鼓泡塔(浆态床)反应器是一种常见的气液接触与反应设备,结构简单、无运动部件、混合与传递效率高,广泛应用于重油加氢、对苯二甲酸液相氧化、费托合成等领域。气体分布器是鼓泡塔反应器中最重要的内构件,其功能是实现气体均布和强化气液传质,决定着气泡的初始大小、气含率分布和多相混合特性。对于大型浆态床而言,分布器的设计需要同时考虑气体均布、气液传质和防止堵塞三个方面的要求,文献中关于分布器的设计往往只考虑前面两点要求,在实际工业中,为了防止堵塞,一般采用增大气体分布器孔口直径的措施来减缓结疤的影响,而这又导致气泡直径增大,不利于气液传质。对此,本文提出了一种气液同轴喷射分布器,主要思路是,将气、液物料通过大孔径同轴喷嘴高速射流进入反应器,利用液体动能打碎气泡,强化气液传质。此举可以兼顾孔口防堵与气液传质的要求,又可实现气体与液体的均匀分布。本文内容主要包括以下几个方面:1.气液同轴喷射鼓泡塔的实验研究对内径为183毫米的鼓泡塔进行冷模实验研究,通过床层塌落法和动态气体逸出法测量了全塔平均气含率和大小气泡比例,对比了气液同轴喷射进料和气体单独喷射进料情况下的全塔平均气含率、大小气泡相含率比例、气泡索特平均直径和气相比表面积,结果表明,相比于气体单独喷射进料,气液同轴喷射进料利用液体动能打碎气泡,增大了全塔平均气含率和小气泡比例,减小了气泡索特平均直径,显著增加了气相比表面积,有效地强化了气液传质。2.气液同轴喷嘴的CFD模拟采用VOF模型进行CFD模拟计算,对比了不同喷嘴以及有无液体进料下的气泡尺寸,结果表明,相比于经由圆形单喷嘴进料,气体经由同轴喷嘴的环隙进料可以显著地减小气泡尺寸,增加气液传质面积,强化气液传质。此外,对于气液同轴喷嘴,相比于只有气体进料的情况,增加液体进料可以进一步地减小气泡尺寸。3.大型气液同轴喷射分布器的设计与CFD模拟针对年产120万吨精对苯二甲酸(PTA)的对二甲苯(PX)液相氧化反应器,设计了 一种大型气液同轴喷射分布器,该分布器利用气液同轴喷嘴兼顾了气液传质和防止堵塞的要求,采用环管式结构实现了气液均布。进一步地,对该分布器的均布情况进行CFD模拟,发现采用管径随环径增大的变直径分布器代替常用的等直径分布器能够明显改善流体分布的均匀性,此外考察了负荷变化对流体均布的影响,确定了该分布器的操作弹性范围。