CN114950284B - 一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，搭建好气液鼓泡流化床，进行气泡流动特性测量，构建出气泡平均直径求解模型，通过气泡平均直径的经验关联模型计算出气泡平均直径满足预设范围的各射流孔气体射流速度值；气液鼓泡流化床实际作业时，在满足预设范围的各射流孔气体射流速度值中确定不存在气泡直径不小于1.0mm且频率分布最优的气体射流速度。本发明首次提出气体向下射流且射流速度在4.0‑8.0m/s范围内时气泡平均直径的经验关联模型，为直管气流分布器气液鼓泡床反应器的商业规模放大和优化提供理论模型，以此节约高性能反应器商用时参数优选试验时间，大大提升商用反应器性能。

Description

一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法
技术领域
本发明属于气液多相湍流流动反应器技术领域，具体涉及一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法。
背景技术
气液鼓泡流化床反应器因其机械结构简单、无明显的运动构件、较低成本的运行和操作费用、较大的气液相间接触面积及较强的传热和传质能力，广泛应用在石油化工催化领域、生物制药工程、低碳清洁燃烧和可持续能源领域。气液鼓泡床内气泡湍流流动特性，如气泡平均尺寸分布、上升运动速度及聚并、碰撞和破碎行为对床内气液流动的流动形态、气含率分布等气液流体动力学特性影响较大，进而提高或降低传递行为及产品转换率和获取收率。三种气液湍流流动为气液鼓泡流化床主要流型，即离散均匀气泡流动、混乱过渡流动和聚并-破碎非均匀湍流流动。气液鼓泡流化床优化设计的目的是获取或者实现多区域的小尺寸离散均匀气泡流动，气泡此刻呈现没有相助作用的离散气泡运动状态，气泡尺寸分布均匀，易于实现气液流型的控制。高表观气速是诱发气泡之间聚并、碰撞和破碎的主要因素。在气泡非均匀湍流流动中，气泡与气泡之间存在强烈的碰撞和破碎导致气泡尺寸分布变为统计双峰值或者多峰值分布特性，气泡均匀分布状态已经被打破，对于气液湍流控制非常困难。就操作工况而言，确保气泡尺寸均匀分布并保证气泡直径不小于1.0mm，也就是没有微小尺寸气泡的存在，从而避免较高的气泡破碎的能量耗散是最为理想的。当气泡聚并和破碎发生时微小气泡的存在是无法避免的。追求高效率传质能力必须要求气泡为小尺寸均匀分布，以通过增加总气泡表面积而提高传质系数。
尽管鼓泡反应器在运行时表观气速值并不大，但对于直管气流分布器射流气体经过直径非常小的射流口之后，气泡入口射流速度值较高。这样，气泡聚并和破碎的发生概率依旧很高。如果沿着全部流化床高度范围内，假定均匀气泡尺寸而忽略聚并和破碎情况，会产生较大误差。可以解释为液体工质的粘性和表面张力物性等沿床高是发生变化的，而这些参数直接影响气泡尺寸分布。射流气体进入反应器入口，可因入口具有不同气泡初始尺寸产生而诱发不同气泡-液体的表观密度，从而影响传热传质的性能。发生在直管气流分布器表面气泡的初始尺寸受到分布器几何设计参数、入口射流速度和液体物性等因素影响。随着向气液表面的流动，气泡在脱离气流分布器表面后在逐渐向上至气液表面运动过程中，张力力平衡态被打破，伴随着越来越多的气泡的参与，加剧气泡聚并和破碎发生概率。准确预报反应器内气泡尺寸的变化趋势，必须掌握气泡在脱离气流分布器表面或者附近区域的初始尺寸分布。
虽然已经开展大量气泡湍流流动实验和数值模拟研究，但因实验装置和制备、运行和操作条件以及实验测试手段的差异，导致结果存在较大不确定性，无法得到统一的理论指导规律和实验经验关联。此外，因缺少对极其复杂的气液两相湍流流动本质的认知，如气泡和液体相间相互作用、气液两相湍流流态的转变、气泡运动碰撞、聚并和破碎及气泡各向异性弥散特性等，研究结果大多基于经验和半经验特性，缺乏理论和实验基础数据规律的引导。
当前研究均认为沿着射流孔的入口射流速度是均匀一致的，但实际上其为非均匀分布。其取决于直管气流分布器的设计参数，如气体压力、运动动能和摩擦力等，这些均会沿着管路损失。均匀射流气体进入反应器液相会提高气液交互界面的传质系数，及弱化液体返混和避免射流死区概率。研究表明在气流分布器表面和附近区域的气泡脱离过程、聚并和破碎事件，极大程度受到射流孔直径、孔间距以及射流入口速度的影响，从而改变流动形态和传热传质能力。
