本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

1、氣液攪拌反應(yīng)器廣泛用于各種氣液反應(yīng)、有氧發(fā)酵和污物處理，通過(guò)動(dòng)量傳遞提升氣體吸收效率，攪拌容器適用于增加低溶解度氣體溶解量。在多相反應(yīng)器中的氣液傳質(zhì)研究中，低溶解氣體往往受到時(shí)間和空間位置的限制，其在氣液界面的擴(kuò)散通常會(huì)限制反應(yīng)速率，如果想提高氣泡濃度，一般都是采用傳統(tǒng)單一的攪拌反應(yīng)模式，導(dǎo)致氣體吸收效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)單一的攪拌反應(yīng)模式導(dǎo)致氣體吸收效率較低的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)。

2、本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明包括圖像采集裝置、氣液攪拌反應(yīng)裝置、濃度檢測(cè)裝置和回路循環(huán)裝置，濃度檢測(cè)裝置通過(guò)回路循環(huán)裝置與氣液攪拌反應(yīng)裝置連接，圖像采集裝置位于氣液攪拌反應(yīng)裝置的一側(cè)，用于捕捉氣液動(dòng)態(tài)行為，所述氣液攪拌反應(yīng)裝置包括水箱、氣泵、氣泡發(fā)生器、轉(zhuǎn)輪、傳動(dòng)桿、調(diào)頻電機(jī)、第一壓力傳感器和泄壓閥，傳動(dòng)桿的一端與調(diào)頻電機(jī)的輸出軸固定連接，另一端與轉(zhuǎn)輪固定連接，氣泡發(fā)生器安裝在水箱的底部進(jìn)氣口處，氣泵通過(guò)軟管與氣泡發(fā)生器連接，轉(zhuǎn)輪位于氣泡發(fā)生器的正上方，第一壓力傳感器與水箱的頂部連接，泄壓閥安裝在水箱側(cè)壁的上部。

4、進(jìn)一步的，所述回路循環(huán)裝置包括第一流量控制閥、三通連接閥、離心泵、渦輪流量計(jì)、管路、第二流量控制閥、第二壓力傳感器和環(huán)路管道，離心泵的進(jìn)口與三通連接閥的上端連接，三通連接閥的左端與濃度檢測(cè)裝置連接；三通連接閥的右端通過(guò)管路與水箱連接，管路上設(shè)有第二流量控制閥；離心泵的出口與渦輪流量計(jì)連接，第二壓力傳感器固定并連通在環(huán)路管道上，第一流量控制閥置于第二壓力傳感器的下游，并與水箱上方的環(huán)路管道連通。

5、進(jìn)一步的，所述濃度檢測(cè)裝置包括第三流量控制閥、玻璃量筒、濃度傳感器和蓄液池，玻璃量筒的一端與蓄液池連接，另一端通過(guò)管路與三通連接閥相連，玻璃量筒與三通連接閥之間的管路上設(shè)有第三流量控制閥，濃度傳感器插裝在玻璃量筒內(nèi)。

6、進(jìn)一步的，所述圖像采集裝置包括照明燈、光敏儀、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)同步控制器、攝像機(jī)移動(dòng)平臺(tái)和高速攝像機(jī)，照明燈和高速攝像機(jī)相對(duì)設(shè)置在水箱的兩側(cè)，照明燈和高速攝像機(jī)通過(guò)信號(hào)同步控制器實(shí)現(xiàn)高度同步，光敏儀通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器與高速攝像機(jī)連接，高速攝像機(jī)安裝在攝像機(jī)移動(dòng)平臺(tái)上，且高速攝像機(jī)可沿豎直方向位移。

7、本發(fā)明的有益效果是：

8、1、本發(fā)明集曝氣過(guò)程動(dòng)態(tài)捕捉觀測(cè)及氣體吸收效率提升于一體，通過(guò)對(duì)氣液動(dòng)態(tài)行為可視化觀測(cè)，提出最佳的流動(dòng)控制條件實(shí)現(xiàn)氣體吸收效率最大提升。

9、2、本發(fā)明中高速相機(jī)能夠動(dòng)態(tài)捕捉氣體聚集及破碎時(shí)空演化規(guī)律，管路循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)攪拌、流動(dòng)與曝氣三個(gè)過(guò)程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)溶解濃度的多次提升，濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水箱內(nèi)濃度，蓄液池儲(chǔ)存測(cè)量過(guò)的溶液，通過(guò)循環(huán)管路中離心泵的流量實(shí)現(xiàn)不同的壓增，透明水箱內(nèi)保持實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的壓力以防止壓力降低而氣體析出，最終實(shí)現(xiàn)氣液分布狀態(tài)觀測(cè)、傳質(zhì)濃度監(jiān)測(cè)和提升吸收效率。

