超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

超声场与添加剂对鼓泡塔中传质性能的影响?

利用超声场鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪实时测定了加入不同种类和不同浓度添加剂前后鼓泡塔内氨气气含率与传质系数变化规律。实验结果表明：无添加剂时,超声频率为20-50-100 kHz组合,功率100 W时,鼓泡塔内气含率比无超声作用时增加了37%~74%,传质系数增大了39%~61%;气含率和传质系数随加入正辛醇浓度的增大呈现逐渐增长的趋势,当正辛醇浓度超过1.0%(V)时,气含率和传质系数趋于稳定;超声频率为20-50-100 kHz组合,超声功率100 W,正辛醇浓度为1.0%时鼓泡塔内气含率比无添加剂加入时增加了20%,传质系数增大了16%,可见超声场与添加剂协同作用有利强化气液相间分布、提高传质效果。     

超声场与添加剂对鼓泡塔中传质性能的影响

利用超声场鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪实时测定了加入不同种类和不同浓度添加剂前后鼓泡塔内氨气气含率与传质系数变化规律。实验结果表明:无添加剂时,超声频率为20-50-100 kHz组合,功率100 W时,鼓泡塔内气含率比无超声作用时增加了37%~74%,传质系数增大了39%~61%;气含率和传质系数随加入正辛醇浓度的增大呈现逐渐增长的趋势,当正辛醇浓度超过1.0%(V)时,气含率和传质系数趋于稳定;超声频率为20-50-100 kHz组合,超声功率100 W,正辛醇浓度为1.0%时鼓泡塔内气含率比无添加剂加入时增加了20%,传质系数增大了16%,可见超声场与添加剂协同作用有利强化气液相间分布、提高传质效果。     

鼓泡塔中非牛顿流体体系的传质研究

本文在直径0.10 m、高1.05 m的鼓泡塔中,以羧甲基纤维素钠作为模拟介质,采用单孔喷嘴布气、孔径d_o=0.01 m,测定了该类反应器的比相界面积和容积传质系数,提出了比相界面积和传质系数的关联式。     

鼓泡塔反应器中乙烯-苯体系气液传质系数的测定

以乙烯-苯系统为对象,借助计算机图像处理技术,采用单孔进气,研究了常温常压下鼓泡塔反应器内的传质特性.实验结果表明:在塔内液体循环速度0.02m·s-1,空塔气速2.1×10-1~6.1×10-1m·s-1、进气孔径0.8~2mm实验条件下,乙烯在苯中的吸收溶解过程主要与温度、压力及气体和液体的性质有关;吸收过程刚开始时,气泡当量直径较大,气泡消失速率较大,吸收过程类似于CO2在水中的吸收过程;气液传质比表面积α随着空塔气速的增大而增大,孔径和空塔气速的影响可以忽略;气液传质系数κL受空塔气速、进气孔径变化的影响很小,其值约为1.372×10-1m·s-1.     

发酵液中添加物对氧传质系数的影响

研究了发酵液中各种添加物质对液相体积传质系数的影响,对不稳态解吸平均浓度法测定传质系数的数学模型进行了修正,并从理论分析推导出传质系数的关联式.实验表明,大分子碳源、氮源能降低液相体积传质系数.尿素和离子强度低于0.02kmol/m~3的无机盐溶液对传质系数无影响,离子强度高于0.02kmol/m~3的无机盐和葡萄糖溶液能提高传质系数.根据各物质对传质系数的不同影响,分别确定出关联式中的各个参数.模型关联式与实验值吻合较好.     

分布器对鼓泡塔中气泡直径分布的影响

采用电导探针测定了冷态鼓泡塔中不同气速下的气泡直径及气含率的轴向分布,考察了分布板对鼓泡塔操作性能的影响.结果表明:随着开孔率的减小,从均匀鼓泡区到过渡区的转变提前;在均匀鼓泡区,开孔率对气泡直径影响较小;在过渡区,开孔率大的分布器形成的稳定气泡直径较小、气含率较大;分布板开孔直径越大,形成的初始气泡直径越大,但对轴向气泡直径分布的影响仅限于分布器区.包含分布器影响的气泡直径经验关联式为d/D=140.2Bo-0.5Ga-0.12Fr0.099(h/D)-0.15T-0.34(0.5 cm/s＜ug＜7 cm/s).     

鼓泡塔细胞反应器流体力学与传质特性

以超大规模细胞培养为目的,构建了与细胞培养体系十分接近的冷模实验体系,系统地研究了微载体(Cytodex I)、细胞保护剂(Pluronic F68)和消泡剂(Antifoam C)对鼓泡塔反应器中气、固、液三相流流体力学和氧传质特性的影响。在0.04～0.17cm/s 表观气速范围内采用 50 μm 孔径的烧结金属滤芯曝气时,在含有 0.5 和 1.0 g/L 的 Pluronic F68 的磷酸盐缓冲溶液冷模体系中,气含率与表观气速成线性增加关系,而气泡直径受表观气速影响较小;相同气速下的冷模体系与空气-水体系相比,气含率显著提高,气泡直径明显减小。在所研究的表观气速范围内微载体均可全悬浮,对气含率有一定增强,但微载体浓度为14%～20% 时对气泡大小几乎无影响。消泡剂用量在 1.60×10^-4时,可以有效抑制泡沫的形成。添加剂对液膜传质系数 k_L有较大负面作用,抵消了小气泡带来的传质面积增加,总的体积传质系数k_La 变化不大。Euler-Euler 多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好,可用于指导反应器放...     

