图 12 聚并体系气速 8L/min 拟合曲线 聚并体系体积传质系数为： K La 0.0183s 1
ln(Cs-C) /通用格式 /通用格式
/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 t/s
图 13 非聚并体系气速 8L/min 数据散点
6. 教师审阅意见：
第二部分：实验报告
二、实验记录
实验现象： 在聚并体系中，气泡较大，溶液澄清；非聚并体系中，气泡较小，溶液呈乳状。 整理后的数据如下： 表 2 不同气流量下的两体系溶氧量的变化
4
实验 7 气升式环流生物反应器实验
流量
液速
2L/min
0.31m/s
5 L/min
0.29m/s
8 L/min
图 7 聚并体系气速 5L/min 数据散点
8
实验 7 气升式环流生物反应器实验
ln(Cs-C) 1.00 y = -/通用格式x + /通用格式 R² = /通用格式
0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50 5 25 45 65 85 105 125 145 t/s
图 8 聚并体系气速 5L/min 拟合曲线 聚并体系的体积传质系数为： K La 0.0147s 1
ln(Cs-C) /通用格式 /通用格式 /通用格式
/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 t/s
图 5 非聚并体系气速 2L/min 数据散点
7
实验 7 /通用格式 /通用格式 y = -/通用格式x + /通用格式 R² = /通用格式
图 2 气升式环流反应器流程图 4. 实验步骤 通过冷模实验研究环流反应器的流体力学性质。具体步骤如下： 1）溶解氧体积传质系数的测定 向塔内注入一定量的水，等待塔内溶氧平衡； 打开通气装置，通入一定流量的空气，记录不同时刻溶氧量的数值； 关闭气体，等待塔内溶氧恢复到通气前的状态； 改变进塔气体流量，重复记录溶氧变化曲线；
ln(Cs-C) 1.00 y = -/通用格式x + /通用格式 R² = /通用格式
0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50 0 20 40 60 80 100 120 140 t/s
图 4 聚并体系气速 2L/min 拟合曲线 聚并体系体积传质系数为： K La 0.0137s 1
2
实验 7 气升式环流生物反应器实验
关闭气体； 计算溶解氧体积传质系数 K La ； 改变实验体系（加入 0.1％（质量分数）乙醇） ，重复以上实验。 体积传质系数可根据以下公式计算：
dC K La (Cs CL ) dt
2）环流液速的测定 在脉冲注入口注入一定量电解质溶液作示踪剂， 同时通过下流方向一定距离处的电导电 极接受点导信号变化，根据液体流过一定距离所需时间，得到液体循环流速。该过程由计算 机自动完成，但在本实验中由人工手动记录时间。 5. 原始记录表 温度： 压力： 湿度： 表 1 原始数据记录表格
非聚并体系 5.36 5.95 6.26 6.43 6.53 6.64 6.71 6.74 6.80 6.84 6.89 6.92 6.97 7.00 7.02 7.00 6.98
聚并体系 5.20 5.53 5.71 5.87 6.04 6.16 6.28 6.40 6.48 6.56 6.63 6.70 6.76 6.79 6.85 6.88 6.92 6.95 6.97 6.98 7.01 7.03 7.04 7.06
/通用格式
/通用格式
/通用格式
/通用格式
/通用格式
t/s /通用格式
图 10 非聚并体系气速 5L/min 拟合曲线 非聚并体系的体积传质系数为： K La 0.0211s 1 3. 气流量为 8L/min 的数据处理
ln(Cs-C) /通用格式 /通用格式
/通用格式
/通用格式
/通用格式
/通用格式
11
实验 7 气升式环流生物反应器实验
ln(Cs-C) /通用格式 /通用格式 /通用格式 y = -/通用格式x + /通用格式 R² = /通用格式
/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式 t/s
图 14 非聚并体系气速 8L/min 拟合曲线 非聚并体系的体积传质系数为： K La 0.0311s 1 4. 实验结果及讨论： 实验结果总结如下表： 表 3 不同气体流量下的体积传质系数 气流量 L/min 2 5 8 环流液速 m/s 0.31 0.29 0.37 聚并体系 s-1 0.0137 0.0147 0.0183 非聚并体系 s-1 0.0233 0.0275 0.0311
实验 7 气升式环流生物反应器实验
化工专业实验报告
