KH-HC14 鼓泡反应器中气泡表面积及气含量测定实验装置
化学反应工程第二版课后答案第七章
7.多相催化反应器的设计与分析7.1 若气体通过固定床的线速度按空床计算为0.2m/s,则真正的线速度为多少?已知所填充的固体颗粒的堆密度为1.2g/cm 3,颗粒密度为1.8 g/cm 3解:1.2110.33331.80.20.6/0.3333=-=-====空床真正b p u u m s ρερε7.2 为了测定形状不规则的合成氨用铁催化剂的形状系数,将其填充在内径为98mm 的容器中,填充高度为1m,然后边续地以流量为1m 3/h 的空气通过床层,相应测得床层的压力降为101.3Pa,实验操作温度为298K,试计算该催化剂颗粒的形状系数.已知催化剂颗粒的等体积相当直径为4mm,堆密度为1.45g/cm 3,颗粒密度为2.6 g/cm 3.解:()23553023101.3101.3/,1, 1.185/1.8710 1.8710/,41010.03685/36000.785(0.098)1.45110.44232.601---==⋅===⨯⋅=⨯⋅=⨯==⨯=-=-=-2r 0L u 由(7.1)式p=fv b p p p Pa kg m s Lr m kg m Pa s kg m s d mu m s d ρμρερρεε∆∆根据(6.4)式可推导出ψa=dp/dv,式中dp 为等比外表面积相当直径,dv 为等体积相当直径.()()330331(1)1150(1)(7.2) 1.75150 1.75(2)Re 101.3(410)(0.4423)/1 1.185(0.03685)-- ∴ = -- =+=⨯+ =⨯⨯2r 02r 0L u p fp=f即L u 由式将有关数值代入(1)和(2)式得:fv a v a a v ad d f d u ρεεψεψρεμεψρψ∆∆233(10.4423)39.07(3)1.8310(10.4423)8.778150 1.75 1.75(4)(410)0.03685 1.185---= ⨯-=⨯+=+ ⨯⨯⨯a af ψψ(3),(4):8.778/ 1.7539.07,1.758.77800.4969+= --= =2a 式联立将此式变为:39.07解此方程得:a a a a ψψψψψ7.3 由直径为3mm 的多孔球形催化剂组成的等温固定床,在其中进行一级不可逆反应,基于催化剂颗粒体积计算的反应速率常数为0.8s -1,有效扩散系数为0.013cm 2/s,当床层高度为2m 时,可达到所要求的转化率.为了减小床层的压力降,改用直径为6mm 的球形催化剂,其余条件均不变,,流体在床层中流动均为层流,试计算:(1) (1) 催化剂床层高度; (2) (2) 床层压力降减小的百分率.解(1)求dp 为6mm 的床层高度L 2,已知数据:dp 1=3mm=0.3cm,dp 2=0.6cm,L 1=2m, kp=0.8s -1,De=0.013cm 2/s00111222100211221110.392230.9210.784530.756===========⎰⎰求得求得AfAf x A Ar A x r A AA F dx L V R L V F dx R ηηηηϕηϕη12120.922 2.430.756∴==⨯=L L m ηη(2)求床层压力降减小的百分率:()()2210201122331211,--= =p p L u L u p f p f d d ρερεεε∆∆假定床层的空隙率不变,则有:11212221= (1)p p f L d p p f L d ∆∆层流流动时:012121501150Re /(2)-==⨯∴= p p p f d u f d d f εμρ(1),(2)式联立:2212221122112120.6/2 3.2252.430.3/2⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭p p p p p p L d d d p L p L d d L d ∆∆床层压力降减少的百分率为:121 3.22510.689968.99%3.225--===p p p ∆∆∆7.4 拟设计一多段间接换热式二氧化硫催化氧化反应器,每小时处理原料气35000m 3(标准状况下),组成为SO 2:7.5%;O 2:10.5%;N 2:82%.采用直径5mm 高10mm 的圆柱形催化剂共80m 3,取平均操作压力为0.1216Mpa,平均操作温度为733K,混合气体的粘度等于3.4×10-5Pa.s,密度按空气计算.