气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响

使用欧拉两流体模型研究气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响,预测了环己烷氧化反应器内单环结构、三环结构、五环结构的气体分布器时反应器内液相速度分布、气含率分布、液相循环速度以及液相微观混合特性.模拟结果表明,在等量的进气流量下,气体分布器环数增加,液相速度分布和气含率分布更趋均匀;气体分布器环数增加,液相推动力增加,从而使得液相循环速度增加,液相的宏观混合效果增强;气体分布器环数增加,导流筒内外的平均气含率增加.随机游走模型模拟结果表明,气升式环流反应器与普通鼓泡床反应器对气体分布器结构要求不同.     

气升式三相内环流生物反应器内流体力学和传质性能的实验研究

本文通过实验研究了气升式三相内环流反应器在非牛顿流体中的流体动力学特性和传质性能.考察了表观气速、导流筒与反应器截面积之比、固体粒子加入量及CMC溶液浓度等操作条件对气升式三相内环流生物反应器中导流筒与环隙内液体循环速度、气含率、固含率及气-液体积传质系数等流动与传质特性参数的影响.     

非牛顿流体在气升式反应器中的流动特性

以非牛顿型流体在气升式内环流反应器中流动特性为研究对象，考察了在气－液－固三相体系中气含率和液体循环速度随不同的表观气速、固体颗粒粒径和浓度、设备结构尺寸的变化规律。对实验数据进行了回归处理得到气含率和循环速度的经验关联式，并对非牛顿型流体和牛顿型流体在同一反应器中的流动特性作了比较     

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。     

环隙气提式环流反应器中的气含率和液相循环流动

在筒体直径310mm、高2000mm的环隙气提式环流反应器实验装置中,对上流区的气含率、液相循环流动等流体力学特性作了研究.用漂流通量模型描述了上流区的气含率;通过对体系的能量耗散机理进行分析,基于体系总能耗最小的原理推导出液相循环流动方程,结果表明:用此方程能较好地模拟这种反应器内的液相循环状况.     

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。     

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。     

多相气升式环流反应器局部相含率和环流速度

气升式环流反应器流动特性研究大多都局限于流动参数的平均特性研究,涉及气-液-固系统流动特性的研究也较少。在200×2500mm气升式环流反应器内,实验研究了空气-水两相及空气-水-玻璃珠三相体系中局部气、固相含率以及浆(液)相环流特性等随操作条件以及液、固相物性的变化规律。结果表明:1两相体系导流筒中截面平均气含率轴向分布有局部极大值,而固体和乙醇的加入使得气含率轴向分布平缓;2两相体系循环液速在导流筒中呈径向抛物分布,在环隙分布较均匀,加入固体和乙醇后对循环速度分布和大小影响不大;3三相体系中导流筒内固含率沿轴向升高呈增大趋势,环隙内轴向分布均匀;导流筒内、外固含率径向分布均不均匀,以近壁处为大;加入乙醇后对固含率分布影响不大。     

气升式内环流反应器的气含率研究

建立了气升式内环流反应器的冷模实验装置,以空气-水两相系统为研究对象,采用压差法测定了反应器降流区的气含率和升流区气含率,采用体积膨胀法测定了反应器总体平均气含率.通过改变导流筒直径、高度及底部封头形状,考察了结构参数对气含率的影响;通过改变通气量和上清液高度考察了操作参数对气含率的影响.建立了气含率的数学模型,并将试验数据拟合,得到不同结构反应器的模型参数.     

