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。     

气升式环流反应器数值模拟研究进展

介绍了计算流体力学在气升式环流反应器(二相、三相)中的应用,汇总并介绍了气升式环流反应器的气含率和循环液速的二维与三维数值模拟结果,提出今后进一步的研究方向。     

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。     

面积比及筛网对环流反应器流动与传质的影响

通过实验考察了具有不同上升区与下降区面积比的内循环气升式环流反应器气含率、循环液速以及循环流量等,确定了具有较高气含率、循环液速及循环流量的环流反应器结构。随后在环流反应器的上部布置筛网,改变气泡进入下降区的流动形态,考察筛网对于环流反应器流体力学以及传质性能的影响。结果表明:上升区与下降区面积比接近为1的反应器流动性能最好;在内套筒上部布置筛网会改变气泡由上升区进入到下降区的流动形态,流动形态分为3种,无气泡进入下降区、仅有小气泡进入下降区以及全部小气泡以及部分大气泡进入下降区。筛网孔径会影响环流反应器中的气含率、循环液速、循环流量以及传质系数,可以通过优化筛网孔径而提高流动与传质性能。     

气升式环流反应器在不同体系下的循环液速和局部气含率

在气升式环流反应器中,分别研究了空气—水、空气-0．1％乙醇水溶液和空气-水-活性污泥体系中的循环液速以及气含率随操作条件的变化规律。实验结果表明,循环液速随着表观气速的增加而增大,不同体系中的循环液速差别不大;导流筒内、外不同高度处的局部气含率均呈自下向上增大的趋势,且导流筒内部气含率高于导流筒外部的气含率。体系的聚并特性对平均气含率和局部气含率有较大影响。     

加压环流反应器气含率分布实验研究

在Φ600mm×6000mm的中心气升式不锈钢环流反应器内,选用水、氮气、氩气作为实验介质,在连续进料的操作条件下,表观液速UL为0.008m·s-1,表观气速Ug范围是0.02~0.12m·s-1,在体系压力0~2.0MPa的压力条件下进行实验,测量了各个区域的气含率。结果表明环流反应器各个区域的气含率各不相同,但均随空塔气速以及体系压力的增加而增大。相同的工况下,添加正丁醇的体系气含率明显高于纯水体系,对于确定体系的环流反应器,循环液速不会随体系压力和空塔气速增大而一直增大,当体系压力和空塔气速大过某一个值时,循环液速基本不再变化。     

喷射环流反应器的放大效应

实验测量了两种塔径(?200和?500mm)和两种操作模式(气体单独喷射和气液同轴喷射)下喷射环流反应器内的全塔平均气含率、局部气含率及轴向液速径向分布、循环液速,归纳出全塔平均气含率的关联式。实验发现,喷射环流反应器具有十分显著的放大效应。小塔(?200)与大塔(?500)中的全塔平均气含率存在很大差异:小塔的全塔平均气含率～气速关系曲线比大塔陡峭,低气速下小塔气含率低于大塔、较高气速下高于大塔。根据漂移通量法分析得到小塔中流型转变点在表观气速0.1 m·s~(-1)左右,在实验气速范围内只存在拟均匀鼓泡流;大塔中流型转变点在表观气速0.04 m·s~(-1)左右,随气速增大从拟均匀鼓泡流转变为湍动鼓泡流。喷射环流反应器比气升式环流反应器、一般鼓泡塔全塔平均气含率略低,但循环液速更大,适用于强化固体悬浮与混合的气液固三相反应过程。     

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     

大颗粒三相环隙气升式环流反应器流体力学行为

研究了大颗粒体系气升式环流反应器的流体力学行为,考察了表观气速和颗粒质量分数对床层膨胀高度、循环液速和固含率分布的影响。实验结果表明,按颗粒的运动状态不同可以将反应器内的流动分为3个区域,即固定床区域、膨胀床区域和循环床区域,各流动区域内的流动行为存在显著差异。随着颗粒质量浓度的增大,起始流化气速和最小循环气速均显著增大。基于三相流化床的流化模型和环流反应器的特点建立了相应的数学模型,对大颗粒三相气升式环流反应器的起始流化气速和最小循环气速进行了预测,模型预测值与实验测量值吻合良好。     

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.