迄今为止，研究均集中于远离气流分布器表面气泡运动速度和尺寸分布。缺乏以下研究：(1)射流孔入口射流方向对于气泡在分布器表面的脱离、气泡聚并和破碎及尺寸分布研究；(2)在不同射流方向条件下，耦合不同性能液态工质、射流入口速度对气泡运动特性的影响。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法。
本发明包括以下步骤：
步骤一、搭建气液鼓泡流化床：
气液鼓泡流化床包括矩形鼓泡床反应器和直管气流分布器；将直管气流分布器固定在矩形鼓泡床反应器底部位置；压缩空气源经质量流量控制仪连接直管气流分布器；直管气流分布器开设有沿直管气流分布器周向等距排布成小于或等于半圈的n个射流孔组，每个射流孔组由沿直管气流分布器轴向等距排布的m个射流孔组成，n≥3，m≥8；当n个射流孔组排布成半圈时，将直管气流分布器上最外侧两个射流孔组的射流孔设置为水平放置，其余射流孔设置为倾斜朝下放置；当n个射流孔组排布成小于半圈时，所有射流孔设置为倾斜朝下放置；非接触式高速摄像机和照明灯置于矩形鼓泡床反应器两侧。
步骤二、气泡流动特性测量：
在矩形鼓泡床反应器内装入液相工质，通过质量流量控制仪在4.0～8.0m/s范围内按步长s依次设置射流孔的气体射流速度，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机拍摄采样10～15秒，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的气泡平均直径和频率分布。
步骤三、构建气泡平均直径db求解模型：
射流孔倾斜朝下，且气体射流速度ujet在4.0m/s～8.0m/s范围内时，建立气泡平均直径db的经验关联模型如下：
Figure BDA0003651266650000031
Reb＝4ρgQg/πdjetμg (2)
Figure BDA0003651266650000032
Figure BDA0003651266650000033
其中，Reb为气泡雷诺数，Frb为中间变量，djet为气体射流孔直径，射流孔总数量N＝n×m，ρg为气体密度，Qg为气体体积流量，μg为气体动力粘度，g为重力加速度，Ajet为射流孔截面积；液相工质采用水与聚醚混合液时，k的取值范围为0.96～1.05，液相工质采用水时，k的取值范围为1.35～1.39。
步骤四、根据液相工质为水或水与聚醚混合液在k的对应取值范围内选取一个具体值，并根据射流孔总数量N，通过气泡平均直径db的经验关联模型计算出4.0～8.0m/s范围内按步长s依次变化的各射流孔气体射流速度值所对应的气泡平均直径；然后，选取气泡平均直径满足预设范围的各射流孔气体射流速度值。
步骤五、气液鼓泡流化床实际作业时，通过质量流量控制仪将射流孔的气体射流速度依次设置为步骤四中满足预设范围的各射流孔气体射流速度值，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机拍摄采样10～15秒，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的频率分布，从而确定不存在气泡直径不小于1.0mm且气泡尺寸分布最均匀的气体射流速度。
优选地，所述的矩形鼓泡床反应器采用PVC材料，直管气流分布器采用不锈钢材料。
优选地，n＝5，m＝18。
优选地，所述射流孔的直径为1.4mm，射流孔组中相邻射流孔的间距为4.0mm。
优选地，所述的非接触式高速摄像机设置在距离直管气流分布器上方40.0cm处。
优选地，所述的液相工质采用水或水与聚醚混合液。
更优选地，所述的液相工质采用水与聚醚混合液，且水与聚醚的质量比在0.046～0.057:1范围内。
优选地，s＝0.5m/s。
优选地，步骤二和步骤五均在温度为15～20℃以及标准大气压下进行。
本发明具有的有益效果：
本发明利用非接触测量的高速摄像机，测量气泡尺寸和运动速度分布，同时比较和分析液相工质为水或水与聚醚混合液对气泡流动特性的影响，尤其对于气泡尺寸分布及均匀和非均匀湍流流动的影响，探究射流方向对气泡湍流运动机理和优化控制机制，获得直管气流分布器设计参数与气流入口射流速方向对气泡均匀和非均匀流动的优化策略，为追求高性能商用反应器放大提供基础数据和规律，并加深了对于沿流化床床高气泡湍流流动和气液相间相互作用机理的认知，并在此基础上，首次提出气体向下射流且射流速度在4.0-8.0m/s范围内时气泡平均直径的经验关联模型，为直管气流分布器气液鼓泡床反应器的商业规模放大和优化提供理论模型，以此节约高性能反应器商用时参数优选试验时间，大大提升商用反应器性能。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明搭建的气液鼓泡流化床示意图；
