模拟胃肠道反应器的参数建立与冷模实验研究

体外消化和发酵实验紧密结合才能模拟完整消化道的功能，现有的模拟胃肠消化和大肠发酵的反应器结构各异且不通用，组合多个独立反应器则增加了实验的复杂程度和设备成本。集成了两类反应器的优势特征，开发了一种采用可编程逻辑控制器（PLC）的模拟胃肠道反应器（GSR），模拟了整体的胃肠道动态特征并与体内数据进行了比较。结果表明模拟胃肠道反应器既可准确模拟胃和小肠的蠕动、排空和混合等动态特征，又可提供肠道微生物的发酵环境。尾气排放和收集装置的设计实现了尾气快速排出和尾气体积的准确计量。模拟胃肠道反应器可为体外探索益生元对肠道微生物作用等研究提供帮助。     

黑曲霉生产柠檬酸的控制论模型

黑曲霉发酵是工业生产柠檬酸的主要途径,研究该过程的动力学模型对更好地理解这一工业微生物的代谢机理有重要意义。基于黑曲霉(Aspergillus niger)柠檬酸发酵过程主要代谢途径的分析,构建了简化的碳代谢网络,建立了胞内物质和酶浓度的平衡模型。引入一阶闭环调节器模型描述发酵初期微生物酶系的建立过程。结合生物反应器模型,给出了重要宏观状态变量(如细胞物质浓度、基质浓度、产物浓度)和胞内酶浓度的动态仿真结果与实验值的对比。     

两级UASB处理PTA废水性能评价及微生物群落特征

采用两级UASB反应器处理模拟精对苯二甲酸(PTA)废水,考察了反应器性能和微生物群落特征。结果表明,两级UASB反应器对高浓度PTA废水处理性能优异,COD去除率和单位COD的甲烷产率可分别达到92.34%和52.38 mL/g,对PTA废水中特征污染物苯甲酸、对苯二甲酸、对甲基苯甲酸的降解率分别高达100%、97.99%、93.73%;互营菌属(Syntrophus)和杆状脱硫菌属(Desulforhabdus)为两级UASB反应器共同的特征优势菌属;一级UASB反应器内酚降解菌(Diaphorobacter)和水解酸化菌(Raineyella)丰度更高,对污染物降解性能提升效果显著,为二级UASB反应器的稳定运行提供保障。     

微生物工程

微生物工程又叫发酵工程。发酵是微生物特有的作用 ,几千年前就已被人类认识并且用来制造酒、面包等食品。微生物工程 ,是大规模发酵生产工艺的总称 ,就是利用微生物的发酵作用 ,通过现代工程技术手段来生产有用物质 ,或者把微生物直接应用于生物反应器的技术。微生物工程是在发酵工艺基础上吸收基因工程、细胞工程和酶工程以及其他技术的成果而形成的。发酵工程与化学工业、医药、食品、能源、环境保护和农牧业等许多领域关系密切 ,对它的开发有很大的经济效益。ＤＮＡ重组技术和生物反应器 (装有固定化酶的容器 ,能进行生物化学合成 ) ,是…     

泰勒涡柱作用下微生物生长动力学的研究

采用新型进气装置在反应器中构建了泰勒涡柱流,以提高发酵液中溶氧水平,并与带常规空气进气装置的反应器进行了对比,推导出发酵液中溶氧浓度与反应器中微生物浓度之间的对应关系,考察了泰勒涡柱作用下的微生物生长动力学。结果表明,微生物比生长速率与通入发酵液中的气泡尺寸和气体比表面积成正比;微生物生长过程与气泡吸附过程有关,可通过改变吸附量来改变发酵过程。对于建立吸附发酵生长动力学模型和实现微生物高密度培养具有一定的指导意义。     

循环推流式固定化微生物反应器内部流场数值模拟与结构优化

设计一种循环推流式固定化微生物反应器,并利用Fluent软件对不同结构的反应器内部流场进行了数值模拟,得到反应器内流场多相流的速度分布云图和速度矢量图,揭示了不同结构反应器内流体的流动状态。通过对数值模拟的结果进行分析,得出曝气头安装高度为580mm时,反应器内流体流动更流畅,气提效果更好。通过对循环推流式固定化微生物反应器进行实验验证,证实仿真结果与实验结果吻合。     

合成甲醇基元过程瞬态动力学的模型化(Ⅱ)——合成甲醇瞬态动力学

在基元过程序列结构判识的基础上,以傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)气体池作为检测器,采用动态响应技术,进行了合成甲醇过程瞬态动力学的实验研究,得到了微型反应器尾气中各主要物种的浓度对反应器进料浓度阶跃变化的动态响应数据。基于瞬态速率模型对实验数据的拟合,得到了由H_2/CO/CO_2合成甲醇初步的瞬态动力学关系。     

