鼓泡反應(yīng)器中氣含率及比表面積測定(修改)

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)；