环隙气升式反应器的开发 Ⅰ.流体力学研究和体积传质系数的关联

在400mm直径的环隙气升式反应器内,用空气-水系统测定了平均气含率和体积传质系数,考察了分布器和导流筒结构的影响,并求得了体积传质系数的经验关联式。实验表明,在相同气速下,环隙气升式反应器的平均气含率和体积传质系数均稍小于鼓泡反应器的值。但由于环隙气升式反应器具有较高的液体循环速度,混和效果好,更具开发价值。     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性——气液两相牛顿流

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究气液两相牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流生物反应器内的流体力学与传质特性.内导流筒分别采用传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型,实验介质为空气—水两相牛顿流体系.结果表明,与传统圆柱型导流筒比较,缩放型导流筒气相含率提高10%以上,体积氧传质系数在较大范围内提高.圆柱型导流筒反应器的液体循环量(Ar·ULr)大于各缩放型导流筒反应器的液体循环量.还在Higbie穿透理论和Kolomogoroff各向同性理论的基础上建立了体积氧传质系数与操作条件管结构参数间的关联式.     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性：气液两相牛 …

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究气液两相牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流生物反应器内的流体力学与传质特性,内导流筒分别采用传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放,实验介质为空气－水两相牛顿流体系。结果表明,与传统圆柱型导流筒比较,缩放型导流筒气相含率提高１０％以上,体积氧传质系数在较大范围内提高,圆柱型导流筒反应器的液体循环量大于各缩放型导流筒反应器的液体循环量,还在Ｈｉｇｂｉｅ穿透     

环隙气升式反应器在非牛顿流体体系中的应用──反应器特性研究和体积氧传递系数的关联

以羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）水溶液模拟非牛顿型发酵介质，在内径为０．１５ｍ，高为０．９７５ｍ的环隙气升式反应器内，考察了液体流变性质和导流筒结构对气液传质的影响，提出了体积氧传递系数（ＫＬａ）的经验关联式。实验表明：对于较高粘度的假塑性流体，反应器内部采用整体式导流筒结构，将有利于传质和混合，其性能优于采用开窗式导流筒或无导流筒的反应器。     

方形气升式环流反应器的流体力学与传氧特性

在方形内环流气升式反应器空气-水两相体系中，从气含率、液体循环速度、混合时间和体积传氧系数，研究了直管、缩放管导流筒顶部有、无上挡板时的流体力学与传氧特性．结果表明，与无上挡板相比，有上挡板的气含率、体积传氧系数均有不同程度的提高，而液相循环时间、混合时间减小．实验还发现，采用上挡板可扩大操作气速范围．     

ALR中表面活性物质对氧气液传质影响

在气升式内环流反应实验装置中，添加乙醇和乙酸异戊酯作为表面活性物质考察了氧的气液传质性能．结果表明，在纯水和添加表面活性物质的情况下，较大气速范围内，氧的气液体积传质系数随气速提高而增加．添加表面活性物质可强化气液传质．两种物质的浓度对体积传质系数也有一定影响，且其影响在气速较高的情况下更为显著．提出乙醇分子在界面形成单分子层从而形成电荷分布的观点，并以此观点对乙醇影响氧的气液传质性能进行了分析，同时对添加乙酸异戊酯时体积传质系数出现峰值的情况进行了讨论．     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性——气液两相非牛顿流

主要从气相含率,液体循环速度和体积氧传质系数方面,研究气液两相非牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流反应器的流体力学与传质特性。内导流筒分别采用一种传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型,实验条件为空气－ＣＭＣ两相非牛顿流系统。实验结果表明,与传统圆柱型导流筒相比较,缩放型导流筒气相含率和体积氧传质系数均显著提高。在ＣＭＣ浓度分别为０ｍｇ／Ｌ,１００ｍｇ／Ｌ,１５０ｍｇ／Ｌ及２００ｍｇ／Ｌ的情况下,同     

气升式反应器结构参数优化设计CFD仿真研究

气升式反应器是生物发酵生产过程中的重要设备,工业生产过程中要求反应器内保持较高的气含率和循环液速,从而提高气液传质效率.由于气升式反应器的导流简直径对气含率和循环液速有决定性影响,研究其结构参数优化设计具有重要意义;文章利用计算流体力学仿真软件研究了气升式反应器内的流动状态,给出了不同导流简直径下气含率和循环液速的变化趋势,发现了该结构参数存在最佳设计范围.     

外环流反应器的传质特性研究

对气升式外环流反应器的传质特性进行了研究，采用化学法测定了其相界比表面积和容积传质系数，探讨和分析了气速对传质的影响，所得结果可作为该类反应器设计和放大参考。     

钙化渣碳化反应器的数值模拟

针对低品位铝土矿在工业中利用率不高、赤泥中高碱高铝等问题,提出了钙化-碳化法处理低品位铝土矿和赤泥的新方法.设计了文丘里式钙化渣碳化反应器,利用商用CFD软件ANSYS130/Fluent对该反应器中气液固三相流动进行了模拟计算.模拟和研究了表观气速等结构参数对钙化渣碳化反应器内速度场、气含率的影响,发现增大表观气速有利于促进气液间传质和反应,但气含率不宜过大.平均气含率的模拟值与实测值吻合良好,验证了所提方法的有效性.研究结果对钙化渣碳化反应器的设计及应用具有一定的参考价值.     

