鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面積測定(修改)_第1頁
鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面積測定(修改)_第2頁
鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面積測定(修改)_第3頁
鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面積測定(修改)_第4頁
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PAGE205PAGE185實(shí)驗(yàn)鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臍庖汗呐莘磻?yīng)器的氣泡比表面和氣含率是判別反應(yīng)器流動狀態(tài)、傳質(zhì)效率的重要參數(shù)。氣含率是鼓泡反應(yīng)器中氣相所占的體積分率,也是決定氣泡比表面的重要參數(shù)。氣含率的測定方法很多,有體積法、重量法、光學(xué)法等。氣泡比表面是單位液相體積的相界面積,其測定方法有物理法、化學(xué)法等。己有許多學(xué)者對此進(jìn)行了系統(tǒng)研究,確定了氣泡比表面與氣含率的計算關(guān)系,可以直接應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋赫莆侦o壓法測定氣含率的原理與方法;掌握氣液鼓泡反應(yīng)器的操作方法;了解氣液比表面的確定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理氣含率氣含率是表征氣液鼓泡反應(yīng)器流體力學(xué)特性的基本參數(shù)之一,它直接影響反應(yīng)器內(nèi)氣液接觸面積,從而影響傳質(zhì)速率與宏觀反應(yīng)速率,是氣液鼓泡反應(yīng)器的重要設(shè)計參數(shù)。測定氣含率的方法很多,靜壓法是較精確的一種,基本原理由反應(yīng)器內(nèi)伯努利方程而來,可測定各段平均氣含率,也可測定某一水平位置的局部氣含率。根據(jù)伯努利方程有: (1)采用U型壓差計測量時,兩測壓點(diǎn)間的平均氣含率為:(2)當(dāng)氣液鼓泡反應(yīng)器空塔氣速改變時,氣含率會作相應(yīng)變化,一般有如下關(guān)系: (3)n取決于流動狀況。對安靜鼓泡流,n值在0.7~1.2之間;對湍動鼓泡流或過渡流,影響較小,n在0.4—0.7范圍內(nèi)。假設(shè) (4)則 (5)根據(jù)不同氣速下的氣含率數(shù)據(jù),以對作圖標(biāo)繪,或用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,即可得到關(guān)系式中的參數(shù)k和n。氣泡比表面氣泡比表面是單位液相體積的相界面積,也稱氣液接觸面積、比相界面積,也是氣液鼓泡反應(yīng)器很重要的參數(shù)之一。許多學(xué)者進(jìn)行了這方面的研究工作,如光透法、光反射法、照相技術(shù)、化學(xué)吸收法和探針技術(shù)等,每一種測試技術(shù)都存在著一定的局限性。氣泡比表面積a可由平均氣泡直經(jīng)dus與相應(yīng)的氣含率計算:a (6)Gestrich對許多學(xué)者計算a的關(guān)系進(jìn)行整理比較,得到了計算a值的公式:a(7)方程式適用范圍: 因此在一定的氣速下,測定反應(yīng)器的氣含率數(shù)據(jù),就可以間接得到氣泡比表面a。Gestrich經(jīng)大量數(shù)據(jù)比較后確認(rèn)其計算偏差在之內(nèi)。三、預(yù)習(xí)與思考試敘述靜壓法測定氣含率的基本原理;氣含率與那些因素有關(guān)?氣液鼓泡反應(yīng)區(qū)內(nèi)流動區(qū)域是如何劃分的?如何獲得反應(yīng)器內(nèi)氣液比表面a值?四、實(shí)驗(yàn)裝置與流程圖1鼓泡反應(yīng)器氣泡比表面及氣含率測定實(shí)驗(yàn)裝置1–空壓機(jī);2–緩沖罐;3–流量計;4–調(diào)節(jié)閥;5–反應(yīng)器;6–放料口;7–壓差計實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。實(shí)驗(yàn)室氣液鼓泡反應(yīng)器直徑約為100mm,高H約為1400mm,氣體分布器采用+字型,并有若干小孔使氣體達(dá)到一定的小孔氣速。反應(yīng)器用有機(jī)玻璃管加工,便于觀察。壁上沿軸向開有一排小孔與U型壓力計相接,用于測量壓差。由空氣壓縮機(jī)來的空氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計計量后進(jìn)入鼓泡反應(yīng)器的進(jìn)口;反應(yīng)器預(yù)先裝水至一定高度;氣體經(jīng)氣體分布器通入床層,并使床層膨脹,記下床層沿軸向的各點(diǎn)壓力差數(shù)值。改變氣體流量可使床層氣含率發(fā)生變化,并使床層氣液相界面發(fā)生相應(yīng)變化。五、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作實(shí)驗(yàn)器具丁字尺、游標(biāo)卡尺、洗耳球各一個溫度計一支熟悉設(shè)備及操作熟悉流量計、空氣壓縮機(jī)的操作;熟悉U型壓差計的讀數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)步驟及方法將清水加入反應(yīng)器床層中,至一定刻度處;測定鼓泡反應(yīng)器的內(nèi)外徑、靜液層高度及水溫;檢查U型壓力計中液位在同一個水平面上,防止有氣泡存在;通空氣開始鼓泡,并逐漸調(diào)節(jié)流量值至某一值;觀察床層氣液兩相流動狀態(tài);穩(wěn)定后記錄各點(diǎn)U型壓力計刻度值;改變氣體流量,重復(fù)上述操作(可做8~10個條件);關(guān)閉氣源,將反應(yīng)器內(nèi)清水放盡。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理氣體流量可在空塔氣速中選取個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。記錄下每組實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的氣速,各測壓點(diǎn)讀數(shù),并由公式(2),計算每二點(diǎn)間的氣含率,從而求出全塔平均氣含率;按不同空塔氣速下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上以對進(jìn)行標(biāo)繪,或用最小二乘法擬合,可以得到式(4)之參數(shù)k與n。利用式(7)計算不同氣速下的氣泡比表面a,并在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出a與的關(guān)系曲線。八、結(jié)果及討論分析氣液鼓泡反應(yīng)器內(nèi)流動狀態(tài)的變化;根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論與關(guān)系,并分析實(shí)驗(yàn)誤差;由計算結(jié)果分析氣泡比表面與的變化關(guān)系。九、主要符號說明a-氣泡比表面,;-氣泡平均直徑,;D-塔直徑,;-轉(zhuǎn)換因子;-靜液層高度,;-兩測壓點(diǎn)間U型壓差計液位差,;H-兩測壓點(diǎn)間的垂直距離,;K-液體模數(shù),;-關(guān)聯(lián)式常數(shù);

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