图3是本发明中直管气流分布器的结构示意图；
图4是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水或水与聚醚混合液液相工质条件下气泡流动形态拍照结果对比图。
图5是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水液相工质条件下气泡脱离直管气流分布器表面及成长过程示意图。
图6是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s或8.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水液相工质条件下气泡平均直径分布对比图。
图7是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s或8.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水与聚醚混合液液相工质条件下气泡平均直径分布对比图。
图8是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s或8.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水液相工质条件下气泡直径的频率分布对比图。
图9是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s或8.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水与聚醚混合液液相工质条件下气泡直径的频率分布对比图。
图10是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度4.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水液相工质条件下各气泡分布频率与直径关联图。
图11是直管气流分布器上方40.0cm处、有90个射流孔且射流速度8.0m/s时，射流方向分别为向上和向下在水液相工质条件下各气泡分布频率与直径关联图。
图12是直管气流分布器上方40.0cm处时，射流方向向下在水与聚醚混合液液相工质条件下气泡平均直径根据经验关联模型在气体射流速度4.0～8.0m/s范围内按0.5m/s步长取值的各个计算结果与实验结果对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示，一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，具体包括以下步骤：
步骤一、搭建气液鼓泡流化床：
如图2所示，气液鼓泡流化床包括矩形鼓泡床反应器4和直管气流分布器5；将直管气流分布器5固定在矩形鼓泡床反应器4底部位置；压缩空气源1经质量流量控制仪2连接直管气流分布器5；直管气流分布器5开设有沿直管气流分布器5周向等距排布成小于或等于半圈(虽然造成水平方向的射流孔，但只有最外侧两个射流孔组，影响不大，但给加工带来了便利)的n个射流孔组，每个射流孔组由沿直管气流分布器5轴向等距排布的m个射流孔组成；当n个射流孔组排布成半圈时，将直管气流分布器5上最外侧两个射流孔组的射流孔设置为水平放置，其余射流孔设置为倾斜朝下放置；当n个射流孔组排布成小于半圈时，所有射流孔设置为倾斜朝下放置；非接触式高速摄像机6(连接图像采集与分析系统7)和照明灯3置于矩形鼓泡床反应器4两侧。作为优选，矩形鼓泡床反应器4由PVC材料(聚氯乙烯)制造，直管气流分布器5由不锈钢材料制造；作为优选，n＝5，m＝18；优选地，如图3所示，射流孔的直径为1.4mm，射流孔组中相邻射流孔的间距为4.0mm。作为优选，非接触式高速摄像机6设置在距离直管气流分布器5上方40.0cm处，该位置作为测量位置。其中，经过理论分析，倾斜朝下射流孔发生的气泡初始阶段，在直管气流分布器表面的遮挡和阻碍下，气泡将附着在直管气流分布器表面，在较大压力差和湍流扩散效应的驱动下，气泡才向上运动并逐渐脱离直管气流分布器下表面和侧面，此时，几乎全部气泡均垂直向上向气液相工质表面运动，而出现与矩形鼓泡床反应器侧壁碰撞的概率极低；若射流孔倾斜朝上，则会因为斜射流气泡没有受到直管气流分布器阻挡，与矩形鼓泡床反应器侧壁发生碰撞的概率加大，因此，射流孔倾斜朝下必然优于射流孔倾斜朝上，本发明分析时只考虑射流孔倾斜朝下的情况，而射流孔倾斜朝上的情况在后续作为对比试验进行对比分析。