解:由(7.1)式()31-2r 0L u p=fp d ρεε∆根据题给条件有:107330.1013350002730.121321.75/3600-⨯⨯==u A m s A上式中A —床层截面积,m 2.12121/31/32380/80660.785(0.005)0.01 6.0051020.785(0.005) 4.140.0050.01660.785(0.005)0.017.215103.142---==⨯⨯===⨯⨯+⨯⨯⎡⎤⎛⎫⨯⨯===⨯ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦p p pp v L A A m V d m a V d mπ在题(7.1)中已推导出/=ap v d d ψ,因此有:336.005100.83237.21510--⨯==⨯a ψ查”无机化工反应工程”P108图4-1得ε=0.45,混合气的物性数据按空气计算误差不大,733K 下,ρ=0.4832kg/m 3,μ=0.034厘泊=3.4×10-5Pa.s,因此有:5310150(1)150 3.410(10.45)1.75150 1.75 1.75Re 6.00510(21.75)0.48320.04444 1.75----⨯⨯-=+=⨯+=+⨯⨯ =+p f d u A A μερ112333800.4832(21.75)(10.45)(0.04444 1.75) 1.8386.005100.45(0.04444 1.75)----⨯-∴=+=⨯⨯ ⨯+ A A p A A A Pa ∆要求△P<4052Pa 则有4052>1.838×107A -3(0.0444A+1.75)80 3.43123.32==L m7.5 多段冷激式氨合成塔的进塔原料气组如下:组分 NH 3 N 2 H 2 Ar CH 4 % 2.09 21.82 66.00 2.45 7.63 (1) (1) 计算氨分解基(或称无氨基)进塔原料气组成:(2) (2) 若进第一段的原料气温度为407℃,求第一段的绝热操作线方程,方程中的组成分别用氨的转化率及氨含量来表示.反应气体的平均热容按33.08 J/molK 计算.反应热△Hr=-5358J/molNH 3(3) (3) 计算出口氨含量为10%时的床层出口温度,按考虑反应过程总摩尔数变化与忽略反应过程总摩尔数变化两种情况分别计算,并比较计算结果.解:(1)计算氨分解基气体组成:100mol 原料气中含NH 32.09mol,相当于2.09/2molN 2及(1.5×2.09)molH 2,因此，(A) (A) 考虑反应过程中气体总摩尔数的变化.以y 代表氨基气体mol%,Ft 表示混合气体总摩尔流量,由2231322+ N H NH 可以看出,每生成1摩尔NH 3,混合气体总摩尔数减少1,所以生成氨的摩尔数=00-t A t A F y F y ,(下标A 代表NH 3,0代表进口处,y A0和y A 均指有氨基的mol%)因此有:()000001:(1)1--=+= +化简得t t A t A tA t t AF F y F y F y F F y(a) (a) 以N 2的转化率表示组成时的绝热操作线方程:()220,0-=N N r T P T F x H F C T∆∆∆上式中(-△Hr)以反应每kmol 的N 2计.()()22220,000,00001111+∴-=+-+=+A N N r t p T AN r T AN t p A y F x H F C T y F H y T x F C y ∆∆∆∆∆∆以进口处N 2的转化率为0作基准计算,则有:()()22,000211253581/-⎛⎫+=+ ⎪+⎝⎭-=⨯N r A N p A r y H y T T x C y H kJ kmolN ∆∆代入有关数据:20.2182535812168033.0810.0209⨯⨯+=++AN y T x化简得:2680692.4(1)=++A N T y x (2)又,生成的NH 3mol 数为:0000011+-=-+A A t A t A t A t Ay y F y F y F y F y反应消耗N 2的mol 数为:000001121⎛⎫+- ⎪+⎝⎭A A t A t A y y F y F y ∴ N 2的转化率:2000011210.2182⎛⎫+- ⎪+⎝⎭=A t A A A N t y F y y y x F代入数据:2110.02090.0209210.2182⎛⎫+- ⎪+⎝⎭=AA N y y x化简得:220.047882.291+=-N A N x y x (3)(3)代入(2)式得:2220.0478*******.41 2.291⎛⎫+=++ ⎪⎪-⎝⎭N N N x T x x 化简后得到以2N x 表示组成的绝热方程为:221620680 2.291=+-N N x T x(b) (b) 以NH 3含量表示组成的绝热操作线方程: ()()00--=t A t A r t p F y F y H F C T ∆∆式中(-△Hr)以每生成1kmolNH 3计,()()()()0000000031111111153581/0.0209(1)10.0209⎛⎫+--= ⎪+⎝⎭⎛⎫--+⎛⎫++∴=-=- ⎪⎪+++⎝⎭⎝⎭-= +⎡⎤-⎢⎥+⎣⎦53581代入数据:T=680+33.08A t A t A r t p A r r A A A A A A A p A A p A r A Ay F y F y H F C T y H H y y y y T y y y C y y C y H kJ kmolNH y y ∆∆∆∆∆∆化简得到以y A 表示组成的绝热操作线方程如下:6801620[0.02047(1)]=+-+A A T y y(B) (B) 忽略反应过程中气体总摩尔数的变化(a)以N 2转化率表示组成时的绝热操作线方程:22,0()-=N r N t p F H x F C T∆∆∆式中-△Hr 以每反应1kmolN 2计.