新型气升式环流反应器流场数值模拟

利用CFD软件ANSYS 14.0及欧拉-欧拉多相流模型,模拟了一种采用微孔曝气器的新型气升式环流反应器的气液两相流动,得到反应器内气含率和循环液速等参数的详细分布。模拟结果表明：新型气升式环流反应器的平均气含率与气量成正比关系;气量为2.5 m3/h时具有更高的循环液速。     

反应器类型对流动影响的数值模拟

在油-氢气体系中使用欧拉-欧拉双流体模型考察了温度703.15 K和压力11 MPa下气升式环流反应器和鼓泡床反应器对气液两相流动的影响. 结果表明,环流反应器中气含率和轴向液速沿导流筒径向存在突增现象,环流反应器中气含率在径向0~0.5和0.75~1时明显大于鼓泡床反应器,在径向0.5~0.75处前者的平均气含率比后者高约6%;环流反应器中上升管内环流液速明显大于鼓泡床反应器,且在下降区有所增强,环流反应器平均轴向液速比鼓泡床反应器高约21%;反应器尺寸较小时环流反应器和鼓泡床反应器的流动特性相差不大,反应器体积放大过程中前者的流动特性优于后者的趋势逐渐明显.     

Effect of a gas–liquid separator on the hydrodynamics and circulation flow regimes in internal‐loop airlift reactors

The role of the gas–liquid separator on hydrodynamic characteristics in an internal‐loop airlift reactor (ALR) was investigated. Both gas holdup and liquid velocity were measured in a 30 dm³ airlift reactor with two different head configurations: with and without an enlarged separator. A magnetic tracer method using a neutrally buoyant magnetic particle as flowfollower was used to measure the liquid velocity in all sections of the internal‐loop airlift reactor. Average liquid circulation velocities in the main parts of the ALR were compared for both reactor configurations. At low air flow rates the separator had no influence on gas holdup, circulation velocity and intensity of turbulence in the downcomer and separator. At higher superficial air velocities, however, the separator design had a decisive effect on the hydrodynamic parameters in the downcomer and the separator. On the other hand, the gas holdup in the riser was only slightly influenced by the separator configuration in the whole range of air flow. Circulation flow regimes, characterising the behaviour of bubbles in the downcomer, were identified and the effect of the separator on these regimes was assessed. © 2001 Society of Chemical Industry     

Hydrodynamic Modelling of Internal Loop Airlift Reactor Applying Drift‐Flux Model in Bubbly Flow Regime

A new model for the liquid circulation rates in airlift reactor (ALR) is presented. The model is based on the energy balance for the flow loop (riser, turn riser‐downcomer, downcomer, and turn downcomer‐riser) coupled with a drift flux theory of two‐phase flow gas‐liquid system, considering a bubbly flow regime. The predicted values of the liquid circulation rates by the developed model are compared with experimental results performed in a 22 dm³ internal loop airlift reactor and with the results obtained in the literatures. The proposed model predicted the experimental results very well. Slip velocity relationship based on the drift flux model was proposed; including the gas holdup, bubble size and the liquid physical properties. The predicted slip velocity was similar to that obtained from the literature. The study revealed that appropriate arrangements of internal bioreactor parts can positively influence the liquid circulation velocity at the same energy consumption. The proposed models are useful in the design; scale up and characterization of the internal loop airlift reactors, and provides a direct method of predicting hydrodynamic behaviour in gas‐liquid airlift reactors.     

电导探针法测量高固含体系循环液速和气含率

基于电导探针和示踪法,开发了一种利用电导探针同时测量环流反应器中高固含体系下循环液速和局部气含率的方法. 利用2个单针电导探头测量脉冲注入KCl饱和溶液后两路电导信号的先后响应,测得两路液体的停留时间分布曲线. 通过对单路信号进行幅值分析可以得到气含率,与压差法相比测量值误差小于5%;通过对过滤气泡信号后的液体的停留时间分布曲线进行相关处理可得到循环液速,测量值与超声多普勒(UDV)的测量结果一致. 实验研究了外环流反应器中操作条件对气含率和循环液速的影响. 结果表明,低表观气速下气含率沿径向分布较均匀,高于0.1 m/s后逐渐呈抛物线型分布,整体随表观气速增加而增大;循环液速随表观气速增加近似线性增大,随固含率增加而减小.     