步骤二、气泡流动特性(气泡平均直径和频率分布)测量：
在矩形鼓泡床反应器4内装入液相工质，通过质量流量控制仪2在4.0～8.0m/s范围(已通过实验测试超过该范围的气泡流动特性较差)内按步长0.5m/s依次设置射流孔的气体射流速度(质量流量可以根据气体密度转化为气体体积流量，气体体积流量根据射流孔截面积又可以转化为气体射流速度，因此，建立好质量流量与气体射流速度的对应关系，即可通过质量流量控制仪2设置气体射流速度)，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机6拍摄采样10～15秒(优选10秒)，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的气泡平均直径和频率分布。作为优选，液相工质采用水或水与聚醚混合液；更优选地，液相工质采用水与聚醚混合液，且水与聚醚的质量比在0.046～0.057:1范围内较优。
离散小尺寸圆形气泡为最佳气泡流动形态，是决定气泡总体表面积以及与气液相间能量传递能力的关键参数。非规则形状气泡、因气泡聚并而诱发的大尺寸气泡及气泡破碎诱发微小尺寸气泡都是导致均匀流动转变成非均匀流动的重要因素。观察和分析气泡运动演化规律和几何形貌的变化，是判断流动形态的一个重要研究手段。
步骤三、构建气泡平均直径db求解模型：
射流孔倾斜朝下，且气体射流速度ujet在4.0m/s～8.0m/s范围内时，采用多元非线性回归方法建立气泡平均直径db(单位m)的经验关联模型如下：
Figure BDA0003651266650000061
Reb＝4ρgQg/πdjetμg (2)
Figure BDA0003651266650000071
Figure BDA0003651266650000072
其中，Reb为气泡雷诺数，Frb为中间变量，djet为气体射流孔直径(单位m)，射流孔总数量N＝n×m，ρg为气体密度(单位kg/m3)，Qg为气体体积流量(单位m3/s)，μg为气体动力粘度(kg/m.s)，g为重力加速度(单位m/s2)，Ajet为射流孔截面积；液相工质采用水与聚醚混合液时，k的取值范围为0.96～1.05，液相工质采用水时，k的取值范围为1.35～1.39。
步骤四、根据液相工质为水或水与聚醚混合液在k的对应取值范围内选取一个具体值，并根据射流孔总数量N，通过气泡平均直径db的经验关联模型计算出4.0～8.0m/s范围内按步长0.5m/s依次变化的各射流孔气体射流速度值所对应的气泡平均直径；然后，选取气泡平均直径满足预设范围的各射流孔气体射流速度值。
步骤五、气液鼓泡流化床实际作业时，通过质量流量控制仪2将射流孔的气体射流速度依次设置为步骤四中满足预设范围的各射流孔气体射流速度值，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机6拍摄采样10～15秒(优选10秒)，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的频率分布，从而确定不存在气泡直径不小于1.0mm且频率分布最优(气泡尺寸分布最均匀)的气体射流速度。
可见，通过本发明气泡平均直径经验关联模型的建立，在气液鼓泡流化床实际作业时，能根据气泡平均直径经验关联模型计算结果预先选择满足预设范围的射流孔气体射流速度值，然后在数量较少的各射流孔气体射流速度值中经过少量试验即可确定不存在气泡直径不小于1.0mm且频率分布最优的气体射流速度，大大减少了试验次数，节约了时间成本。
如图12所示，n＝5个射流孔组排布成半圈，每个射流孔组由沿直管气流分布器5轴向等距排布的m＝18个射流孔组成，射流孔的直径为1.4mm，射流孔组中相邻射流孔的间距为4.0mm，将直管气流分布器5上最外侧两个射流孔组的射流孔设置为水平放置，其余射流孔设置为倾斜朝下，非接触式高速摄像机6设置在距离直管气流分布器5上方40.0cm处，将本发明气泡平均直径经验关联模型在气体射流速度4.0～8.0m/s范围内按0.5m/s步长取值的各个计算结果与实验结果对比，可见，吻合良好，相对误差小于<10％。
作为对比，以n＝5个射流孔组排布成半圈，每个射流孔组由沿直管气流分布器5轴向等距排布的m＝18个射流孔组成，射流孔的直径为1.4mm，射流孔组中相邻射流孔的间距为4.0mm，将直管气流分布器5上最外侧两个射流孔组的射流孔设置为水平放置，其余射流孔设置为倾斜朝上放置，非接触式高速摄像机6设置在距离直管气流分布器5上方40.0cm处，重复步骤二，得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的气泡平均直径和频率分布。
