与膜耦合的细胞固定化串联发酵制乙醇的研究

利用植物纤维作为廉价的糖源生产燃料乙醇是解决世界能源危机的最有效途径.今研究采用海藻酸钙固定普通酿酒酵母细胞和嗜鞣管囊酵母细胞于两个串联的发酵罐内,连续发酵葡萄糖和木糖组成的糖液并与膜耦合来制取酒精.通过硅橡胶膜(PDMS)的渗透蒸发过程,将产品乙醇从发酵液中移出,减少了产物乙醇对发酵的抑制作用.实验结果表明,这套采用海藻酸钙固定酵母细胞进行连续发酵并与膜耦合的生物反应器系统,在稀释率为0.321 h-1下稳定运行,剩余葡萄糖和木糖浓度分别为0.134、4.921 g·L-1,乙醇得率为O.457 g(乙醇)·g-1(糖),是理论得率的92.64%.生产能力达到10.996 g·L-1·h-1.与其它发酵方式相比较,用海藻酸钙来固定细胞并与膜耦合的发酵过程可增大酵母细胞浓度,明显降低乙醇对酵母的抑制作用,并提高糖的转化率.     

固体材料性质对生物垢形成的影响

从固体材料表面性质入手 ,探讨了材料的表面粗糙度、表面自由能、界面能以及材料与生物垢之间的界面能对生物垢形成的影响。实验结果表明 :在 0 2 9～ 1 82 μm内 ,材料的表面粗糙度越大越有利于生物垢的形成 ;在 11 7～ 38 3mN/m内 ,材料的表面自由能和固 -液界面能与生物垢形成之间没有简单、直接的关系 ;在 1 3～ 18 0mN/m内 ,固体材料与生物垢之间的界面能对生物垢的形成存在一个极大值 ,此时的界面能约为 3 4mN/m。     

滴状冷凝初始液滴的形成机理

滴状冷凝初始液滴形成机理一直是悬而未决的问题。鉴于镁能与热水（冷凝液）反应，反应后镁表面的化学成分将发生变化，采用金属镁作为冷凝表面，在实验中通过控制过冷度和冷凝时间而实现蒸汽在镁表面的初始冷凝。然后应用电子探针（EPMA）技术分析冷凝前后试件表面化学成分的变化，用于推断蒸汽的初始冷凝状态。实验结果表明，镁表面氧元素的含量随着过冷度和冷凝时间增加而明显增加，并且氧元素在镁表面的分布是不均匀的。这些结果说明在固体表面上发生初始冷凝时凝液是成核状态的，而不是成膜状态。因此，滴状冷凝初始液滴形成机理符合成核中心假说。     

水系统中微生物和碳酸钙混合垢的形成过程

实验通过固定循环系统中荧光假单孢菌的数量,研究了不同材料表面上,随着水中碳酸钙浓度的改变,混合垢生长曲线的特征。结果发现随着碳酸钙浓度的增大,平均污垢量及标准偏差随之降低;碳酸钙的浓度不是影响非金属材料诱导期的主要因素,但对于金属材料却存在较大影响。同时,实验还确定了垢层的结构及性质,分析了污垢形成的机理:首先是碳酸钙颗粒和有机大分子吸附到材料表面上,然后是微生物的粘附生长。碳酸钙的存在影响微生物与表面的结合,反之亦然。     

表面形貌对初始滴状冷凝的影响

鉴于镁能与热水（冷凝液）反应,反应后镁表面的化学成分将发生变化,初始冷凝液核的形态将被保留在镁表面上,所以本实验采用金属镁作为冷凝表面。同时为了研究冷凝表面微观形貌同滴状冷凝之间的关系,在相近的冷凝条件下,选取不同磁控溅射条件下制备的镁膜作为冷凝表面,采用分形理论对镁表面冷凝前表面形貌的复杂程度进行量化研究,运用差分计盒维数法计算镁表面冷凝前表面形貌的分形维数。结果表明冷凝试件的表面形貌特征对初始滴状冷凝的液核数有较大影响,其分形维数不同,冷凝后镁表面初始液核数也不同。在实验的基础上,建立了能够反映表面分形维数对成核中心密度影响的定量关系式。     

超疏水表面微通道内水的流动特性

在铝制微通道内壁上制造出超疏水表面，水滴在其表面上的接触角达到153°。对水在内径同为0.60 mm的超疏水微通道和超亲水微通道中流动的压降进行实验测定与对比，得出水在超疏水微通道内的流动阻力降有明显降低，降低的最大值可达25%。研究了水在超疏水微通道内的流动特性，发现水由层流向湍流转变发生在Reynolds数为2500左右，且在层流范围内fRe值基本保持不变。通过计算得出了不同流量下水在超疏水表面微通道壁面处的滑移速度和滑移长度，结果显示滑移速度和滑移长度均随流量的增大而增大。     

流态化固体颗粒对载气蒸发传热的强化

Heat transfer characteristics are studied for gas carrying evaporation with fluidized solid particles in a vertical rectangular conduit. Experimental results show that heat transfer of gas carrying evaporation is enhanced and the superheat of liquid in contact with heating surface lowers remarkably by introducing solid particles. Nucleate boiling on the heating surface is suppressed to a considerable degree. The mechanism of heat transfer enhancement by fluidized solid particles is analyzed with the consideration of collisions of solid particles with the boiling vapor bubbles.     

气液反应与传质综合型教学实验技术开发

本文根据新时期创新型人才培养的需要,在本校已开出的教学实验及科研工作的基础上,开发出以Na2SO3水溶液吸收氧的气液反应与传质学的研究型与综合型教学实验。整个实验较好地反映了化学反应工程、化工传递过程及分离工程这三门化学工程专业核心专业课的有关重要理论与原理,可对多数同学开出一级与二级气液反应动力学常数的测定的实验,对能力较强、兴趣浓厚的同学可继续进行填料塔等气液传质设备的液相传质系数与相际接触界面积测定的研究型与综合型实验,对学生的综合思维与科学研究能力的培养颇有益处。在本实验装置上,还可进行新型的气液传质设备与新型填料性能的测试与研究。     

高频三角波电磁场防治水系统中微生物污垢的研究

工业水系统中微生物污垢广泛存在，实验采用高频三角波对模拟工业水系统中的微生物污垢的防治进行了研究。主要考察了不同流速的流体在未处理和经过不同频率高频三角波处理后，不同材料表面上微生物污垢的生长量的差别以及微生物污垢的生长厚度和形态方面的差异。结果表明：一定流速下5000Hz高频三角波电磁场对实验中使用的非金属材料有明显抑制其表面微生物污垢生长的作用，但是对实验中的金属材料没有抑制作用；高频三角波的抑制作用在距离加载位置较近的实验段比在距离较远的实验段的作用突出，随着与加载位置距离的增大，抑制作用逐渐减弱。     

超疏水表面微通道内水的传热特性

微通道传热效率高但流动阻力大,超疏水表面因其与水具有滑移边界而表现出低流阻的特征,在微过程中具有应用前景。利用化学刻蚀法制备出具有微纳米阶层结构的铝基超疏水表面微通道(内径为0.68mm)。在超疏/亲水微通道内进行了水的流动传热实验研究,并将结果进行对比。研究发现存在于超疏水表面微纳米结构里的气泡层减小了水的流动阻力,也降低了表面传热系数,但降低程度明显小于流动阻力的降低,传热系数高于考虑纳米气泡层计算的传热系数。因此认为在水的滑移速度作用下,凹穴中微纳米级气泡内产生了气体的涡旋流动,一定程度上增强了传热效果。