氣升式環(huán)流反應(yīng)器

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1、WORD格式可編輯實(shí)驗(yàn)9氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測定一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解氣升式環(huán)流反應(yīng)器的工作原理、結(jié)構(gòu)形式及應(yīng)用的領(lǐng)域。2．掌握氣升式環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)及傳質(zhì)性能的測定方法。3．掌握電導(dǎo)儀及測氧儀的使用方法。4．學(xué)習(xí)利用組態(tài)王軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的方法。二．實(shí)驗(yàn)原理氣升式環(huán)流反應(yīng)器是近年來作為化學(xué)反應(yīng)器和生化反應(yīng)器而發(fā)展起來的一種新型高效氣-液兩相反應(yīng)器和氣-液-固三相反應(yīng)器。氣升式環(huán)流反應(yīng)器是利用反應(yīng)氣體的噴射動(dòng)能和液體的循環(huán)流動(dòng)來攪動(dòng)反應(yīng)物料，所以具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、易密封、

2、能耗低，也不會由于機(jī)械攪拌破壞生物細(xì)胞等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于化工、石油化工、生物化工、食品工業(yè)、制藥工程和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。對反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)后，能得到較好的環(huán)流流動(dòng)的循環(huán)強(qiáng)度，在反應(yīng)器內(nèi)形成良好的循環(huán)，促進(jìn)固體催化劑粒子的攪動(dòng)。因而環(huán)流反應(yīng)器對于反應(yīng)物之間的混合、擴(kuò)散、傳熱和傳質(zhì)均很有利，既適合處理量大的較高粘度的流體又適合處理熱敏感性的生物物質(zhì)，還可用于氣-液兩相或氣-液-固三相之間的非均相化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)氣升式環(huán)流反應(yīng)器降液管的形式可將環(huán)流反應(yīng)器分為內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器和外環(huán)流反應(yīng)器兩種。內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器是指氣體

3、從升氣管下方噴射進(jìn)入反應(yīng)器，使得升氣管中液體的氣含率大于降液管中液體的氣含率，引起兩者之間存在密度差，從而使得環(huán)流反應(yīng)器中的液體在氣體帶動(dòng)下得以循環(huán)起來。外環(huán)流反應(yīng)器是指將降液管移到反應(yīng)器的外面，循環(huán)原理和內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器相同。實(shí)驗(yàn)中利用體積膨脹高度法測定氣含率ε；利用電導(dǎo)脈沖示蹤法測量液體循環(huán)速度uL；利用動(dòng)態(tài)溶氧法測定氧體積傳質(zhì)系數(shù)KLa。三．實(shí)驗(yàn)裝置和流程1．實(shí)驗(yàn)裝置氣升式內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖見圖2-9-1，實(shí)物裝置見圖2-9-2。進(jìn)入反應(yīng)器的氣體噴射至升氣管后，由于氣體的噴射動(dòng)能和升氣管內(nèi)流體的密度降低，

4、迫使升氣管中流體向上，降液管中流體向下做有規(guī)則的循環(huán)流動(dòng)，從而在反應(yīng)器中形成良好的混合和反應(yīng)條件。專業(yè)知識整理分享WORD格式可編輯氣升式外環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖，見圖2-9-3，實(shí)物裝置見圖2-9-4。圖2-9-1內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖圖2-9-2內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器實(shí)物裝置圖圖2-9-3外環(huán)流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖圖2-9-4外環(huán)流反應(yīng)器實(shí)物裝置圖環(huán)流反應(yīng)器是作為氣-液兩相或氣-液-固三相反應(yīng)器而應(yīng)用于生物化工或其他化學(xué)反應(yīng)過程，因此傳質(zhì)性能往往成為過程的控制因素，能否提供良好的傳質(zhì)條件對環(huán)流反應(yīng)器的應(yīng)用具有決定意義。本實(shí)