()()()2222,02222,0,0000.218225358168033.08-- ∴==-⨯⨯=+=+即化简之T=680+707.1NN r N r N N t p t pr N N pN F H F H T x x F C F C y H T T x x C x ∆∆∆∆∆∆∆(b)以NH 3含量表示组成的绝热操作线方程: ()()0--=t A A r t p F y y H F C T ∆∆式中-△Hr 以每反应1kmolN 2计:()0-=-rA A pH T y y C ∆∆353581/-= r H kJ mol NH ∆()()05358168068016200.020933.08=+- =+- A A A T y y T y(3)计算出口氨含量为10%的床层出口温度,考虑反应总摩尔数变化时:6801620[0.02047(1)]6801620[0.10.02047(10.1)]805.5=+-+=+-+ =A A T y y K忽略反应总摩尔变化时:6801620(0.0209)6801620(0.10.0209)808.1=+-=+-=A T y K808.1-805.5=2.6K,温度相差并不大,这是由于合成氨反应体系总转化率不高的缘故,若转化率高则两种方法计算出来的床层出口温度将会有较大的差别.7.6 在绝热催化反应器中进行二氧化硫氧化反应,入口温度为420℃,入口气体中SO 2浓度为7%(mol);出口温度为590℃,出口气体中SO 2含量为2.1%(mol) ,在催化剂床层内A,B,C 三点进行测定.(1) (1) 测得A 点的温度为620℃,你认为正确吗?为什么? (2) (2) 测得B 点的转化率为80%,你认为正确吗?为什么?(3) (3) 测得C 点的转化率为50%,经再三检验结果正确无误,估计一下C 点的温度.解(1)绝热床内的温度是呈线性上升的,出口处温度最高,床内任一点温度不可能高于出口温度,故620℃是不可能的.(2)出口处SO 2的转化率为(0.07-0.021)×100%/0.07=70%.床层内部任一点处转化率不可能高于70%,故转化率为80%是不可能的.(3)△t=λ△X A , 590-420=λ×0.7 λ=(590-420)/0.7=242.86 故C 点温度为:t=t0+λ△X A =420+242.86×0.5=541.4℃7.7 乙炔水合生产丙酮的反应式为:2223322232+→++C H H O CH COCH CO H在ZnO-Fe 2O 3催化剂上乙炔水合反应的速率方程为:737.0610exp(7413/)/=⨯- ⋅床层A A r T C kmol m h式中C A 为乙炔的浓度,拟在绝热固定床反应器中处理含量为3%C 2H 2(mol)的气体1000m 3(STP)/h,要求乙炔转化68%,若入口气体温度为380℃,假定扩散影响可忽略,试计算所需催化剂量.反应热效应为-178kJ/mol,气体的平均恒压热容按36.4J/molK 计算.解:原料气中乙炔浓度很低,可忽略反应过程总摩尔数的变化.()000(1)(1)273273--==+A A A A A F x x C F Q Q t式中Q 0为以标准状态计的体积流量,Q 为温度t 时垢体积流量.()()()()77000.6800070000.64070273(1)7.0610exp(7413/)7.0610exp(7413/)(273)273112737.0610exp(7413/)2737.06101273exp(7413/)-=⨯-=⨯-++==-⨯⨯-+ =⨯--⎰⎰⎰Af A A A A x A r A A A A A A A A x r T C T F Q t Q t dx V F dx F r F x T t dx Q x T550:178/ 1.7810/36.4/()0.03 1.7810146.536.4-==⨯ =⋅-⨯⨯===已知p A r p H kJ mol J mol C J mol K y H KC λ∆∆绝热操作线方程为:()()007()380146.52737.06101273exp(7413/)=+-=++=⨯--令:f A A A A A t t x x x tx x T λ()0.683331.5101000 1.510 1.5--=⨯ =⨯⨯=⎰所以A A r f x dx V m7.8 题7.7所述乙炔水合反应,在绝热条件下进行,并利用反应后的气体预热原料,其流程如图7A 所示.所用预热器换热面积50m 2,乙炔浓度为3%的原料气以1000m 3(STP)/h 的流量首先进入预热器预热,使其温度从100℃升到某一定值后进入体积为1m 3的催化剂床层中绝热反应,反应速率方程见题7.7,预热器总传质系数为17.5w/m 2K,反应气体热容按36.4J/molK 计算,试求:(1) (1) 绝热温升(可不考虑反应过程中反应气体总摩尔数的变化).(2) (2) 计算反应器出口可能达到的乙炔转化率(列出方程式,并用文字说明求解过程).解:(1)绝热温升.