改進雙探針電導探頭研究外環(huán)流反應器內氣相特征.pdf

1、外環(huán)流反應器是一類由鼓泡塔改進而來的氣-液兩相和氣-液-固三相鼓泡反應器，由于其綜合了鼓泡床和攪拌釜的優(yōu)異性能，具有結構簡單、無機械傳動部件、成本低、能效高和容易實現(xiàn)工業(yè)放大等優(yōu)點，被廣泛應用于化工、石化、生化以及污水處理等諸多領域。已經報道的有該反應器內流體力學行為的研究，多只考察流體力學參數(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、操作條件和反應器尺寸等諸多因素的交織影響，使其動

2、力學行為更為復雜。另一方面，多相流研究中，測試技術的可靠性和局限性一直是考察流體動力學行為的重點和難點，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)流反應器內的氣相特征與流動、傳質甚至反應等密切相關，是反應器設計、放大以及實際工業(yè)生產進行過程控制所必須的參數(shù)，因此對其進行系統(tǒng)研究考察既具有理論指導意義又具有重要的應用價值。
　　 為此，本文在深入分析電導探針測試原理的基礎上，對現(xiàn)有雙探針電導探頭測量氣液體系中氣體

3、特征存在的信號響應滯后、穩(wěn)定性差等問題進行改進，自行構建了一套雙探針電導探頭測試系統(tǒng)。對改進后的探針的可靠性、穩(wěn)定性和適用范圍進行了考察。同時，使用改進后探頭測試系統(tǒng)，考察了環(huán)流反應器內不同液相性質(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。本工作的主要創(chuàng)新點和結論有：
　　 1.通過考察改進的雙探針電導探頭測試系統(tǒng)的原始信號質量和對探針測試結果的標定對比，證實了自制

4、改進的雙探針測試系統(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探頭測試技術，對外環(huán)流反應器內不同表觀氣速下氣相特征參數(shù)進行了系統(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。為反應器的設計提供了基礎數(shù)據。
　　 3.結合實際工業(yè)生產，在上述研究的基礎上，進一步考察了充分發(fā)展區(qū)中，液相性質對氣相特征的影響，包括表面張力和液相黏度。實驗發(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。