MODELING OF ELEMENTARY PROCESS KINETICS FOR METHANOL SYNTHESIS (Ⅱ )A TRANSIENT KINETIC MODEL OF METHANOL SYNTHESIS FROM CO/CO_2/H_2

在基元过程序列结构判识的基础上,以傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)气体池作为检测器,采用动态响应技术,进行了合成甲醇过程瞬态动力学的实验研究,得到了微型反应器尾气中各主要物种的浓度对反应器进料浓度阶跃变化的动态响应数据。基于瞬态速率模型对实验数据的拟合,得到了由H_2/CO/CO_2合成甲醇初步的瞬态动力学关系。     

石油化工过程计算流体力学模拟分析

介绍了如何运用计算流体力学(CFD)方法对石油化工中的催化裂化、催化重整和烃类裂解制乙烯等典型过程进行模拟研究。首先分析各过程的流动、传递和反应特征,然后基于CFD方法建立可准确描述反应器特性的数学模型,应用这些数学模型对工业反应器进行模拟分析,获得反应器内部详细的速度、温度和浓度分布,揭示这些过程中流动、传递与化学反应规律以及相互之间的耦合机制,指导工业生产过程的科学设计、问题诊断和操作优化。     

基于Euler-Lagrange框架的生物反应过程的数值模拟研究

工业规模反应器内部出现的底物浓度、溶氧等环境条件非均一性分布会对菌群的生理代谢产生不利影响,进而引起产品产率下降、副产物生成。研究反应器内非均一性影响的方法主要可分为实验法和模拟法。文中主要建立了一种基于OpenFOAM的计算流体力学和生物反应动力学模型耦合的计算模拟方法,为生物过程高效放大提供模拟工具。构建了基于Euler-Lagrange方法的耦合模拟方法,实现了速度场控制的物质输运、速度场控制的粒子运动、粒子读取环境浓度信息、耦合求解描述细胞动力学模型的微分方程组、粒子浓度信息反馈给环境浓度场等功能。最后将描述地衣芽孢杆菌发酵代谢产酸的动力学模型整合到搭建的框架中,通过5 L反应器内的批发酵模拟验证了新方法在计算流程上的可行性。在此基础上进行了批发酵和补料分批发酵反应器内部环境非均一性的初步探索,通过50 L反应器内补料发酵的模拟,初步研究了长时间的底物浓度非均一性对菌群代谢的累积影响。     

发酵制氢废液的微生物电解池产氢

采用单室微生物电解池（MEC）反应器为实验装置,通过预处理技术强化发酵制氢废液中乙酸的积累,并将该发酵废液作为底物,考察了以废液中累积的乙酸作为主要电子供体、碳布为阳极、涂布有Ni纳米颗粒的不锈钢网为催化阴极的产氢效果。结果表明,在MEC中,以预处理的发酵制氢废液积累的乙酸为底物,最高产氢率可达(1.31±0.04) m3H2/(m3?d)和(2.78±0.11) mLH2/mgCOD,同时可获得138.6%±3.1%的能量效率和99.0%±0.3%的COD去除率。实验表明,利用MEC可将发酵末端产物进一步降解,从而减弱了“发酵障碍”现象,实现了治污和产能的统一。     

枯草芽孢杆菌液体深层培养过程研究

枯草芽孢杆菌是一种可产生抗逆内生孢子的杆状细菌,在自然界广泛存在。它可改善动物肠道菌群、提高消化酶活性,被越来越多地研制成饲用微生态制剂。枯草芽孢杆菌是应用最广泛的产酶微生物,其可以用于生产淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶、5’-核苷酸酶、碱性磷酸酶等。枯草芽孢杆菌的培养有固体培养和液体深层培养等方式,各具特点。目前生物发酵生产的主要方式是机械化程度较高的液体深层发酵培养。对枯草芽孢杆菌液态培养的过程进行了跟踪研究。     

油脂厌氧消化中LCFAs的危害及调控策略研究进展

重点阐述了油脂厌氧代谢途径及微生物作用机理,概述了LCFAs积累对厌氧消化的抑制作用,并从联合消化、添加微量元素或缓冲剂、微生物驯化和反应器开发等角度总结了调控油脂厌氧消化的措施和方法,并结合存在的问题对今后的发展方向和应用原则进行了概括。     