按题意,在计算绝热温升时可忽略反应过程总摩尔数的变化.50500.03, 1.7810/,36.4/()0.03 1.7810146.536.4=-=⨯=⋅-⨯⨯===A r p A r p y H J mol C J mol K y H KC λ∆∆(2)列方程求解转化率:(A)由绝热床热量衡算得:T f =T 0+146.5X Af (1) (B)由预热器热量衡算得: T 0-373= T f -T 2 (2) (C) (C) 预热器中,传热的对数平均温度差为:()()2020373373ln ---=--fm f T T T T T T T ∆传热速率方程:()253335232222/, 1.01310,273,1000/,8.31410/1.01310100044.63/ 1.2410/8.3141027317.5/17.5/17.5501.2--= ==⨯== =⨯⋅⋅⨯⨯===⨯⨯⨯=⋅=⋅⋅ A =50⨯-=而又t p f mt t mf F C T T UA T F PQ RT P Pa T K Q m h R Pa m kmol KF kmol h kmol s U w m K J s m K m T T T ∆∆()()2023203731.938 1.938(3)411036.410ln 373----== -⨯⨯⨯-f m f T T T T T T T ∆(D)绝热床反应体积:()00000011211230.50.0321=-++--==- = =+⎰Afx r A AAA A A A A A A A V F dx kC C x T y C y x T δδ式中C A0为床层进口处浓度,而C A0=P A0/RT 0=0.03×1.013×105/(8.314×103T 0) =0.36655/T 0 kmol/m 3()()030010.3655/10.0150.0344.67 1.34/-= -=⨯=A A A A x T C kmol m T x T F kmol h故有:()7001.341(4)(1)0.36557.0610exp 7413/10.015== -⨯--⎰Afx Ar A A dx V T x T x T T联立解方程(1)-(4)便可解出T 0,T f ,T 2,X Af7.9 某合氨厂采用二段间接换热式绝热反应器在常压下进行如下反应:222+→+CO H O CO H热效应△Hr=-41030J/mol,进入预热器的半水煤气与水蒸汽之摩尔比1:1.4,而半水煤气组成(干基)为:组成 CO H 2 CO 2 N 2 CH 4 其他 ∑ mol% 30.4 37.8 9.46 21.3 0.79 0.25 100图7b 为流程示意图,图上给定了部分操作条件,假定各股气体的热容均可按33.51J/molK 计算,试求Ⅱ段绝热床层的进出口温度和一氧化碳转化率,设系统对环境的热损失为零.解:(1)预热器热量衡算:0222300105250300445'+=+⨯''+=+ = p p p f p FC t FC t FC T FC t t C (2)第一段绝热床热量衡算:()()1110010110.304141030155.21 1.433.490.8155.20.8124.1'-==--⨯===+'-= -=⨯= A A r pt t x x x y H C x x t t C λλλ∆∆ (3)由Ⅰ,Ⅱ段绝热床的中间换热器热量衡算得:1121121122300300124.1,300124.1,:124.1300424.1'+=+'-=-'-= -==+= 上面已算出所以,故有p p p p FC FC t FC t FC t t t t t t C t t C(4)列第二段绝热床热量衡算:()()2221222122122,,:445424.1155.2(0.8):0.9347''=+- -=-'-=-=把的值代入上式解得t t x x t t x x t t x x x λλ7.10在氧化铝催化剂上进行乙腈的合成反应:2233292.2/+→+ =-r C H NH CH CN H H kJ mol ∆设原料气的摩尔比为C 2H 2:NH 3:H 2=1:2.2:1,采用三段绝热式反应器,段间间接冷却,使每段出口温度均为550℃,而每段入口温度亦相同,已知反应速率式可近似地表示为:()4221/ 3.0810exp(7960/)=- ⋅ =⨯-A A r k x kmolC H kg h k T式中A x 为乙炔的转化率,液体的平均热容为128/=⋅pC J mol K ,如要求乙炔转化率达到92%,并且日产乙腈20吨,问需催化剂量多少?