5、驗(yàn)在氣升管尺寸不變的情況下，通過改變不同的氣體流量，測定了設(shè)備的流體力學(xué)性能（氣含率，液體循環(huán)速度等）及傳質(zhì)特性（氧體積傳質(zhì)系數(shù)）。這三個(gè)指標(biāo)既是衡量氣升式環(huán)流反應(yīng)器傳遞性能的重要指標(biāo)，也是環(huán)流反應(yīng)器設(shè)計(jì)和工程放大的重要參考數(shù)據(jù)。2．實(shí)驗(yàn)流程專業(yè)知識整理分享WORD格式可編輯實(shí)驗(yàn)流程見圖2-9-5。本實(shí)驗(yàn)裝置是以水和空氣作為介質(zhì)。氣泵送入的空氣經(jīng)閥門調(diào)節(jié)和流量計(jì)計(jì)量后由升氣管下方噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器與液體混合。氣體在反應(yīng)器內(nèi)隨反應(yīng)液一起循環(huán)，一部分氣體隨降液管循環(huán)回反應(yīng)器底部再進(jìn)入氣升管，另一部分氣體則從反應(yīng)器上方排

6、出。N2由鋼瓶經(jīng)減壓閥，通過流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入反應(yīng)器中，用來在測定氧傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)前排除水中的溶解氧。圖2-9-5實(shí)驗(yàn)流程圖四．實(shí)驗(yàn)操作步驟及計(jì)算方法1．氣含率ε的測定氣含率ε是表征反應(yīng)器流體力學(xué)性能的重要參數(shù)之一。本實(shí)驗(yàn)利用體積膨脹高度法測量反應(yīng)器中的平均氣含率ε，計(jì)算公式可采用下式：(2-9-1)式中：H——鼓氣后液體膨脹高度；H0——清液層高度。實(shí)驗(yàn)步驟：先關(guān)排水閥6，關(guān)進(jìn)氣閥5，關(guān)N2進(jìn)氣閥3，開進(jìn)水閥7，將水放至反應(yīng)器內(nèi)一定高度（一般與升氣管頂部相平齊），記下此高度即為H0，停止進(jìn)水。啟動(dòng)氣泵，開進(jìn)氣閥

7、5，調(diào)節(jié)閥4（可與放空閥2配合調(diào)節(jié)），將氣量調(diào)節(jié)為一個(gè)定值（一般在實(shí)驗(yàn)中可做5個(gè)氣量，從0.5m3/h——2.5m3專業(yè)知識整理分享WORD格式可編輯/h）。待氣量穩(wěn)定后，讀取反應(yīng)器內(nèi)液體膨脹高度H，則利用上述的公式求得該氣量下的氣含率ε。2．液體循環(huán)速度uL的測定液體循環(huán)速度uL是決定反應(yīng)器循環(huán)和混合特性的重要參數(shù)之一。本實(shí)驗(yàn)用電導(dǎo)脈沖示蹤法測量液體循環(huán)速度uL。計(jì)算公式可采用下式：（2-9-2）式中：L為液體循環(huán)一周的距離；m；t為為循環(huán)一周所用的時(shí)間，s；對于內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器：（2-9-3）式中：為升氣管的高

8、度，m；和分別為外筒和內(nèi)筒的半徑，m。對于外環(huán)流反應(yīng)器：(2-9-4)式中：H為反應(yīng)管的高度，m；為升氣管和降液管間的水平距離，m。電導(dǎo)探頭在反應(yīng)器側(cè)壁的位置已固定，因此液體循環(huán)一周的距離L為定值，故只需測出循環(huán)一周所需時(shí)間t，即可得出液體循環(huán)速度。循環(huán)時(shí)間t的測量采用電導(dǎo)示蹤法，利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)步驟：開啟氣泵，調(diào)節(jié)到一定的氣量，待穩(wěn)定后從環(huán)流反應(yīng)器上方快速倒入2