鼓泡反应器中气含率及比表面积测定(修改)

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1、实验鼓泡反应器中气含率及比表面的测定一、实验目的气液鼓泡反应器的气泡比表面和气含率是判别反应器流动状态、传质效率的重要参数。气含率是鼓泡反应器中气相所占的体积分率，也是决定气泡比表面的重要参数。气含率的测定方法很多，有体积法、重量法、光学法等。气泡比表面是单位液相体积的相界面积，其测定方法有物理法、化学法等。己有许多学者对此进行了系统研究，确定了气泡比表面与气含率的计算关系，可以直接应用。本实验目的为：（1）掌握静压法测定气含率的原理与方法；（2）掌握气液鼓泡反应器的操作方法；（3）了解气液比表面的确定方法。二、

2、实验原理（1）气含率气含率是表征气液鼓泡反应器流体力学特性的基本参数之一，它直接影响反应器内气液接触面积，从而影响传质速率与宏观反应速率，是气液鼓泡反应器的重要设计参数。测定气含率的方法很多，静压法是较精确的一种，基本原理由反应器内伯努利方程而来，可测定各段平均气含率，也可测定某一水平位置的局部气含率。根据伯努利方程有：(1)采用U型压差计测量时，两测压点间的平均气含率为：(2)当气液鼓泡反应器空塔气速改变时，气含率会作相应变化，一般有如下关系：(3)n取决于流动状况。对安静鼓泡流，n值在0.7～1.2之间；对湍

3、动鼓泡流或过渡流，影响较小，n在0.4—0.7范围内。假设(4)则(5)根据不同气速下的气含率数据，以对作图标绘，或用最小二乘法进行数据拟合，即可得到关系式中的参数k和n。（2）气泡比表面气泡比表面是单位液相体积的相界面积，也称气液接触面积、比相界面积，也是气液鼓泡反应器很重要的参数之一。许多学者进行了这方面的研究工作，如光透法、光反射法、照相技术、化学吸收法和探针技术等，每一种测试技术都存在着一定的局限性。3气泡比表面积a可由平均气泡直经dus与相应的气含率计算：a(6)Gestrich对许多学者计算a的关系进

4、行整理比较，得到了计算a值的公式：a(7)方程式适用范围：因此在一定的气速下，测定反应器的气含率数据，就可以间接得到气泡比表面a。Gestrich经大量数据比较后确认其计算偏差在之内。三、预习与思考(1)试叙述静压法测定气含率的基本原理；(2)气含率与那些因素有关?(3)气液鼓泡反应区内流动区域是如何划分的?(4)如何获得反应器内气液比表面a值？四、实验装置与流程图1鼓泡反应器气泡比表面及气含率测定实验装置1–空压机；2–缓冲罐；3–流量计；4–调节阀；5–反应器；6–放料口；7–压差计实验装置见图1。实验室气液

5、鼓泡反应器直径约为100mm，高H约为1400mm，气体分布器采用＋字型，并有若干小孔使气体达到一定的小孔气速。反应器用有机玻璃管加工，便于观察。壁上沿轴向开有一排小孔与U型压力计相接，用于测量压差。由空气压缩机来的空气经转子流量计计量后进入鼓泡反应器的进口；反应器预先装水至一定高度；气体经气体分布器通入床层，并使床层膨胀，记下床层沿轴向的各点压力差数值。改变气体流量可使床层气含率发生变化，并使床层气液相界面发生相应变化。3五、实验准备工作1.实验器具丁字尺、游标卡尺、洗耳球各一个温度计一支2.熟悉设备及操作熟悉

6、流量计、空气压缩机的操作；熟悉U型压差计的读数。六、实验步骤及方法（1）将清水加入反应器床层中，至一定刻度处；（2）测定鼓泡反应器的内外径、静液层高度及水温；（3）检查U型压力计中液位在同一个水平面上，防止有气泡存在；（4）通空气开始鼓泡，并逐渐调节流量值至某一值；（5）观察床层气液两相流动状态；（6）稳定后记录各点U型压力计刻度值；（7）改变气体流量，重复上述操作（可做8～10个条件）；（8）关闭气源，将反应器内清水放尽。七、实验数据处理气体流量可在空塔气速中选取个实验点。记录下每组实验点的气速，各测压点读数，

7、并由公式(2)，计算每二点间的气含率，从而求出全塔平均气含率；按不同空塔气速下的实验结果，在双对数坐标纸上以对进行标绘，或用最小二乘法拟合，可以得到式(4)之参数k与n。利用式(7)计算不同气速下的气泡比表面a，并在双对数坐标纸上绘出a与的关系曲线。八、结果及讨论（1）分析气液鼓泡反应器内流动状态的变化；（2）根据实验结果讨论与关系，并分析实验误差；（3）由计算结果分析气泡比表面与的变化关系。3九、主要符号说明a-气泡比表面,；-气泡平均直径，；D-塔直径，；-转换因子；-静液层高度，；-两测压点间U型压差计液位

8、差，；H-两测压点间的垂直距离，；K-液体模数，；3-关联式常数；-空塔气速，；-液体密度，；-气含率；-液体粘度，；-液体表面张力，。参考文献[1]姜信真.气液反应理论与应用基础.北京：烃加工出版社，3