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实验鼓泡反应器中气含率及比表面的测定
一、实验目的
气液鼓泡反应器的气泡比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。气含率的测定方法很多，有体积法、重量法、光学法等。气泡比表面是单位液相体积的相界面积，其测定方法有物理法、化学法等。己有许多学者对此进行了系统研究，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：
掌握静压法测定气含率的原理与方法；
掌握气液鼓泡反应器的操作方法；
了解气液比表面的确定方法。
二、实验原理
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：
(1)
采用U型压差计测量时，两测压点间的平均气含率为：
(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，一般有如下关系：
(3)
n取决于流动状况。对安静鼓泡流，n值在0.7～1.2之间；对湍动鼓泡流或过渡流，影响较小，n在0.4—0.7范围内。
假设 (4)
则 (5)
根据不同气速下的气含率数据，以对作图标绘，或用最小二乘法进行数据拟合，即可得到关系式中的参数k和n。
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。
气泡比表面积a可由平均气泡直经dus与相应的气含率计算：
a (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：
a(7)
方程式适用范围：
因此在一定的气速下，测定反应器的气含率数据，就可以间接得到气泡比表面a。Gestrich经大量数据比较后确认其计算偏差在之内。
三、预习与思考
试叙述静压法测定气含率的基本原理；
气含率与那些因素有关?
气液鼓泡反应区内流动区域是如何划分的?
如何获得反应器内气液比表面a值？
四、实验装置与流程
图1鼓泡反应器气泡比表面及气含率测定实验装置
1–空压机；2–缓冲罐；3–流量计；4–调节阀；
5–反应器；6–放料口；7–压差计
实验装置见图1。
实验室气液鼓泡反应器直径约为100mm，高H约为1400mm，气体分布器采用＋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。壁上沿轴向开有一排小孔与U型压力计相接，用于测量压差。
由空气压缩机来的空气经转子流量计计量后进入鼓泡反应器的进口；反应器预先装水至一定高度；气体经气体分布器通入床层，并使床层膨胀，记下床层沿轴向的各点压力差数值。改变气体流量可使床层气含率发生变化，并使床层气液相界面发生相应变化。
五、实验准备工作
实验器具
丁字尺、游标卡尺、洗耳球各一个
温度计一支
熟悉设备及操作
熟悉流量计、空气压缩机的操作；
熟悉U型压差计的读数。
六、实验步骤及方法
将清水加入反应器床层中，至一定刻度处；
测定鼓泡反应器的内外径、静液层高度及水温；
检查U型压力计中液位在同一个水平面上，防止有气泡存在；
通空气开始鼓泡，并逐渐调节流量值至某一值；
观察床层气液两相流动状态；
稳定后记录各点U型压力计刻度值；
改变气体流量，重复上述操作（可做8～10个条件）；
关闭气源，将反应器内清水放尽。
七、实验数据处理
气体流量可在空塔气速中选取个实验点。
记录下每组实验点的气速，各测压点读数，并由公式(2)，计算每二点间的气含率，从而求出全塔平均气含率；按不同空塔气速下的实验结果，在双对数坐标纸上以对进行标绘，或用最小二乘法拟合，可以得到式(4)之参数k与n。
利用式(7)计算不同气速下的气泡比表面a，并在双对数坐标纸上绘出a与的关系曲线。
八、结果及讨论
分析气液鼓泡反应器内流动状态的变化；
根据实验结果