鼓泡塔是一种常见的多相反应器,因其具有结构简单、液相停留时间长、传热传质效率高、操作和维护费用低等突出的优势,尤其适合反应速度慢和热效应明显的化学反应,在石化工业、生物与环境工程等领域得到了广泛的应用。无内构件鼓泡塔的液相大尺度循环流动造成了其严重的液相返混现象,影响了鼓泡塔的性能,难以满足生产工艺的需求。本文基于多釜串联结构可以有效地减轻反应器返混程度的机理,将一种新型隔板内构件引入传统空心鼓泡塔,形成了多级分段鼓泡塔,通过对液相大尺度循环流动进行分割,起到抑制液相返混的作用。目前对于多级分段鼓泡塔内流动与混合过程的认识还不够充分,有必要深入研究其返混特性,为反应器的操作和设计提供指导。实验在一直径0.5 m、高5.3 m的气液两相鼓泡塔冷模装置中进行,主要考察了加入隔板前后鼓泡塔的液体轴向速度分布和停留时间分布的差异。液体轴向速度分布的实验表明,隔板内构件的加入可以使鼓泡塔内的液体轴向速度分布变得平缓,液体中心线速度降低,边壁附近的反向液速也减小,轴向液速的转折点更靠近边壁,液相大尺度循环流动受到了限制,从而减轻了液相返混。采用脉冲示踪法测定停留时间分布,并采用多釜串联模型对比加入隔板前后的液相返混情况。结果表明,安装隔板的多级分段鼓泡塔液相返混程度显著降低,等效全混釜数N相比空塔最多提高了 86.7%;表观液速是影响返混最主要的因素。通过量纲分析拟合,得到了预测鼓泡塔液相返混程度的经验公式。基于周期性流体脉冲可以改善反应器返混特性的缘故,在多级分段鼓泡塔中引入了周期性的气相脉冲操作。通过停留时间分布的测定,验证了周期性气相脉冲对多级分段鼓泡塔返混程度起到了减轻的作用,在实验条件范围内,周期性气相脉冲操作最多可使等效全混釜数N升高15.4%。而在空塔对照实验中,周期性气相脉冲对返混程度的影响很小。