10、3、本發(fā)明通過(guò)改變不同攪拌器轉(zhuǎn)速和位置、氣泡直徑、氣泡流速、管路壓力、離心泵轉(zhuǎn)速、初始濃度，提升氣液攪拌反應(yīng)器氣體吸收效率，且研究氣體形態(tài)時(shí)空演化規(guī)律對(duì)吸收濃度影響，有助于理解流動(dòng)中發(fā)生的傳質(zhì)現(xiàn)象。

技術(shù)特征：

1.一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，其特征在于，所述該系統(tǒng)包括圖像采集裝置、氣液攪拌反應(yīng)裝置、濃度檢測(cè)裝置和回路循環(huán)裝置，濃度檢測(cè)裝置通過(guò)回路循環(huán)裝置與氣液攪拌反應(yīng)裝置連接，圖像采集裝置位于氣液攪拌反應(yīng)裝置的一側(cè)，用于捕捉氣液動(dòng)態(tài)行為，所述氣液攪拌反應(yīng)裝置包括水箱(1)、氣泵(2)、氣泡發(fā)生器(3)、轉(zhuǎn)輪(5)、傳動(dòng)桿(6)、調(diào)頻電機(jī)(7)、第一壓力傳感器(8)和泄壓閥(9)，傳動(dòng)桿(6)的一端與調(diào)頻電機(jī)(7)的輸出軸固定連接，另一端與轉(zhuǎn)輪(5)固定連接，氣泡發(fā)生器(3)安裝在水箱(1)的底部進(jìn)氣口處，氣泵(2)通過(guò)軟管與氣泡發(fā)生器(3)連接，轉(zhuǎn)輪(5)位于氣泡發(fā)生器(3)的正上方，第一壓力傳感器(8)與水箱(1)的頂部連接，泄壓閥(9)安裝在水箱(1)側(cè)壁的上部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，其特征在于：所述回路循環(huán)裝置包括第一流量控制閥(10)、三通連接閥(11)、離心泵(16)、渦輪流量計(jì)(17)、管路(24)、第二流量控制閥(25)、第二壓力傳感器(26)和環(huán)路管道(27)，離心泵(16)的進(jìn)口與三通連接閥(11)的上端連接，三通連接閥(11)的左端與濃度檢測(cè)裝置連接；三通連接閥(11)的右端通過(guò)管路(24)與水箱(1)連接，管路(24)上設(shè)有第二流量控制閥(25)；離心泵(16)的出口與渦輪流量計(jì)(17)連接，第二壓力傳感器(26)固定并連通在環(huán)路管道(27)上，第一流量控制閥(10)置于第二壓力傳感器(26)的下游，并與水箱(1)上方的環(huán)路管道(27)連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，其特征在于：所述濃度檢測(cè)裝置包括第三流量控制閥(12)、玻璃量筒(13)、濃度傳感器(14)和蓄液池(15)，玻璃量筒(13)的一端與蓄液池(15)連接，另一端通過(guò)管路與三通連接閥(11)相連，玻璃量筒(13)與三通連接閥(11)之間的管路上設(shè)有第三流量控制閥(12)，濃度傳感器(14)插裝在玻璃量筒(13)內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像采集裝置包括照明燈(18)、光敏儀(19)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器(20)、信號(hào)同步控制器(21)、攝像機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(22)和高速攝像機(jī)(23)，照明燈(18)和高速攝像機(jī)(23)相對(duì)設(shè)置在水箱(1)的兩側(cè)，照明燈(18)和高速攝像機(jī)(23)通過(guò)信號(hào)同步控制器(21)實(shí)現(xiàn)高度同步，光敏儀(19)通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換器(20)與高速攝像機(jī)(23)連接，高速攝像機(jī)(23)安裝在攝像機(jī)移動(dòng)平臺(tái)(22)上，且高速攝像機(jī)(23)可沿豎直方向位移。

技術(shù)總結(jié)
一種氣液動(dòng)態(tài)行為可視化和氣體吸收效率提升的系統(tǒng)，本發(fā)明涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)單一的攪拌反應(yīng)模式導(dǎo)致氣體吸收效率較低的問(wèn)題，本發(fā)明包括圖像采集裝置、氣液攪拌反應(yīng)裝置、濃度檢測(cè)裝置和回路循環(huán)裝置，濃度檢測(cè)裝置通過(guò)回路循環(huán)裝置與氣液攪拌反應(yīng)裝置連接，圖像采集裝置位于氣液攪拌反應(yīng)裝置的一側(cè)，用于捕捉氣液動(dòng)態(tài)行為。本發(fā)明旨在改善氣體質(zhì)量傳遞、增加氣體利用率和曝氣效率，增加氣液傳質(zhì)過(guò)程中的接觸時(shí)間，并降低曝氣過(guò)程中的氣體流速，減少曝氣池中未使用的氧氣量。與傳統(tǒng)攪拌反應(yīng)模式相比，通過(guò)攪拌、流動(dòng)與曝氣相結(jié)合的模式可以顯著提升氣體吸收效率。本發(fā)明屬于于實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：孟子飛,孫鵬楠,劉念念,彭玉祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10