《鼓泡塔气相特性及返混特性测定实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《鼓泡塔气相特性及返混特性测定实验（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、实验目的1. 了解鼓泡塔的结构和操作方法；2测定鼓泡塔的气含率耳，气体比表面a，返混程度参数Pe等。二、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 应器内柏努力方程而来，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。根据柏努利方程有：(1)采用U型压差计测量时，两测压点平均气含率为：AhGH(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G关系：耳 g uG(3)Gn取决于
2、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，u影响较小，n为0.40.7范围内。G G =k uG假设则(4)lg = lg k + nlguGG根据不同气速下的气含率数据，以lg对nlgu作图标绘，或用最小二乘法GG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。气泡比表面积a可由平均气泡直径d与相应的气含率e计算:usG(6
3、)6 G dusGestrich许多学者的计算a的关系进行整理比较，得到了计算a值的公式:(7)a = 26.0( )o.3 - K0.003 DG其中K-液体模数：K =吧;g卩 L方程式适用范围:u_0.60m/sGH2.2 0 245.7xl05 K 1011因此在固定气速uG下，测定反应器的气含率甩数据，就可以间接得到气液化表面a。Gestrich经大量据数比较后确认式(7)的计算偏差在15%之内。3、鼓泡塔液相返混特性描述返混的数学模型很多，较简单实用的是一维扩散模型。一维扩散模型的数学表达 式:(8)Pe =UHDax9）1 d 2 c dc dc Pe dz 2 dz 39式中
4、Pe 为彼克列数，描述返混程度的模型参数。对式（8）求解：定解条件：实验采用脉冲法加入示踪剂，在上游处测定示踪剂浓度，闭式容 器，列出如下定解条件：取 c = f ( z,9 )初始条件：c(z,0) = 0边界条件：c(0,9 ) = c*)c(s,9 )=有限量用 Laplace 变换解得：(Peexp-P1 -9)2 12兀9 3 JL 49c(9 ) =10)估计模型参数Pe:估计的方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。本实验采用矩量法，需用到如下两个定义：浓度c（t）的一阶原点矩:11)卜c（t dt入M = _r）= t1 J00 ct ）dt浓度c（t）的二阶中心矩:卜c(
5、t人-1力tM2 = 0 ；：6t 0円c(t2 dt0 t 2斤石)dt式中：f 数学期望;9 2 方差或称散度。由式（11）和式（12），可导出如下方程：02 =L = A - 2丄2Ce pe）（13）012 Pe I Pe 丿实验测得C（t）与t的关系数据，由式（11）求得t，由式（12 ）求得02 ,通t过（13 ）求得Pe的值。三、流程及设备的主要技术数据流程图：（见图一）7阀 7 ，8示踪剂储罐 ，9测孔，10压力表，11空气进料口 ，12示踪剂进口，13鼓泡塔，14电导电极 ，15电导率仪，16计算机采集系统 ，17溢流管 ，18压力传感器 ，19阀 19 ，20压差表 ，21
6、流体分布器，22放液阀 ，23 回流管阀 ，24放液阀 ，25液体进料口 ，26液体流量控制阀 ，27液体流量 计如图一所示，示踪剂缓冲罐内配有饱和的氯化钾溶液鼓泡塔：塔高 2m, 反应器直径为 200mm, 气体分布器采用十字型，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。反 应器壁面沿轴向开有一排小孔与压力传感器相连，用于测量压差。四、实验内容和操作步骤1、气含率及气泡比表面的测定（1）系统接上电源，打开总开关，开启水泵后将清水加入反应器床层内， 至一定高度（约 1.5m）。（2）检查一下压差表读数是否为 0，如果不是则应该打开与压差传感器相 连的铜管上的阀门
7、 1 将水铜管内充满了水（排除掉由于零点漂移所造成的误差）。（3 ）固定液体流量在一个适当值，本实验可取水流量值为200L/h,并通过 空气流量计阀门调节进气量。（4）观察床层内气液两相流流动状态。（5）等待压力表读数稳定后记录各进气量下的压差值。（6）改变气体流量，重复上述操作（可以做 6-8 个条件）。（7）注意事项：在进行鼓泡塔气相特性测定时应保证阀 2 全开（回液阀门）， 阀 3 全闭（放水阀门），阀 4（回液阀门）全闭，阀 5 全闭（密闭容器与压缩机 相连的阀门）。（8）记录下压差值后安实验所给公式计算处气含率和气泡比表面。2、返混特性参数 Pe 数的测定（1）启动数据采集系统，使其
8、处于工作状态。（2）将阀门5 微开，使得的示踪剂储罐上方的压力达到 0.1 兆帕左右,在开 启电磁阀通入示踪剂之后即可将阀 5 关闭，泄压。（3）取实验数据：待系统稳定之后（即空气流量、水流量稳定在预定值）， 命令微机采集数据，启动电磁阀注入示踪剂。采数结束后，采集软件会自动进行 数据进处理，并输出结果一TD （数学期望），DD（方差）和PE（彼克列数）。 维持空气流量不变，改变水的流量，取实验数据。（本实验中可取空气流量为1m3/h,水的流量分别取为60，100，150，200（5 ）每一水流量条件下，重复两次取数据，使PE值的相对误差5%。然 后改变水流量进行下一个实验，完毕为止。3、实验
9、完毕后，关闭空压机、真空泵、进水阀门、电导率仪、微机系统等仪器 设备的电源，并将所有仪器复原。五、注意事项1）试验开启应该先通水，到一定位置后约 1m 左右，开启压缩机鼓气。实验开始时应保证与静态压差传感器与直径为 0.8mm 的铜管相连，避免了 弹性效应，并且以要在铜管内充满水，这样铜管内无液体流动，从根本上消除了 “呼吸”作用，使铜管中无气泡进入，保证压差测量准确性。2）应该在固定操作条件一段时间后，反应器稳定后在读取压差表的读数（这 里的稳定指的是瞬态稳定，即压差表的读数在某一个范围内呈稳定波动即可）3）在测定鼓泡塔内气相特性时将示踪剂储罐下方的进气阀 7 关闭；等到开 始测定返混特性时应将此阀 7 微开使示踪剂储罐内压力升至 0.1 兆帕左右即可， 示踪剂打入后要关闭阀 7。4) 测定返混特性时将鼓泡塔装置下方的回流阀23，24 均关闭，放液阀22 打开：保证加有示踪剂的液体不回流水储槽中，并应保证不断有新鲜的物料加入 水槽中补给物料。六、实验数据记录与出理实验序号气体流量(m3/h )气体压差(Kpa)ugeg%a液体流量(L/h)静水压差(Kpa)液体模数nk