如图4中(a)和(b)所示，气体射流速度为4m/s，液相工质为水或水与聚醚混合液时，由射流孔倾斜朝上与倾斜朝下的同一时刻拍摄图片对比可见，射流孔倾斜朝上具有较高的气体射流速度容易将气泡聚集在一起，形成聚并和破碎事件，并同时产生较大和微小尺寸气泡，气液相间作用较弱；射流孔倾斜朝下时，气泡的小尺寸和均匀分布特性明显优于射流孔倾斜朝上状态；另外，液相工质为水与聚醚混合液时，气泡的尺寸和球形形状的保持特性明显优于液相工质为水的情况，此时形成了大量分布均匀的小尺寸气泡，气泡的聚并和破碎几乎观测不到。由此可见，表面张力的降低，是提高和优化小尺寸均匀分布气泡的重要因素。而且，当射流孔倾斜朝下时，气泡呈现比较完美球状并且容易保持住，没有聚并和破碎事件发生；射流孔倾斜朝上时，气泡形状类似于球状，不易保持住和有少量的气泡聚并和破碎。而当气体射流速度在4m/s基础上不断增加时，向下射流的气泡呈现出均匀的椭圆形尺寸，伴有较低频率的气泡聚并和破碎；向上射流时气泡呈现出类似于椭圆形状气泡，出现了较高频率的聚并和破碎事件。
如图5中(a)和(b)所示，气体射流速度为4m/s，液相工质为水时，由射流孔倾斜朝上与倾斜朝下的同一时刻拍摄图片对比可见，在直管气流分布器5附近，射流孔倾斜朝下，容易产生均匀尺度和规则形状的气泡，除第一个射流孔产生了较大尺寸的气泡，在射流孔表面没有明显的气泡聚并事件，并且所有气泡几乎全部逃逸和脱离，气泡发生频率大约410个气泡每秒钟；而射流孔倾斜朝上，在射流孔表面也没有明显的气泡聚并和破碎事件，也容易产生均匀尺度和规则形状的气泡，气泡发生频率大约560个气泡每秒钟，大于射流孔倾斜朝下的情况，气泡逃逸和脱离略好于射流孔倾斜朝下的情况，射流孔表面及附近的气泡平均尺寸大于射流孔倾斜朝下的情况。
从图6可以看出，对于液相工质为水时，射流速度为4.0m/s的条件下，向上射流和向下射流的气泡平均直径分别为6.18mm和6.09mm，气泡尺寸下降幅度约1.5％左右，射流速度为8.0m/s的条件下，向上射流和向下射流的气泡平均直径分别为6.59mm和6.50mm，气泡尺寸下降幅度约1.4％左右，幅度不明显；而较高气体射流速度会增加气泡直径，射流方向影响不显著。
从图7可以看出，液相工质为水与聚醚混合液时，射流速度为4.0m/s的条件下，向上射流和向下射流的气泡平均直径分别为4.45mm和3.91mm，射流速度为8.0m/s的条件下，向上射流和向下射流的气泡平均直径分别为4.69mm和4.21mm；可见，向下射流将会产生较小尺寸气泡流动，尺寸下降幅度与液相工质为水相比大大提升，在射流速度为4.0m/s和8.0m/s的条件下下降幅度分别为13.8％和11.5％；因此，射流孔倾斜朝下和液相工质采用水与聚醚混合液，更有利于小尺寸均匀气泡流动的发生和小气泡的数量的增多。
从图8和图9可见，液相工质为水时，气泡尺寸多集中在5.0-8.0mm区间；液相工质为水与聚醚混合液时，绝大多数量的气泡尺寸的频率分布用在2.0-5.0mm这个区间。大尺寸气泡标志着气泡聚并和破碎的大尺寸球的分布，因此，气泡聚并和破碎在水中发生的概率明显高于水与聚醚混合液。射流方向同样起到较大作用，向下射流产生小气泡的数量优于向上射流。
从图10中中(a)和(b)可见，液相工质为水，在较小射流速度时，射流方向向上和射流方向向下的气泡直径尺寸分布均属于单峰值规律，射流方向向上的工况具有较大尺寸气泡，特征为较大气泡发生的频率均较高；射流方向向下有利于产生均匀小尺度气泡，最高频率对应尺寸分别为6.0mm和5.0mm。从图11中可见，液相工质为水，伴随着射流速度的增加，射流方向向上和射流方向向下的气泡直径尺寸分布呈现双峰和多峰值，这就意味着出现了气泡的聚并和破碎情况，气泡直径尺寸分布范围也较宽，呈现高度的复杂性。由此可见，射流孔射流方向向下时，大尺度气泡出现的频率明显低于射流方向向上的情况，气泡直径尺度分布均匀性以及气泡平均直径均小于射流方向向上的情况。
图10中(a)和(b)分别与图11中(a)和(b)相比较，射流方向向上时，随着射流速度的增大，气泡尺寸增大，最高频率的尺寸为7.0mm；虽然射流方向向下时，出现的高频尺寸为4.0mm，小于低射流速度的5.0mm，但此小尺寸气泡诱因在于气泡出现破碎事件，可见，高射流速度导致气泡尺寸的分布范围变宽，出现的气泡聚并和破碎程度越来越复杂，是制造大尺寸和微小尺寸气泡的重要因素。