解:以A 表示乙炔,3020********.09/240.9224410.92⨯⨯===⨯⨯⨯⨯乙腈A F kmol hM在热衡算中忽略反应过程总摩尔数的变化,并把各段的p C 视为相等,对每一段均有:()()()()0000044:92.2/9.2210/19.2210171.51 2.21128=----===-==⨯⨯==++则有t p r A A r A r r A A AAAt ppt pr A AF C T H F x H F H H y F T xxxF C C F C H kJ mol J molT x x ∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆∆依题意,各段进出口温度相等即各段△T 相等,所以各段转化率差△X A 亦相等,因此有:△X A =1/3×0.92=0.3067各段△T 为: △T=171.5△X A =171.5×0.3067=52.59K 因而各段进口温度=823-52.59=770.4KA()0.30670.306710001122.091==-⎰⎰A A Aw F dx dx r k x0.30670.2576(1)=-⎰AA dx k x因此,w 1=22.09×0.2576=5.690 Kg0.61340.306710.4212(1)=-⎰A A dx k x故有:w 2=22.09×0.4212=9.304 Kg0.920.613411.04(1)=-⎰A A dx k xw 3=22.09×1.04=22.96 Kg催化剂总重量=5.69+9.304+22.96=37.95 Kg7.11 例7.3所述的两段绝热式水煤气变换反应器,若第一段出口一氧化碳的转化率为84%,为使该段的催化剂用量最少,则第一段进口气体的温度应为多少?试利用题7.3所给的数据计算并与该题给定的第一段入口温度值相比较.解:用T 0表示第一段入口温度,第一段绝热操作线方程为: T=T 0+155.2X A (1) 例7.3中(G)式:()()()()2*20165421.674111⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥ ⎪ ⎪--⎢⎥⎝⎭=⎢⎥∂--⎢⎥⎢⎥⎣⎦AA A A x R T k p x T ββ例7.3中(B)式:()*42.17210exp 6542//min -=⨯- ⋅⋅k T mol g Pa将(B)式代入(G)式得:()()()()()2420165421.6741(2)2.17210exp 6542/11-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥ ⎪ ⎪--⎢⎥⎝⎭= ⎢⎥∂⨯---⎢⎥⎢⎥⎣⎦AA A A x R T T P x T ββ将(1)式代入(2)式得:()()()()()()224000165421.6741(3)2.17210exp 6542/155.211155.2-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥⎪ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎢⎥∂⎢⎥⎢⎥⎣⎦-=⎡⎤⨯-+--+⎣⎦A A x A A A A R T T x P x T x ββ而P A0=03.1267P t =0.1267×101325=1.284×104Pa 代入(3)式得:()()()()()()()()22440032200165421.674165422.17210 1.2841011155.2exp 155.21.67412.34610(4)654211155.2exp 155.2-⎡⎤⎛⎫∂⎢⎥⎪ ⎪-⎢⎥⎝⎭⎢⎥∂⎢⎥⎢⎥⎣⎦-=⎛⎫-⨯⨯⨯--+ ⎪+⎝⎭-=⨯ ⎛⎫---+ ⎪+⎝⎭A A x A A A A A A R T x T x T x x T x T x ββββ为使第一段催化剂用量最小,需符合(7.30)所表示的最佳化条件:()11,[]0;1,2,(7.30)+⎛⎫∂ ⎪ ⎪⎝⎭==⋅⋅⋅ ∂⎰A i AAx A A A x x R x T dx i N T(4)式代入(7.30)式得:()()()()30.840220065422.34610 1.6741exp 155.2011155.2⎛⎫-⨯- ⎪+⎝⎭=--+⎰A A A A T x dx x T x ββ()()()()()02065421.6741exp 155.2(5)11155.2⎛⎫-- ⎪+⎝⎭ = --+令A A A A T x f x x T x ββ上式变为:()()0.8430.8402.3461000(6)⨯= = ⎰⎰即A A A A f x dx f x dx符合(6)式的T 0即为所求的最佳第一段入口温度.上面有关式子中的β,可用例7.3中(C)式求得:()()()()34444443.99110 1.28310 1.59410 1.283101.283101 5.90910 1.283100.0165exp(4408/)7.3⨯+⨯⨯+⨯=⨯-⨯-⨯= 例中(A)式A AA A x x x x KpKp T β将(1)式代入例7.3(A)式得:Kp=0.0165exp[4408/(T 0+155.2X A )] (7) 将(7)式代入例7.3中(C)式得:()()()()()()()()34444443。
鼓泡反应器中汽泡比表面及气含率装置使用说明书
鼓泡反应器中汽泡比表面及气含率的测定装置使用说明书目录一．实验装置图二．实验设备的特点三．实验设备的主要部件及简介四．操作要点及注意事项华东理工大学化学工程与工艺实验中心一． 实验装置图图2–26 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（在空压机上）；3–流量计；4–调节阀；5–反应器；6–放料口；7–压差计1234567P。
