改進(jìn)雙探針電導(dǎo)探頭研究外環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)氣相特征.pdf

1、外環(huán)流反應(yīng)器是一類由鼓泡塔改進(jìn)而來的氣-液兩相和氣-液-固三相鼓泡反應(yīng)器，由于其綜合了鼓泡床和攪拌釜的優(yōu)異性能，具有結(jié)構(gòu)簡單、無機(jī)械傳動(dòng)部件、成本低、能效高和容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、石化、生化以及污水處理等諸多領(lǐng)域。已經(jīng)報(bào)道的有該反應(yīng)器內(nèi)流體力學(xué)行為的研究，多只考察流體力學(xué)參數(shù)的平均值，對局部參數(shù)研究不夠深入，尤其是對氣相特征的研究。一方面，由于氣泡可塑性高，受體系物性、操作條件和反應(yīng)器尺寸等諸多因素的交織影響，使其動(dòng)

2、力學(xué)行為更為復(fù)雜。另一方面，多相流研究中，測試技術(shù)的可靠性和局限性一直是考察流體動(dòng)力學(xué)行為的重點(diǎn)和難點(diǎn)，特別對極易變形的氣泡相，對測試手段在可靠性上有更高的要求。環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的氣相特征與流動(dòng)、傳質(zhì)甚至反應(yīng)等密切相關(guān)，是反應(yīng)器設(shè)計(jì)、放大以及實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行過程控制所必須的參數(shù)，因此對其進(jìn)行系統(tǒng)研究考察既具有理論指導(dǎo)意義又具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 為此，本文在深入分析電導(dǎo)探針測試原理的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有雙探針電導(dǎo)探頭測量氣液體系中氣體

3、特征存在的信號響應(yīng)滯后、穩(wěn)定性差等問題進(jìn)行改進(jìn)，自行構(gòu)建了一套雙探針電導(dǎo)探頭測試系統(tǒng)。對改進(jìn)后的探針的可靠性、穩(wěn)定性和適用范圍進(jìn)行了考察。同時(shí)，使用改進(jìn)后探頭測試系統(tǒng)，考察了環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)不同液相性質(zhì)(溶液粘度和表面張力)對氣相特征(氣含率，氣泡尺寸，氣泡上升速度，氣泡尺寸分布)的影響及其軸徑向分布規(guī)律。本工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和結(jié)論有：
　　 1.通過考察改進(jìn)的雙探針電導(dǎo)探頭測試系統(tǒng)的原始信號質(zhì)量和對探針測試結(jié)果的標(biāo)定對比，證實(shí)了自制

4、改進(jìn)的雙探針測試系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，增大了適用范圍，并能用于高固相含率體系的測量研究。為更好的研究氣液體系的規(guī)律提供了可靠的測量方法的儀器。
　　 2.利用上述雙探針電導(dǎo)探頭測試技術(shù)，對外環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)不同表觀氣速下氣相特征參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的考察，得到了氣相參數(shù)包括氣含率，氣泡尺寸，氣泡上升速度，氣泡尺寸分布的軸徑向分布與表觀氣速的關(guān)系，探討了軸向高度和表觀氣速對氣泡行為的影響，觀察到了分布器影響區(qū)氣含率呈邊壁峰分布，充分

5、發(fā)展區(qū)氣含率呈中心峰分布的現(xiàn)象。為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　 3.結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了充分發(fā)展區(qū)中，液相性質(zhì)對氣相特征的影響，包括表面張力和液相黏度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：
　　 a)低表觀氣速下，表面張力減小，氣含率增大、氣泡尺寸減小、尺寸概率分布峰高且窄，氣泡上升速度也減小.隨表觀氣速增大，表面張力作用不再顯著，氣泡上升速度受氣速影響顯著.平均氣含率隨表面張力減小呈先增大后不變趨勢。