第一部分：实验预习
实验名称 一、实验预习
1. 实验目的 1.1 环境化工的基本点：在消除环境污染的同时使现有资源得以再生和利用； 1.2 化工集成技术基本点：几种技术进行有效交叉和组合，可以达到取长补短、强化过程 效率、节省能耗的目的； 1.3 学习和掌握气升式环流反应器的基本原理，了解主要设备构成、环流液速测定方法和 实验系统的操作与控制原理； 1.4 学习实验数据的计算机采集与控制系统的构成原理及具体实施方法。 2. 实验原理 气升式环流反应器是在传统的鼓炮塔基础上发展起来的一种新型反应器。 按结构可以分 为内环流和外环流反应器两种形式（见图 1） ，实验中采用的是内环流气升式中心进气的反 应器，反应器内无机械搅拌装置，是在传统的鼓泡塔中加入导流筒或外接环流管。当气体通 过气体分布器进入中心导流筒后， 造成管内流体密度比管外低， 在静压差和进入气体的动量
0.38m/s
时间/s 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230
聚并体系 5.12 5.26 5.46 5.66 5.79 5.91 6.02 6.12 6.22 6.33 6.40 6.48 6.54 6.59 6.67 6.71 6.77 6.78 6.83 6.85 6.87 6.87 6.89
非聚并体系 5.67 6.1 6.41 6.64 6.78 6.9 6.98 7.01 7.07 7.08 7.11 7.14 7.15 7.18 7.16 7.17 7.2 7.22 7.21 7.19 7.22 5.67 6.1
三、实验结果及讨论 根据式：
5
实验 7 气升式环流生物反应器实验
dC K La (Cs CL ) dt
非聚并体系 5.01 5.69 6.08 6.36 6.57 6.73 6.83 6.9 6.98 7.02 7.02 7.05 7.06 7.11 7.13 7.15 7.14 7.16 7.16 7.15 7.18 7.2 7.16
聚并体系 5.42 5.67 5.89 6.07 6.22 6.35 6.46 6.54 6.62 6.70 6.77 6.82 6.87 6.90 6.92 6.95 6.97 6.99 7.00 7.02 7.03 7.04 7.05 7.06
12
实验 7 气升式环流生物反应器实验
聚并体系。 在实验中，也会产生较大的误差，现在分析如下： 1.气流量不稳定。在测量时，可以发现压缩机先将空气打入一个缓冲罐中，然后再逐渐 向环流式反应器中注入，这样就会引起气流量的不稳定，在低气速时的测量中，这一点尤为 明显。但是在高气流量如 8L/min 时，虽然压缩机一直在稳定工作，但是通过观察，同样不 能维持气速的稳定，建议设计气流量的自动调节系统，使气流量稳定。因此，在数据的测量 过程中，可以发现后半段数据稳定性差，拟合曲线时一般也都舍去。 2.环流液速测量不准确。在测量时，由于时间由人工测定，系统响应所需的时间与测量 时间在一个量级（1s 左右） ，导致测量误差极大，同时也导致了环流液速测量的不准确。如 表 3 所示，随着气体流量的增加，环流液速理应增加，但是第二组数据的环流液速小于第一 组数据的液速。 5. 思考题：
从上表可以看出如下两点规律： 1.同一气体流量下，非聚并体系的体积传质系数大于聚并体系的传质系数。原因是在非 聚并体系中，气体不易聚并成大气泡，气泡直径小，比表面积大，气液两相接触的面积也就 很大，传质的效果就好，传质系数就会增大。 2.在同一体系中，体积传质系数随着气体流量的增加增大。原因是气体流量，即气速的 增加导致湍动的加剧，气液两相间的传质就会加快，体积传质系数就会增大。 3.在实验前，观察了溶氧 24h 以上的平衡值，其中聚并体系的溶氧量大于非聚并体系， 而实际实验中非聚并体系的传质系数大于聚并体系。 原因就是动力学上， 非聚并体系的传质 系数大，但是热力学上，两者由于溶剂不同，平衡不同，聚并体系平衡时的溶氧量要高于非
/通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式 /通用格式t/s
图 6 非聚并体系气速 2L/min 拟合曲线 非聚并体系体积传质系数为： K La 0.0233s 1 2. 气流量为 5L/min 的数据处理
ln(Cs-C) 1.00 0.50 0.00 -0.50 -1.00 -1.50 -2.00 -2.50 -3.00 -3.50 -4.00 -4.50 5 55 105 155 205 255 t/s
/通用格式
/通用格式 t/s
图 11 聚并体系气速 8L/min 数据散点
10
实验 7 气升式环流生物反应器实验
ln(Cs-C) /通用格式 /通用格式 /通用格式 y = -/通用格式x + /通用格式 R² = /通用格式