圆盘反应器的流动与混合特性

运用流体力学理论对圆盘反应器的成膜，混全和流动特性进行分析。简化模型，结合实验研究，得到关于其成膜，混合流动与表面更新等方面的基本规律和流场特性。为反应器放大和设计提供理论依据。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

模拟电子实验电路板研究

在创新教育的大背景下,通过分析传统模拟电子实验器材的弊端,总结实验教学经验,对模拟电子实验中采用元器件较多的晶体管放大电路自行研制了实验电路板,该实验电路板实验项目灵活多变,可以进行三种共射放大电路、共集放大电路、多种接法的两级放大电路和四种不同组态的负反馈放大电路实验,不同类型的电路通过短接帽及杜邦线实现,实践证明该电路板的设计与应用能够改进学生的实验设计能力,提高学生的工程实践能力和创新能力。     

机械搅拌生物反应器放大问题讨论

讨论了在机械搅拌生物反应器的比拟放大中,当按溶氧系数或单位体积搅拌功率相等进行放大时,搅拌器末端线速度和单位体积搅拌循环流量等其它物理特性参数的变化情况,并提出了调整的方法。     

搅拌槽内桨型对微观混合的影响

在直径为0.476m的搅拌槽内,采用平行竞争反应体系,就不同的桨叶型式、加料时间、搅拌转速、加料位置对产物分布的影响进行了系统的实验研究,并采用涡旋卷吸模型对实验结果进行了模拟计算。本工作的研究结果对于工业用搅拌反应器的设计及放大具有一定的参考意义。     

培养紫苏细胞的生物反应器的比较

在培养紫苏植物细胞以生产花色素的过程中，选择或设计了鼓泡式和搅拌式四种不同的生物反应器，考察了各种反应器中的培养条件，结果表明，基于花色素的生产率，鼓泡式和带螺旋桨的搅拌式反应器优于两种涡轮桨反应器，本研究为该细胞培养所用反应器的选择、设计、优化和放大，提供了一定的实验依据。     

釜式泰勒流反应器流动特性与传质机理研究

通过设计一种气液混合射流的方案,在搅拌釜式反应器底部加装气体分布器,生成泰勒涡流。采用数值模拟和实验相结合的方法分析反应器内涡流流动特性及传质机理。结果表明：搅拌釜式反应器内泰勒涡流随旋转雷诺数变化的演变规律与常规泰勒反应器内涡流的演变规律类似;泰勒涡流的生成在搅拌釜式反应器原有的全混流流型中构建出局部的平推流区域,降低了返混;平推流区域随着旋转雷诺数的增加而扩大,在临界旋转雷诺数工况下可使反应器气相均布性提升28%,溶氧速率提升5倍左右,有效地改善了反应器内流动状况,强化了气液间的传质效率。研究结果为突破常规泰勒流反应器反应空间小的局限、扩大生产规模提供了理论研究依据,对釜式反应器的改装具有普适性,简便易行。     

带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线

设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器.用NaCl溶液做示踪剂测定该管式反应器内的停留时间分布(RTD)曲线,并计算了平均停留时间和方差.采用L9(33)正交实验考察了流体在不同搅拌转速、不同流量及不同出口处的平均停留时间和方差.结果表明:该反应器内流体流动状态接近活塞流,平均停留时间随流体流量的增大而减小,随反应器长度的增加而增大,而随转速变化规律性不明显.     

木质纤维素预处理物系的流变学特性表征以及计算流体力学模拟

预处理是木质纤维素生物炼制中的关键环节.传统的预处理一般在实验室规模的小尺度条件下进行,并未考虑大尺度反应器内的搅拌及搅拌桨型式对混合、传热和传质及预处理效果的影响.研究了在无游离水相存在的干式稀酸预处理反应器中,引入螺带搅拌桨强化混合和传递的可行性,对由固体玉米秸秆颗粒构成的固相体系进行了“拟流体”假设,针对木质纤维素吸水性强、流变学特性无法直接测定的特点,通过测定搅拌体系的扭矩值间接获得秸秆物系的表观黏度(ηa)和表观剪切速率(γeff),从而获得了表征秸秆物系虚拟流体的流变指数(n)和稠度系数(Kpl)；建立了干式预处理过程的计算流体力学(CFD)模型,并通过比对秸秆物系冷模实验和CFD模型计算的功率消耗和混合时间,验证了所建模型的准确性.CFD模拟和冷模实验的结果表明在无游离水相存在的干式预处理反应器中引入螺带搅拌桨进行强化混合和传递是可行的,并为带有搅拌的预处理反应器的放大和加工提供了依据.     

