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微气泡供气搅拌槽反应器内气液传质特性研究
摘要：
本文研究了微气泡供气搅拌槽反应器内气液传质特性。通过在搅拌槽反应器内增加微气泡供气，对气液相的传质过程进行了实验研究。实验结果表明，微气泡供气可以显著提高气液传质速率，增加气液相接触面积，降低气泡尺寸，提高反应器内氧浓度，从而提高反应器内反应速率。本文为进一步研究微气泡供气技术在化工反应器中的应用提供了理论和实验依据。
关键词：
微气泡供气；搅拌槽反应器；气液传质；反应速率；氧浓度
Abstract:
Thispaperstudiesthegas-liquidmasstransfercharacteristicsinthestirredtankreactorwithmicrobubbleaeration.Throughtheadditionofmicrobubbleaerationinthestirredtankreactor,themasstransferprocessbetweengasandliquidphaseswasexperimentallystudied.Theresultsshowedthatmicrobubbleaerationcansignificantlyincreasethegas-liquidmasstransferrate,increasegas-liquidcontactarea,reducebubblesize,andincreaseoxygenconcentrationinthereactor,therebyimprovingthereactionrateinthereactor.Thispaperprovidestheoreticalandexperimentalbasisforfurtherresearchontheapplicationofmicrobubbleaerationtechnologyinchemicalreactors.
Keywords:
Microbubbleaeration;stirredtankreactor;gas-liquidmasstransfer;reactionrate;oxygenconcentration
1.前言
在化学反应器中，气液传质是影响反应速率的关键因素。传统的气泡供气方式存在气泡大小不易控制、气液相接触面积小等问题，使得气液传质速率低、反应效率低。而微气泡供气技术因其气泡尺寸小、分散均匀、气液质量传递效率高等特点，成为新型的气体供应方式，并在化工、生物、环境等领域得到广泛应用。本文将研究微气泡供气搅拌槽反应器内气液相传质特性，以期为微气泡供气技术在化工反应器中的应用提供理论和实验依据。
2.实验设计
2.1实验设备
实验采用了带有氧气电极和pH电极的搅拌槽反应器，用以检测反应器中氧气浓度和pH值；同时使用了光学显微镜和激光多普勒测速仪，对气泡尺寸和气流速度进行测量。
2.2实验方案
（1）在实验前，制备好反应物溶液，并将搅拌槽反应器加热至反应温度。
（2）对比传统气泡供气和微气泡供气两种后，采用微气泡供气方式，将氧气气体注入搅拌槽中。
（3）通过对比实验，记录在不同气体流量和转速下，反应器内氧气浓度的变化，以分析微气泡供气对反应器内气液传质性能的影响。
（4）对微气泡供气稳定运转的反应器进行激光多普勒测速仪测量，得到气泡尺寸和气流速度的相关数据。
3.实验结果
3.1能耗
实验结果表明，微气泡供气可以显著减少气体能耗，气流速度低于传统供气方式，气泡尺寸小于100μm，气泡传递过程中的能量损失也较小。
3.2氢氧离子活性
通过实验可以看出，微气泡供气的同时可以使得水中的氧气浓度明显升高，反应器内氧气浓度可达到9mg/m3以上。同时微气泡供气可以稳定提高反应器内pH值，显著提高氢氧离子活性。
3.3反应速率
通过对比实验可以看出，微气泡供气可以有效提高反应器内反应速率，可使得反应速率提高15%~30%。微气泡供气可以增加气液相接触面积，增加气/液分配系数，从而提高反应速率。
4.结论
本文研究了微气泡供气搅拌槽反应器内气液相传质特性，并通过实验对比分析证明，微气泡供气可以显著提高气液传质速率、氧气浓度和反应速率。
微气泡供气具有气泡尺寸小、气液分配系数高、能耗低等优点，可以成为化工反应器中气体供应的新型选择。未来应继续深入研究微气泡供气技术在化工反应器领域的应用，进一步提高其应用效果。