二．实验设备的特点反应器为一有机玻璃塔，塔径为100mm，塔高140mm，塔下方有一气体分布器。
气体分布器是以聚丙烯为材料，在其上均匀打孔，孔径为5mm。
塔的下方有一法兰，用于拆装分布器。
塔的右侧有玻璃测压管，可测出塔不同高度的压差。
空气压缩机为气源，转子流量计调节空气流速。
实验通过调节转子流量计调节气体的流量，测定玻璃压差计的压差，获得在不同气体流速下鼓泡反应器中的气含率。
实验设备紧凑，实验现象直观，用简单的操作，研究复杂的过程。
实验以水为体系，经济又环保。
三．实验设备的主要部件及简介1．仪表屏：钢制，长×宽×高＝1000×600×1800，下方装有四个轮子，可以方便转达方向。
流量计、鼓泡反应器、测压管等均固定在此仪表屏上。
2．空气压缩机：排气量：约0.2m3/min排气压力：1.0Mpa 功率：2kw电压：380V3．流量计：型号：G10－15 流量:0.3～3m3/h,4．鼓泡反应器：有机玻璃制，高约1400mm，内径：100mm 下方接有聚丙烯空气分布器，右侧接有测压管。
5．测压管：玻璃制，一端与鼓泡反应器相连，另一端与大气相通，靠下方有一段U管，阻止气泡进入测压管。
四．操作要点及注意事项一．将清水从鼓泡反应器的上方加入反应器中，至一定刻度；关闭稳压阀，开启空气压缩机。
二．检查U型压力计中液位在一个水平面上，防止有气泡存在；若有气泡，可用洗耳球压去空气。
测定从鼓泡反应器下方法兰至反应器中液面的高度，测定相邻测压管间的垂直距离。
鼓泡反应器中汽泡比表面及气含率的测定实验报告
鼓泡反应器中汽泡比表面及气含率的测定实验报告一、实验目的本实验旨在通过鼓泡反应器中气泡的形态、数量和大小来测定汽泡比表面及气含率。
二、实验原理鼓泡反应器是一种常用于气液反应器中的装置，其主要特点在于具有大量的气泡界面，因此可以有效地提高气液传质效率。
在该装置中，气体通过底部进入，并通过孔板等装置将气体分散成小的气泡。
当液体从顶部注入时，会与底部的气泡相互作用，形成大量的界面。
因此，在鼓泡反应器中测定汽泡比表面及气含率是非常重要的。
三、实验步骤1. 准备工作：清洗鼓泡反应器，并将其放置在水槽中。
2. 测定汽泡比表面：将水注入到鼓泡反应器中，调节流速和压力使得产生均匀大小的气泡，并记录下流速和压力值。
然后使用高速摄像机拍摄产生的气泡图像，并利用图像处理软件对图像进行处理和分析。
3. 测定气含率：将水注入到鼓泡反应器中，调节流速和压力使得产生均匀大小的气泡，并记录下流速和压力值。
然后使用气相色谱仪测定反应器中的气体组成，并计算出气含率。
四、实验结果1. 汽泡比表面：通过高速摄像机拍摄产生的气泡图像，并利用图像处理软件对图像进行处理和分析，得到了汽泡比表面为0.0138 m2/m3。
2. 气含率：通过气相色谱仪测定反应器中的气体组成，得到了氧气含量为0.21%，二氧化碳含量为0%。
五、实验分析1. 汽泡比表面：汽泡比表面是指单位体积液体中汽泡的总表面积。
该值可以直接反映出鼓泡反应器中液相与气相之间的传质效率。
因此，在鼓泡反应器设计和操作过程中，需要考虑如何提高汽泡比表面。
2. 气含率：在鼓泡反应器中，液相与气相之间的传质效率取决于液相和气相之间的物质传递速度。
因此，在设计和操作鼓泡反应器时，需要考虑如何控制气含率，以提高传质效率。
六、实验结论通过本实验的测定，得到了鼓泡反应器中的汽泡比表面和气含率。
这些参数可以用于评估鼓泡反应器的传质效率，并为鼓泡反应器的设计和操作提供参考。
KH-HC14 鼓泡反应器中气泡表面积及气含量测定实验装置
气：空气来自空压机（自带气源）
实验物料：自来水-空气
技术参数
1、环境温度：5℃～40℃，配电：220V，500W。
2、反应器：Φ150×1600mm,透明有机玻璃材质。
3、水泵：流量1m3/h，扬程15m,功率370W。
4、水箱：500×500×400mm，304不锈钢材质。
5、溶气罐：304不锈钢材质，工作压力0.2-0.3 MPa。
6、转子流量计：16-160L/h。
7、空压机：功率750W，排气量36 L/min，工作压力0.7MPa。
8、控制屏和框架均为304不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单，操作方便。
KH-HC14鼓泡反应器中气泡表面积及气含量测定实验装置
技术指标
说明
装置功能
1、掌握静压法测定气含率的原理与方法。
2、掌握气液鼓泡反应器的操作方法。
3、了解气液比表面积的确定方法。
主要配置
有机玻璃反应器、转子流量计、阀门、压差计、空压机、缓冲罐、不锈钢框架、控制屏。
公用设施
水：装置自带水箱，连接自来水。实验时由水箱循环泵送入系统，循环使用。
9、外形尺寸：1200×550×1800mm（长×宽×高），外形为可移动式设计，带3寸双刹车轮。
测控组成
变量
检测机构
显示机构
执行机构
气ห้องสมุดไป่ตู้流量
转子流量计
转子流量计
手动阀控
床层压降
U型压力计
就地显示
无
化学反应工程期末复习资料
复习重点1. 一级连串反应A S K 1K 2P 在全混流釜式反应器中，则目的产物P 的最大浓度 =max ,P C ______、=opt τ______。
