

ｏ

少吣ｏｏ｜ｏ｝ｏｌ占

Ｐｂ

ＤＸ础三啦

Ｇ

（矗ｊ上喷Ｊ￡（ｂ｝Ｆ喷式

图１．３喷射式环流反应器

下喷式环流反应器广泛应用于生物化工工业、化学工业以及废水处理【２０】等领域。它具有结构简单、流向确定、流动能量损失小、气液接触好、易于大型化和连续化等优点。上喷式环流反应器和下喷式在性能上没有本质区别，只是由于流向及喷嘴所处位置的不同，使其具有更好的分散和相间传递等优点。李永祥等ｆ１３】在下喷式环流反应器中冷模考察三相气含率和传质性能。该实验主要考察了反应器的气含率、循环液速、液相体积传质系数等，它们与喷嘴、反应器的结构以及物系密切相关，因而考察这些因素不仅对该类反应器性能的了解以及开发有重要的意义，也为工业优化设计提供实验参考数据。

（一）喷射环流反应器的研究进展

（１）国外研究进展

在国外，喷射环流反应器的研究起步较晚，但随着不少国家对其性能的研究开发并不断完善，使其受到国际学术界和工程界的关注。最早提出了可适用于描述物质系统的喷射反应器的基本理论概念的实验结果，该实验利用最常用的流体理论建立模型并导出了单相喷嘴装置的基本计算公式。美国于１９７５年利用喷射环流反应器高效的传热和传质效率，最早将其应用到磺化反应，为磺化工艺的发展做了很大贡献。１９８５年，Ｂ１ｅｎｋｅｆ４】从反应器的性能（如：流动性能、结构性能和射流性能等）和表征参数（循环速度、喷嘴和导流筒等结构参数及射流作用范围等）等方面较全面的研究了喷射环流反应器。Ｄｕｖｅｅｎ【２１】针对喷射环流反应器的各种性能进行了详细的分析，得出该类反应器食用于气液两相反应。随后，更多的业内人士对该类反应器进行更深入的研究，Ｐａｄｍａｖａ仳和Ｒ锄锄ａｎｄａ【冽研究了下喷式环流反应器（气．液一固三相物系）的流体力学特性；ｖｅｌ趾和Ｒ锄ａｎｕｊａｍ【２３。２５１研究了该类反应器（气．液两相物系）的流体力学和传质特性。

（２）国内研究进展

２０世纪７０年代，我国对喷射环流反应器的研究开始有报道。由于该类反应器高效的传质和传热性能，在当时主要应用于化工领域的单元操作中（如：制冷、传质和除尘等），而在强化气．液或气．液一固等多相反应中的应用很少。２０世纪９０年代后，我国对喷射环流反应器的研究越来越多，主要是通过多相反应对其性能的考察并改善，将其应用于实际工业生产，如天津大学研究者【２６】将喷射环流反应器成功的应用到甲苯磺化的生产：石建明【２７】设计的喷射环流反应器成功的应用到化工中大量生产甲酚；随后，汪宝和、吴金川等【２８】在喷射环流反应器采用甲

浙江工业大学硕士学位论文

苯气相三氧化硫连续磺化，大大提高了产物的转化率。沈阳化工研究院的周明【２９】利用喷射环流反应器设备密封性和质量、热量传递较好等特点，将其应用于实际工业的氧化反应，取得良好的效果。