海洋灰绿曲霉反应器发酵优化及代谢调控研究

通过13C同位素前体标记实验分析了1403C的合成途径。1403C在海洋红树林内生真菌Halorosellinia sp.(No.1403)体内的合成不是以常规的乙酰Co A,而是以甲基丙二酰Co A为起始合成单元,通过聚酮途径合成。基于该途径分析,通过途径抑制剂和组合前体实验使1403C产量提高102.7%。通过对接种条件、溶氧、剪切以及系统的补料工艺控制,使1403C产量得以大幅度提高。通过桨叶末端线速度相似的放大准则,将发酵逐级放大至30 L、500 L及1 000 L,实现1 000 L发酵1403C产量1.35 g/L,比未优化前提高1 000多倍,比合同指标提高了12.5倍。通过分子生物学手段对发酵过程中泡沫严重且剪切敏感的灰绿曲霉菌丝极化生长进行改造,塑造了不同菌体形态的菌株,其中ΔAg Kip A菌株在保证灰绿霉素A高产的同时,有效地缩短了发酵周期,同时初步显现抗剪切效果,对规模化发酵具有重要的工业应用价值。在前期研究的基础上,进一步开展了深入的发酵工艺优化(接种、搅拌、溶氧、传质、底物及前体补加等)。然后在摇瓶及5 L反应器上建立工艺及工程优化策略。然后,根据海洋灰绿曲霉剪切敏感性特征,以桨叶末端线速度相似为准则并结合溶氧、p H优化控制的组合放大策略,将发酵逐级放大至30 L、500 L和1 000 L,实现1 000 L发酵中灰绿霉素A产量达到43 mg/L,比合同指标提高了43.3%。研究根据海洋菌剪切敏感性特征,以桨叶末端线速度相似为准则并结合溶氧、p H优化控制,以此组合策略成功放大至1 000 L,首次成功解决了海洋剪切敏感型野生霉菌菌株反应器培养及放大的难题,该方面研究在国际上未见报道。     

搅拌式反应器内固-液两相悬浮特性的CFD模拟

制备血液净化材料蛋白A免疫吸附柱过程中,搅拌式生物反应器的优化设计与放大技术是工业开发的重要环节.该文采用标准κ蛳ε湍流模型、多重参考系法,模拟搅拌式反应器内琼脂糖凝胶溶液加入固体催化剂后,形成的固蛳液两相体系的混合和悬浮特性.分别对DT、PBTD45、PBTU45搅拌桨的固相悬浮性能进行了研究,预测了完全离底悬浮的临界转速,并与Zwietering公式进行了比较.通过数值模拟,为反应器的优化设计提供了参考依据.     

单排不均匀排管流动换热特性的实验研究

对空气横掠不均匀排列的单排管的流动与换热特性进行了实验研究．实验在小型风洞中进行．流动阻力采用总体静压降法获得而换热系数采用单管热平衡法得到．改变管排的管间距获得在不同间距下的流动与换热的准则关系式．分析结果表明,在不同间距下流动阻力和换热能力变化较大,随着管间距不均匀性的增加,会出现换热系数最大值和流动阻力系数最小值,但这种现象随着雷诺数的加大而逐渐消失．     

高浊度原水的透光脉动性能研究

通过实验研究和理论分析，以流动高浊度原水为研究对象，考察了在不同絮凝剂搅拌速度、投药量和投药方式条件下R值的变化规律，从而得到絮凝体破碎和重组的有关信息，及时反映各种变化条件下的絮凝体特性。     

轴流桨搅拌槽内的微观混合特性

微观混合对快速复杂反应有着重要的影响.本研究采用竞争平行反应工作体系,在直径为0.476*!m的搅拌槽内就加料时间、搅拌转速和加料位置等对产物分布的影响进行了系统的实验研究,并采用E-模型对实验结果进行了模拟计算,模拟结果与实验值的趋势相一致.本工作的研究结果可为工业搅拌反应器的设计及放大提供参考.     