（22/1120]1)/[(+K K C A 、211K K ） 2. 一级连串反应AS K 1K 2P 在平推流反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______、=opt t ______。
（)]/([21122k k k k k -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛、1212)/ln(k k k k -） 3. 一级连串反应AS K 1K 2P 在间歇式全混流反应器中，则目的产物P 的最大浓度=max ,P C _______、=opt t ______。
（)]/([21122k k k k k -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛、1212)/ln(k k k k -）4.全混流反应器的空时τ是_______与_______之比。
（反应器的有效容积、进料流体的容积流速）6.全混流反应器的放热速率G Q =______________。
（p r A C v H r V ρ0))((∆--）7.全混流反应器的移热速率r Q =______________。
（)()1(000P m P c v U A T T c v UA T ρρ+-+）9.全混流反应器稳定的定常态操作点的判据为_______、_______。
（r G Q Q =、dT dQ dT dQ G r 〉）18. 对于反应级数n ＜0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。
（全混流）19. 对于反应级数n ＞0的反应，为降低反应器容积，应选用_______反应器为宜。
（平推流）21.对于可逆的放热反应，使反应速率最大的反应温度=opt T _______。
（)()1(ln )(002'001012A A R A A C C E k C E k R E E χχ+---）22. 对于可逆的放热反应，达到化学反应平衡时的温度=e T _______。
鼓泡床实验讲义
实验讲义一、实验目的1.了解鼓泡床内的流体力学特性及系统的传热、传质特性，加强对反应工程中三传一反的理解2.掌握压差法测气含率的原理及方法二、实验原理本反应器采用压差计对气含率进行测定。
压差计主要根据反应器内由于气体不断流出从而导致反应器压差变化的原理来进行测量。
由于反应器中大小气泡上升速度的差异，导致了反应器内压差随时间变化规律的不同。
对于上升速度近似相同的气泡群（例如大气泡群或小气泡群），反应器的压差随时间均匀变化，近似呈直线变化，所以当反应器内气泡分布发生变化时，反应器的压差变化规律也发生了变化。
差压传感器连接方法的不同，所测量的范围不同，可分为双引脚法和单引脚法。
双引脚法测量气含率，是指压差传感器两端均连接在液位以下，测量的是鼓泡时床层两引脚间的气含率。
单引脚法是指，差压传感器的一端连接在被测点（液位以下），另一端和塔顶相连，测量的是被测点和塔底之间的气含率。
两种方法的连接方式如下图所示。
本实验使用的是单引脚法测压差，差压传感器与反应器的连接方法如图2A图1 图22所示，稳定鼓泡时床层高度如图2B 所示，此时令测压点C 以下床层气含率为ε1，C 点以上部分气含率为ε2，另外固液混合物近似看成浆态，其混合密度为 。
根据鼓泡前后液相质量守恒可得：（2-1） 床层静止时CD 差压为P 0：（2-2）稳定鼓泡时差压为P 1：（2-3） 由于ρg <<ρSL ，所以可以忽略：（2-4） 由上式可得：（2-5）此时测量的为测量点C 点以下的平均气含率。
三、装置介绍如附图A 所示。
本鼓泡塔反应器为一不锈钢圆柱体，全塔总高1900mm ， 由两个部分组成，下端为鼓泡反应段，内径是98mm ，上端为沉降段，属冷凝结构，此部分塔径略大于下端，壳层走冷却水，起沉降气体中夹带的液滴的作用。
这两部分之间用法兰连接。
反应器的温度由导热油加热套加热并由温度控制调节仪进行温度控制，系统压力采用压力调节器进行控制并调节。
化学实验中的装置解读2-2024-2025学年浙教版九年级上册科学
化学实验中的各类装置题型全解目录专题1：成套化学实验装置分析专题2：实验装置中的内外气压差问题专题1：成套化学实验装置分析【名师导语】在进行样品纯度测定、样品元素含量分析、气体制备收集等化学实验时，经常要搭建成套的实验装置。
由于成套的实验装置较为复杂，因此在分析时建议采用“化整为零”的方法，将整套装置大致划分成三个部分：第一部分是原料制备装置，主要是制备反应所需要的原料或除去反应原料中的杂质；第二部分是反应发生装置，是主体化学反应进行的场所；第三部分是除杂收集装置，主要是除去生成物中的杂质，并收集、测定实验所需要的物质。
若实验中产生污染环境的气体，并排入空气中，则还需设置尾气处理装置。
在具体解题时，应结合各部分装置的用途和结构特点进行分析。
【例题详解】例．工业烧碱具有较好的杀菌消毒作用且廉价易得，但工业烧碱中常含有杂质碳酸钠。
某科学学习小组同学围绕工业烧碱样品纯度测定问题，展开了讨论与探究。
【原理思路】利用Na2CO3与稀H2SO4反应产生CO2，通过CO2质量的测定，确定样品中碳酸钠的质量，从而计算样品纯度。
【实验方案】小科同学根据以上思路，设计了如图的实验方案(固定装置省略)。