（二）喷射环流反应器的应用

喷射环流反应器是个新的生产工艺，国内外对其研究主要集中在气含率、物料传质性能和物料分散等方面。

（１）在化工领域的应用

目前，喷射环流反应器越来越多的应用于化工中。瑞士的Ｂｕｓｓ公司将其应用于催化加氢反应和烷氧基化反应，取得良好的效果。周明吴等【３０，３１１将液体喷射环流反应器用于制备ＤＮＳ－Ｎａ；在此基础上，研究了在液体下喷式环流反应器内安装换热器，合成三氯氧磷；２００８年，周明昊等【１８】在容积为１００Ｌ的液体喷射式环流反应中安装循环泵，制备对羟基苯甲醛（Ｐ瑚），大大提高了产品收率；Ｐａｂｌｏ，Ｍａ血【３２】等利用喷射环流反应器的能量损耗较低等特点，将其用于混合物料的有效选择；谢兰漪【３３】等观察液体喷射式环流反应器中引射器的喷嘴、喉管以及扩散管直径和操作条件对传质系数的影响规律，得出该类反应器具有传质效率高和气液混合均匀等优点；汪洋【３４＇３５１等将开发了环流反应器的再生系统，并在器内制备固体烷基化油。此外喷射环流反应器还用于制备很小颗粒的碳酸钙、生产碳酸钠以及除去一氧化氮等实际生产中，均取得很好的效果。

（２）在环境保护领域的应用

喷射环流反应器具有传质速率高、器内物料混合好、设备简单和体积小等优点，因此该类反应器用于污水处理和工业废气处理等方面。如：Ｗｉｌｄｌｌａｇ即Ｈ等、Ｍａ证ｚｉｏＰｅ缸佻ｃｉｏｌｉ等及刘慧、温沁雪等【３∞８】在喷射环流反应器去除ＣＯＤ来处理污水，并且大大提高了ＣｏＤ的去除率；陈小滔、张鹏㈣和宋宽秀，张金利【柏１在气．液．固三相喷射环流反应器进行脱色工艺来处理染料污水；Ｂｙｕｎ萄００ｎＰａｒｋ【４ｌ】等在喷射环流反应器中进行生物过滤，取得了很好的效果。

（３）在生物工程领域的应用

由于喷射反应器具气体利用率高，不易感染细菌，能量消耗低等特点，因而越来越多的应用于在生物化学反应过程中，主要用于培养生物细胞或需氧发酵等。薛才利【４２１设计了喷环式好氧发酵罐进行生产柠檬酸。此外，在发酵红曲色素、单细胞蛋白、黄原胶、核酸酶Ｐ．１、甘油发酵等生产研究中均取得了较好的效果。

浙江工业大学硕士学位论文

（４）在湿法冶金中应用

湿法冶金过程基本属于气．液一固三相反应体系，即用液体把金属化合物从矿石中浸取出来的无机化工过程。但是由于金属含量高且密度大，需要有较大的环流速犁４３１，所以在较高温高压下，采用高径比大的环流反应器进行操作，保证导流筒内较大的气速，提高环流速率，避免固体颗粒的沉降，并且对反应器底部结构要精心设计，防止出现导致固体颗粒沉积的“死区＂。

１．２环流反应器中宏观混合的研究

１．２．１反应器的特性参数

目前研究的环流反应器大多是在气．液和气．液．固等多相反应体系中进行。为了将该类反应器应用于实际工业生产中，主要考察其气含率、液体循环液速及液相体积传质系数等参数。

（１）环流反应器的气含率（ＥＧ）

气含率是指环流反应器中气相占整个反应器的体积分数，它可以用来表征气相的理论停留时间和气液质量传递系数，并直接影响气液接触面积。实验过程中测定环流反应器的气含率时，还要考虑以下的因素：表观气速、操作参数、流体力学条件、液体速度、上升管和下降管的直径比等方面。当表观气速的增加、压力增加或气泡变小，气含率均增加；当液体粘度增加、表面张力增加、气泡尺寸变大或液固非均相的物料粘度的增加，气含率均降低。Ｗ－ｅｉｌａｎｄｍ１得出：随着反应器内降流区与升流区的面积比的增大，气含率减小，当两者之比为９／１１时，气含率可达最大值。Ｒｕｓｓｅｌｌ等【４５】得出：在反应器直径相同下，反应器中的气含率不随导流筒高度的改变而改变。

（２）环流反应器的循环液速

表征环流反应器流动特性的另一个重要参数是循环液速，循环液速是指混合物料在气 …… 此处隐藏：2528字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……