翅片管束传热及阻力特性的三维数值模拟

在实验的基础上,利用计算流体力学FLUENT软件对空气外掠管束时管外流动和放热性能进行了数值模拟,得到了两种不同管束布置时的对流换热准则关联式及阻力函数关系式。并且通过与前人经过实验而得到的准则关联式相比较,发现文中通过数值模拟得到的准则关联式与其吻合性较好。还总结出了在Re较高时,管束采用叉排布置是不经济的。     

生物反应器内部三维流动的数值模拟及其Lagrange粒子运动分析

本研究采用三维ALE方法对生物反应器内部复杂流动进行数值模拟，通过隔板的放置以及隔板位置和角度的调整，以达到控制生物反应器内的流动状态，并通过考察粒子的Lagrange运动特性，了解生物反应器内不同物质的混合情况，对工程优化设计具有一定的指导作用.     

旋转热管生物反应器搅拌结构的数值模拟

针对不同搅拌结构形式的新型旋转热管生物反应器内的流动特性进行数值模拟。建立旋转热管生物反应器的数值模型,将多重参考系法(MRF)与滑移网格法(SM)相结合,选用标准k-ε湍流模型模拟计算反应器内的速度分布,并对作为搅拌结构的热管蒸发段上桨叶的倾斜角度(α)在0°、15°、30°和45°时的搅拌功率和混合时间进行计算。结果表明:在搅拌结构中,有热管蒸发段桨叶反应器的轴向形成了3个漩涡区,轴向平均流速相对较高,并且靠近自由液面附近的流速也较大。随着桨叶倾斜角度的增加,反应器液面附近速度减小,搅拌功率减小,混合时间变长。     

含固定化酶颗粒反应器的动力学特性研究

在连续流动带搅拌的反应器中,突然导入固定化的酶粒子,随着流入反应器的流速不同,存在着两类响应:最小型和衰减型响应.这些响应可由临界Thiele模数决定,当Thiele模数大于临界值时,流出反应器的底物浓度呈衰减性响应;否则,呈最小型响应。决定不同响应的临界速度可由简单的实验方法求出,从而可决定反应速度常数。本文除扼要叙述这种方法的理论推导外,通过对固定化α-葡萄糖淀粉酶的动力学实验,证明随流入反应器流体流速的变化,的确存在两种不同的响应,并可确定临界流速及反应速度常数和Michaelis常数。     

圆盘反应器内流动和成膜性能的数值模拟

采用流体体积函数法(VOF)对卧式旋转圆盘反应器的流动和成膜特性进行了数值模拟,并考察了圆盘转速和反应器内液位高度对液膜厚度及分布的影响规律。研究结果表明,VOF方法能够较好的模拟圆盘反应器内液膜的流动和成膜特性,反应器内液相流场、成膜过程、液膜厚度及分布的模拟数据与实验结果吻合良好;液膜厚度随圆盘转速增加而增大,液位高度的变化对其影响不大;圆盘成膜具有最低转速和最低液位;同时模拟得到了圆盘表面液膜的分布规律。     

化工专业实验中常用反应器的类型及应用

化学反应具有复杂性和多样性,如反应物料相态的不同,反应压力、反应温度、是否使用催化剂等反应条件的差异导致化学反应器的种类很多,根据不同的分类方法可以将反应器分为多种类型。阐述了在"化学工程与工艺"专业实验中常用的反应器,包括管式微分反应器、无梯度釜式微分反应器、管式积分反应器和搅拌釜式反应器。重点介绍了这四种类型反应器的特点,并结合具体专业实验内容进一步说明各反应器的应用过程。