装置中，仪器A的名称。
【交流讨论】小明认为该实验方案的设计有缺陷，若按该方案进行测定会导致难以避免的误差。
你认为下列会导致难以避免的误差的是(填序号)。
①加入的稀硫酸量不足②装置内空气中的CO2没有排出③反应产生的CO2未被完全吸收④干燥管与空气直接相通【方案改进】为减少误差，使CO2质量的测定更准确，该小组同学根据以上讨论，对该方案进行改进，设计了如下图的实验方案(固定装置省略)。
B装置中样品在与稀硫酸反应前和停止反应后，都要通过量的空气，反应前通空气时a、b、c三个弹簧夹的控制方法是。
【数据分析】若撤去图中的C装置，则测得工业烧碱的纯度将(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。
【拓展提高】已知Na2CO3溶液与稀硫酸反应先生成NaHCO3，当Na2CO3全部转化为NaHCO3后，生成的NaHCO3能继续与稀硫酸反应生成CO2。
浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置[实用新型专利]
![浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/cccadc1ee3bd960590c69ec3d5bbfd0a7956d50b.png)
(10)授权公告号 (45)授权公告日 2013.07.17C N 203069139 U (21)申请号 201220701286.2(22)申请日 2012.12.18G01B 11/00(2006.01)G01P 5/26(2006.01)B07B 7/00(2006.01)(73)专利权人中国矿业大学地址221116 江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科技处(72)发明人贺靖峰 赵跃民 何亚群 段晨龙骆振福(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所 32237代理人程化铭(54)实用新型名称浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置(57)摘要一种浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，包括气固流化床、布风气室、气流分布板、高速动态摄像机、数据信号显示器、数据采集输出及存储装置；将高密度磁铁矿粉加重质静置于气固流化床体中，压缩空气经布风，流化床内产生均匀稳定的气泡流，调节置于流化床前部的高速动态摄像机，穿过某一床层平面的气泡运动图像，图像信息即时显示在数据信号显示器上，并连续传递至数据采集输出及存储装置，精确计算处理后可获得气泡尺寸与运动速度的有效数据。
该测量装置及方法结构简单、操作方便、易控制、测量精度高、可靠性好，能实现稳态气固多相流中单个气泡准确测量和精确预测，应用范围广。
(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 203069139 U*CN203069139U*1/1页1.一种浓相气固流化床中气泡尺寸与运动速度的测量装置，其特征在于：测量装置主要由气固流化床7、布风气室5、气流分布板6、高速动态摄像机9、数据信号显示器10、数据采集输出及存储装置11构成，在气固流化床的下部设置布风气室和气流分布板，气固流化床的底部与转子流量计、风压控制装置、风包和风机顺序连接，在气固流化床的侧面连接有动态压差测量装置；气固流化床内放置磁铁矿粉为主的分选介质，流化床正面位置安装高速动态摄像机，摄像机的镜头可自动调节拍摄范围来获取不同高度床层平面的气泡运动状态；高速动态摄像机与数据信号显示器、数据采集输出及存储装置顺序连接。
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气：空气来自空压机（自带气源）
实验物料：自来水-空气
技术参数
1、环境温度：5℃～40℃，配电：220V，500W。
2、反应器：Φ150×1600mm,透明有机玻璃材质。
3、水泵：流量1m3/h，扬程15m,功率370W。
9、外形尺寸：1200×550×1800mm（长×宽×高），外形为可移动式设计，带3寸双刹车轮。
测控组成
变量
检测机构
显示机构
执行机构
气体流量
转子流量计
转子流量计
手动阀控
床层压降
U型压力计
就地显示
无
KH-HC14鼓泡反应器中气泡表面积及气含量测定实验装置
技术指标
说明
装置功能
1、掌握静压法测定气含率的原理与方法。
2、掌握气液鼓泡反应器的操作方法。
3、了解气液比表面积的确定方法。
主要配置
有机玻璃反应器、转子流量计、阀门、压差计、空压机、缓冲罐、不锈钢框架、控制屏。
公用设施
水：装置自带水箱，连接自来水。实验时由水箱循环泵送入系统，循环使用。
4、水箱：500×500×400mm，304不锈钢材质。
5、溶气罐：304不锈钢材质，工作压力0.2-0.3 MPa。
6、转子流量计：16-160L/h。
7、空压机：功率750W，排气量36 L/min，工作压力0.7MPa。
8、控制屏和框架均为304不锈钢，结构紧凑，外形美观，流程简单，操作方便。