油脂厌氧消化中LCFAs的危害及调控策略研究进展

重点阐述了油脂厌氧代谢途径及微生物作用机理,概述了LCFAs积累对厌氧消化的抑制作用,并从联合消化、添加微量元素或缓冲剂、微生物驯化和反应器开发等角度总结了调控油脂厌氧消化的措施和方法,并结合存在的问题对今后的发展方向和应用原则进行了概括。     

含硫烟气的硫化钠-硫磺法脱硫工艺模拟及优化

采用改进的硫化钠-硫磺法联合处理含硫烟气与黄磷尾气,使含硫烟气达到超低排放标准。利用化工模拟软件AspenPlus对300MW机组的电厂烟气脱硫进行了全流程模拟,并利用AspenPlus灵敏度分析和ComsolMultiphysics软件对Na_2SO_4还原反应条件如温度、反应器体积、Na_2SO_4粒径等进行了优化。通过模拟可知,经处理后的尾气满足超低排放标准,同时可副产12kt/a的硫磺粉与18kt/a的工业级液体CO_2,为改进硫化钠-硫磺法的工业应用提供了基础数据。     

折流式厌氧反应器启动的关键因素探讨

厌氧折流板反应器(ABR)是一种具有分阶段多相厌氧反应器工艺思想(SMPA)的新型高效厌氧反应器,ABR反应器前面隔室中以产酸菌为优势菌群,后面隔室中以产甲烷为优势菌群,使消化反应的产酸相和产甲烷相沿程得到分离,参与厌氧消化过程的微生物能够生长于各自最佳的生长环境中,使厌氧消化过程的效率大大提高。厌氧折流板反应器的启动跟多因素有关,研究证明低有机负荷,长停留时间是反应器启动的关键,直接接种厌氧颗粒污泥有助于反应器的快速启动。在合适的条件下,反应器内可形成良好的按沿程分布优势菌属的颗粒污泥。     

用于微生物石油脱蜡的新型气升环流反应器

本文报导了一种新型气升环流反应器,对反应器中液相流型、气含率与操作条件之间的关系进行了实验考察。利用气升环流反应器强化传质和混合的原理,将一个100m^3鼓泡塔反应器改造成三管循环的气升环流反应器,发酵试验结果表明气升环流反应器微生物脱蜡周期比原鼓泡反应器缩短4倍,气升环流反应器能耗比鼓泡反应器降低约30％。     

SMBR中消化反应的动力学研究

在一体式膜生物反应器处理稀土氨氮废水的实验中,为进一步了解一体式膜生物反应器中氨氮降解规律及微生物生长的动力学模型,通过合理的理论推导和实验验证,得出消化过程中的基质降解的动力学模型,测出了基质降解动力学模型中的相关参数,并推导出了微生物生长的动力学模型。结果表明:氨氮降解符合Monod方程,并从生物膜组成角度,清楚地揭示其生长动力学行为的变化。     

合成气乙醇发酵技术研究进展

采用合成气发酵生产燃料乙醇具有反应条件温和、产物耐受性好、原料来源丰富等优点,是燃料乙醇生产的一种新型工艺。文章综述了国内外合成气厌氧发酵的微生物种类,常见合成气乙醇发酵微生物的生长、代谢特点以及底物利用范围;分析了合成气乙醇发酵的Wood-Ljungdahl代谢途径,以及Wood-Ljungdahl代谢途径中涉及的关键酶类甲酸脱氢酶和CO脱氢酶/乙酰辅酶A合成酶;探讨了过程工艺参数如培养介质、还原剂、pH、气体组成、终产物、培养基和培养方法对合成气发酵的影响;比较了不同反应器在体积传质系数等方面的差异,并重点分析了搅拌罐式反应器和柱式反应器等的反应特点。 同时,对合成气发酵的未来发展方向进行了展望。     

3-氨基-4-酰胺肟基呋咱合成过程动态模拟

利用ChemCAD间歇动态反应器模块,根据3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)中间体3-氨基-4-酰胺肟基呋咱(AAOF)合成反应实际情况,建立新化合物基础物性数据模型,在采集合成实验数据的基础上,定义工艺模拟流程,输入反应器的模型参数,建立合成动态反应器模型,进行3-氨基-4-酰胺肟基呋咱合成过程动态模拟,得到动态反应器内各组分、热负荷随时间的变化情况和实时数据。计算表明,模拟结果同实验小试的结果相吻合,能够很好地反映合成实际情况,且具有较好的动态特性。通过模拟来分析和考察其合成工艺中相关的复杂物理、化学反应、动力学反应、热量平衡,解释合成实验数据,本研究对AAOF的工艺放大和工程化设计具有十分重要的意义和实用价值。