气升式环流反应器中的流体动力学研究(Ⅱ)——实验及模型结果分析

建立了一直径为0.186m、高3m的内环流气升式反应器。通过电化学方法测得了反应器中的气含率和速度。本文以文(Ⅰ)所得气升式环流反应器的一维两流体模型为基础,推导出了反应器的能量方程。分析了反应中的功耗分配规律,并以此对反应器中的流动规律作了较合理的解释。本文还从理论和实验上较全面地讨论了反应器操作参数和结构参数对气含率和循环液速等的影响。     

CFD analysis of two‐phase turbulent flow in internal airlift reactors

The hydrodynamic performance of three internal airlift reactor configurations was studied by the Eulerian–Eulerian k–ε model for a two‐phase turbulent flow. Comparative evaluation of different drag and lift force coefficient models in terms of liquid velocity in the riser and downcomer and gas holdup in the riser was highlighted. Drag correlations as a function of Eötvös number performed better results in comparison to the drag expressions related to Reynolds number. However, the drag correlation as a function of both Reynolds and Eötvös numbers fitted well with experimental results for the riser gas holdup and downcomer liquid velocity in configurations I and II. Positive lift coefficients increase the liquid velocity and decrease the riser gas holdup, while opposite results were obtained for negative values. By studying the effects of bubble size and their shape, the smaller bubbles provide a lower liquid velocity and a gas holdup. The effects of bubble‐induced turbulence and other non‐drag closure models such as turbulent dispersion and added mass forces were analysed. The gas velocity and gas holdup distributions, liquid velocity in the riser and downcomer, vectors of velocity magnitude and streamlines for liquid phase, the dynamics of gas holdup distribution and turbulent viscosity at different superficial gas velocities for different reactor configurations were computed. The effects of various geometrical parameters such as the draft tube clearance and the ratio of the riser to the downcomer cross‐sectional area on liquid velocities in the riser and the downcomer, the gas velocity and the gas holdup were explored. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

多室气升式环流反应器流动特性的数值模拟

在空气-水两相多室气升式环流反应器（MALR）中,采用欧拉欧拉两相流模型对扇形反应室内气液两相流动过程进行了数值模拟研究,考察了上升室的气含率、液体速度随表观气速的变化,最后用实验数据对模拟结果进行了验证.结果表明,某一上升室气含率受该室表观气速的影响较大,与另一上升室表观气速的影响较小;循环液体与上升室流体流动型式有关;气含率和循环液速的模拟值与实验值的平均相对误差分别为5.36％和8.28％;说明了应用数值模拟方法研究MALR流动特性的可行性.     

三相多室气升式环流反应器气含率的研究

在1个4流道的三相多室气升式环流反应器中,以空气-水-K树脂为体系,采用压差法测量气含率,考察了上升室气体表观速率、固体装载量对上升室与下降室气含率的影响.结果表明:上升室的气含率随着该室气体表观速率增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有降低;下降室的气含率随着该室气体表观速率增加呈现3种变化趋势,而随着另...     

气升式环流反应器中的流体动力学研究(Ⅰ)——一维两流体模型

从基本的一维两液体模型出发,全面地考虑了气升式反应器中气体膨胀、气液两相间相互作用和滑移等,建立了反应器的一维模型。通过数值方法求解整个反应器的流体力学方程组。解的结果包括气含率、气体和液体速度等,作者将模型计算结果与大量的实验数据进行了比较,两者相符较好。     

三相多室气升式环流反应器中上升室气含率研究

在一个4流道的多室气升式环流反应器中,以空气-水-K树脂为体系,考察了上升室气体表观速率和固体装载量对上升室气含率的影响。结果表明:上升室的气含率随着该室气体表观速率增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有降低;上升室的气含率均随固体装载量增加而降低。在鼓泡流下,根据漂流通量模型,建立了上升室的气含率模型;上升室气含率的模型计算值和试验值的平均相对误差为6.429%。