Claims (9)

1.一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：
步骤一、搭建气液鼓泡流化床：
气液鼓泡流化床包括矩形鼓泡床反应器和直管气流分布器；将直管气流分布器固定在矩形鼓泡床反应器底部位置；压缩空气源经质量流量控制仪连接直管气流分布器；直管气流分布器开设有沿直管气流分布器周向等距排布成小于或等于半圈的n个射流孔组，每个射流孔组由沿直管气流分布器轴向等距排布的m个射流孔组成，n≥3，m≥8；当n个射流孔组排布成半圈时，将直管气流分布器上最外侧两个射流孔组的射流孔设置为水平放置，其余射流孔设置为倾斜朝下放置；当n个射流孔组排布成小于半圈时，所有射流孔设置为倾斜朝下放置；非接触式高速摄像机和照明灯置于矩形鼓泡床反应器两侧；
步骤二、气泡流动特性测量：
在矩形鼓泡床反应器内装入液相工质，通过质量流量控制仪在4.0～8.0m/s范围内按步长s依次设置射流孔的气体射流速度，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机拍摄采样10～15秒，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的气泡平均直径和频率分布；
步骤三、构建气泡平均直径db求解模型：
射流孔倾斜朝下，且气体射流速度ujet在4.0m/s～8.0m/s范围内时，建立气泡平均直径db的经验关联模型如下：
Figure FDA0003651266640000011
Reb＝4ρgQg/πdjetμg (2)
Figure FDA0003651266640000012
Figure FDA0003651266640000013
其中，Reb为气泡雷诺数，Frb为中间变量，djet为气体射流孔直径，射流孔总数量N＝n×m，ρg为气体密度，Qg为气体体积流量，μg为气体动力粘度，g为重力加速度，Ajet为射流孔截面积；液相工质采用水与聚醚混合液时，k的取值范围为0.96～1.05，液相工质采用水时，k的取值范围为1.35～1.39；
步骤四、根据液相工质为水或水与聚醚混合液在k的对应取值范围内选取一个具体值，并根据射流孔总数量N，通过气泡平均直径db的经验关联模型计算出4.0～8.0m/s范围内按步长s依次变化的各射流孔气体射流速度值所对应的气泡平均直径；然后，选取气泡平均直径满足预设范围的各射流孔气体射流速度值；
步骤五、气液鼓泡流化床实际作业时，通过质量流量控制仪将射流孔的气体射流速度依次设置为步骤四中满足预设范围的各射流孔气体射流速度值，并在每个气体射流速度下采用高速摄像机拍摄采样10～15秒，拍摄图片传至计算机计算得到每个气体射流速度下高速摄像机拍摄时间内所有气泡的频率分布，从而确定不存在气泡直径不小于1.0mm且气泡尺寸分布最均匀的气体射流速度。
2.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：所述的矩形鼓泡床反应器采用PVC材料，直管气流分布器采用不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：n＝5，m＝18。
4.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：所述射流孔的直径为1.4mm，射流孔组中相邻射流孔的间距为4.0mm。
5.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：所述的非接触式高速摄像机设置在距离直管气流分布器上方40.0cm处。
6.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：所述的液相工质采用水或水与聚醚混合液。
7.根据权利要求6所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：所述的液相工质采用水与聚醚混合液，且水与聚醚的质量比在0.046～0.057:1范围内。
8.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：s＝0.5m/s。
9.根据权利要求1所述一种气液鼓泡流化床的气体射流优选方法，其特征在于：步骤二和步骤五均在温度为15～20℃以及标准大气压下进行。
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