超声波气升式内循环反应器流体力学性能研究

研究了超声波对气升式内循环反应器流体力学性能的促进作用，重点考察比较了有无超声波时气升式反应器性能及超声功率对反应器气含率、液体循环速度、混合时间等的影响，实验证明，超声波的加入对气含率未见影响，有使液体循环速度逐渐减小的趋势，而对混合时间的影响较复杂。在小气速下，小功率超声波促进流体的径向混合，随着超声功率的增加，超声振动阻碍流体的径向混合，因而存在一个最佳的超声功率，并且超声波对混合时间的影响随着表观气速的增加而逐渐减小。提出了该反应器流体力学关联式。     

三相下喷式环流反应器的气含率和传质性能

在三相非牛顿型流体体系中，对下喷式环流反应器的气含率和传质特性进行了实验研究。讨论了气速、液速、导流筒直径与反应器直径比、固体装填量、羧甲基纤维素钠溶液浓度及其流变特性对它们的影响。实验结果表明，气含率和传质系数随气速的增加而增加，而液速对其影响较小。在实验条件下，发现最优的导流筒直径与反应器直径比在０．４￣０．５这一范围，最优的固体装填量约为ψ＝０．０３，同时提出了气含率和容积传质系数的经验关联     

ILAR中添加微量表面活性物质传质特性

利用液相体积传质系数研究了气升式内环流反应器中添加表面活性物质（叔丁醇、季戊四醇、乙醇及CaCl2）后的传质特性．实验结果表明,与空气-去离子水体系相比较,添加微量表面活性物质会显著增强氧的气-液传质性能,但这种强化作用仅发生在一定的浓度范围内,超过极限浓度后,液相体积传质系数会有所降低．另外,叔丁醇和季戊四醇的碳链尽管长于乙醇,但促进气-液传质效果不及乙醇,说明分子空间结构对脂肪醇抑制气泡的聚并有一定的影响．     

气升式环流反应器气液两相流动冷模实验

运用粒子图像测速仪(PIV)技术研究了扁平气升式环流反应器内液相流动特性,测得了反应器内各个区域液相速度分布、流线分布.认为反应器上升段表观气速对液相水平速度和垂直速度均有影响,其中对液相垂直速度的影响更大:表观气速增大,液相最大垂直速度一般增大,但这一变化规律并不是单调的;PIV对折流区的观测反映了该区域流场在气相通入后的最初25 s内的变化历程,流场发展的快慢与进气口的气速有关,气速越大,流场发展得越快.研究结果为认识该类反应器内的流动混合特性及进行该类反应器的设计、优化提供了参考.     

固体颗粒对三相气升式环流反应器流动特性的影响

将液相视为连续相,气相和固相视为分散相,同时考虑各相之间的相互作用,结合气液固三相流体的动力学理论,建立气液固三相环流反应器三流体湍流流动的Eulerian模型.采用计算模拟软件Fluent对三相环流反应器的流动状况进行模拟,考察表观气速、固含率、颗粒大小对反应器的气含率以及液体流动速度的影响.模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的三相流体行为,模型与实验结果较好地吻合,表明了模型的可行性.     

强化气液喷射搅拌反应器传质特性研究

气液界面的传质强化是设计高效节能反应器的重要目标.气泡大小是影响气液反应界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数.就确定的体系而言,反应器的结构参数和操作参数会对气泡大小产生不同程度的影响,从而影响传质效果.利用溶氧法测定体积传质系数kLa,利用一种图像处理方法测定气液相界面积a,进而得到液相传质系数kL,对某型强化气液喷射搅拌反应器的传质特性进行了研究.探讨了反应器的结构参数和操作参数对于其传质特性的影响,从而更好地理解反应器的传质机理,为反应器的优化提供设计依据.     

气扫式膜蒸馏用于脱除水中氨的分离性能

针对气扫式膜蒸馏脱除水中氨的过程，以传质基本理论为依据，导出了考虑水中氨解离的总传质系数表达式，并建立了利用实验结果计算总传质系数和选择性系数的方程。在气扫式膜蒸馏实验中测定了各种操作条件下氨浓度和跨膜通量随时间的变化关系，并利用导出的方程、由实验结果得出了相应的总传质系数和选择性系数。研究结果表明，升高料液温度能够提高氨的总传质系数，但却使选择性系数下降；料液的流速对氨的总传质系数和选择性系数均无重要影响，但提高吹扫气速能使两者都明显上升；总传质系数和选择性系数随料液浓度的升高而略有下降；提高料液的初始pH值能同时明显地增大总传质系数和选择性系数。     

环隙气升式反应器在非牛顿流体体系中的应用—反应器特性研究…

以羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）水溶液模拟非牛顿型发酵介质，在内径为０．１５ｍ，高为０．９７５ｍ的环隙气升式以应器内，考察了液体流变性质和导流筒结构对气液传质的影响。提出了体积氧传递系数的经验关联式。