鼓泡反应器汽泡比实验原理与要求

一、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：
⎪⎭⎫ ⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=dH dp g g L c G ρε1 (1) 采用U 型压差计测量时，两测压点平均气含率为：
H
h G ∆=ε (2) 当气液鼓泡反应器空塔气速改变时，气含率G ε会作相应变化，一般有如下关系：
n G G u ∝ε (3)
n 取决于流动状况。

对安静鼓泡流，n 值在0.7～1.2之间；在湍动鼓泡流或过渡流区，G u 影响较小，n 为0.4—0.7范围内。

假设 n G G ku =ε (4)
则 G G u n k lg lg lg +=ε (5) 根据不同气速下的气含率数据，以G εlg 对G u lg 作图标绘，或用最小二乘法进行数据拟合，即可得到关系式中参数k 和n 值。

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。

气泡比表成面积a 可由平均气泡直经dus 与相应的气含率G ε计算：
dus a G ε6= (6)
Gestrich 对许多学者计算a 的关系进行整理比较，得到了计算a 值的公式： G OO O K D H a ε26003.3.00⎪⎭⎫ ⎝⎛=
(7)
方程式适用范围： s
m u G 60.0≤
242.20≤≤D H 11510107.5<≤⨯K
因此在一定的气速G u 下，测定反应器的气含率G ε数据，就可以间接得到气液比表面a 。

Gestrich 经大量数据比较，其计算偏差在%15±之内。

二、实验目的
气液鼓泡的反应器的气泡表面和气含率，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，测定的方法很多，有体积法、重量法、光学法等。

气泡比表面的测定有物理法、化学法等，己有许多学者进行了系统研究，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。

三、设备及操作要点
1.设备特点
实验装置流程图如下：
方有一气体分布器。

有两种规格的分布器可供选择，一种是微孔板分布器，其孔径约5微米，另一种是400目的不锈钢筛网分布器，其孔径约200微米。

塔的下方有一法兰，用于拆装分布器。

塔的右侧有玻璃测压管，可测出塔内不同高度气泡层的压差。

气源为空气压缩机，调节阀用于调节空气流速，转子流量计用于测定空气流量。

2.操作要点：
（1）将清水加入反应器床层中，至一定刻度；
（2）检查U型压力计中液位在一个水平面上，防止有气泡存在；
（3）通空气开始鼓泡，并逐渐调节流量值；
（4）观察床层气液两相流动状态；
（5）稳定后记录各点U型压力计刻度值；
（6）改变气体流量，重复上述操作（可做8～10个条件）；
（7）放尽清水，U型管中水用吸球赶出；
（8）将1％（V/V）的乙醇水溶液加入反应器床层中，至一定刻度；
（9）重复上（2）～（7）步操作；
（10）关闭气源，将反应器内清水放尽。