化学法测定鼓泡塔中的相界面积和传质系数

本文开发了一种新的物质，用Na2SO3溶液吸收空气中的O2，并伴有物理解吸C2H4来同时测定α和kL，以保证α和kL的测定在同一流体力学条件下进行，在单气泡时，将Na2SO3-O2-C2H4系统测得的αchem与通过气泡大小及上升速度经计算而得到的αgeo进行了比较，校核了αchem的准确性，并将此系统测得的kL,C2H4与化学法测得的kL,o2进行了比较，得知它们十分接近，且其关系符合Danckwerts模型。将该物系用于气泡群，测定了不同空塔气速下的α、kL和ε，并进行了数据关联，取得了相当满意的结果。通过对不同清液层高度下传质系数的测量，发现喷嘴附近的传质系数比全塔平均值高3－5倍，说明有相当比例的传质发生在喷嘴附近。     

浆态鼓泡床反应器气液传质特性的研究进展

本文总结了有关浆态鼓泡床反应器气液传质特性的研究成果。详细地阐述了主要影响因素如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质,固体浓度及其物性等对传质特性的影响,并对浆态鼓泡床传质模型进行了归纳介绍,最后对反应器未来的研究方向进行了预测。     

Gas hold-up and volumetric mass transfer coefficient in bubble columns under foam control

Experimental measurements of the gas hold-up and volumetric mass transfer coefficient have been made for baffle columns (BCs) reacting various foaming liquids under mechanical and chemical foam control. The gas hold-up and the volumetric mass transfer coefficient in a mechanical foam-control system (BCs with rating-disk mechanical foam-breakers) were larger than those in a chemical foam-control system (BCs with an antifoam agent added). Correlations for the gas hold-up and the volumetric mass transfer coefficient in BCs under foam control are presented. Comparison of the volumetric mass transfer coefficient between the mechanical foam-control system and the chemical foam-control system in terms of the specific power input also demonstrated higher mass transfer performance and saving power requirements for the mechanical foam-control system.     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

Hydrodynamic studies with foaming and non-newtonian solutions in bubble columns

Experiments were conducted in 0.05 m ID and 0.23 m ID by 3 m tall bubble columns to study the effect of surfactants and viscosity of liquid medium on gas hold-up and Sauter mean bubble diameter. The addition of n-butanol (0.5 and 1 wt.%) to water leads to the formation of foam and consequently produces higher gas hold-ups. The foam could be eliminated completely with the addition of a sufficient quantity (0.5 wt.%) of carboxymethyl cellulose to the aqueous alcohol solution. In the absence of foam, gas hold-ups were similar to those obtained with pure liquids. Sauter mean bubble diameters, obtained using the dynamic gas disengagement technique, increase with viscosity of liquid medium.     

HYDRODYNAMIC STUDIES IN FISCHER-TROPSCH DERIVED WAXES IN A BUBBLE COLUMN

Gas hold-up and Sauter mean bubble diameter measurements were made in a 0.051 m diameter by 3 m long glass bubble column in the system, nitrogen-molten wax, with three different waxes (paraffin wax FT-300, Sasol's Arge wax and Mobil's reactor wax). Paraffin wax has a tendency to foam and gas hold-up is a strong function of gas distributor type, temperature and start-up procedure, whereas the reactor waxes do not foam and are much less affected by these variables, In experiments at 265°C with a 1.85 mm single hole orifice plate distributor the gas hold-ups were nearly the same for all three waxes. However, significant differences in Sauter mean bubble diameters were obtained in experiments with different waxes; FT-300 wax produced the smallest Sauter mean bubble diameters whereas Mobil's reactor wax produced the largest bubbles. Addition of 1-octadecanol and octadecanoic acid (up to 10wt%) to the FT-300 paraffin wax caused an increase in gas hold-up and a delay in the foam break-up in runs at 265°C with the 1.85 mm orifice plate distributor.     

高温高压下浆态鼓泡床气液传质系数的测定

采用气体动态吸收法,对高温高压下浆态鼓泡床中气液传质系数进行了测定,考察了系统压力、温度、表观气速及固含量等操作条件对传质系数的影响. 结果表明,在温度298~473 K、气体压力1.0~3.0 MPa、表观气速0.03~0.10 m/s、固含量0%~20%(w)的实验条件下,体积传质系数随着压力、温度及表观气速的增加而增大,随固含量的增加而减小. 同时对不同塔径的传质系数进行了比较,表明在相同的操作条件下,大塔的传质系数略高于小塔.