气升式环流反应器的理论研究进展

概述了气升式环流反应器的流体力学模型,对工程实用性较强的气液两流体模型和气泡导致的湍动模型进行了分类,并对常见相间作用力模型和多相流求解技术进行了总结和评价. 指出将Favre平均的两流体模型和采用Sato模型考虑气泡导致湍动的k-e模型相结合是现阶段气升式环流反应器设计和放大的有力工具. 在分析了气液两相流理论现状的基础上,指出了其存在的问题和进一步的研究方向.     

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     

微气泡耦合生物反应器的研究进展

微气泡具有气液接触面积大、气体溶解速率快、上升速度慢和水中停留时间长等理化特征,非常适合于高气液传质效率需求的生物发酵过程。本文介绍了能够耦合生物反应器的几种微气泡发生装置,分别为微气泡分散器、微孔膜、流体振荡器耦合微孔膜和微气泡曝气搅拌桨;并简述了微气泡发生装置耦合搅拌式生物反应器、气升式生物反应器和生物膜反应器在生物反应过程的应用进展;最后回顾了二氧化碳微气泡在生物反应器的应用研究进展。指出微气泡耦合生物反应器的研究仍处于起步阶段,在放大规律和能耗方面仍处于研究空白。微气泡耦合生物反应器的发展对工业生物技术、石油化工、污水处理和资源再利用等的发展具有重要的意义。     

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。     

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。     

底部间隙对多室环流反应器流动特性的影响

在空气-水-石英砂三相多室气升式环流反应器(MALR)中,调节底部转角连接处间隙高度分别为18,28,38mm,在表观气速1.2～4.2cm/s范围内,实验研究了底部阻力系数、相含率、循环液速随反应器底部间隙的变化规律。结果表明,随着底部间隙的增大,底部转角处的局部阻力系数减小,循环液速增大,流体夹带进入下降室的气泡和固体颗粒均增多,下降室的气含率和固含率均增大。     

装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟,研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明,筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程,筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡,增加了气泡比表面积(a);筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差,从而提高了该区域的液膜传质系数(kL),强化了反应器内的气液传质效果。     

气升-射流式多段环流反应器的流体力学和传质特性

气升式环流反应器在气液或气液固三相反应以及分离过程应用广泛,为提高气液分布和传质性能,在气升式多段环流反应器的第2段引入射流,开发一种气升-射流式多段环流反应器.在160 L的实验装置中,以水-空气体系,研究了气升-射流式多段环流反应器的流体力学和传质特性.射流可减小上升气泡的弦长,提高总体气含率,改善下降段气液分布,...     

气升式多通道膜反应器气促湍动过程的研究

构建了气升式多通道膜反应器(ALMR)的气升过程模型,分析了气升通道和曝气量Q_G等参数对流体气含率ε、气升液速v_L的影响。结果表明在实验条件下,ε随Q_G和气泡尺寸的增大而增大;扩大气升通道直径可有效提高气泡上升速率,降低流体的ε,随着导流筒长度h的增大ε减小,气速较液速增长更快,且该现象随Q_G的增大更为显著;气升过程存在剧烈的搅混作用,随着Q_G的增大,液流量Q_L和v_L逐渐增大并趋于稳定液体气升方向动能较曝气输入功低了2个数量级,过程的耗散功△E则呈近线性增长;△E/h保持稳定不随h的变化而变化。     

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。     

气泡循环流动型膜生物反应器流体力学特性研究

以气升式环流反应器和膜生物反应器为基础,提出气泡循环流动型膜生物反应器的概念.利用气液循环流动减缓膜污染,通过充压渗透的操作方式,降低水处理能耗与设备投资.实验研究了下降管内中空纤维膜填充率对反应器的平均气含率、循环液速等流体力学性能的影响,使用模拟体系考察膜分离性能. 研究结果表明:循环流动的气液两相能够明显缓解膜污染,提高膜渗透通量;利用充压渗透的操作方式可以实现膜分离过程,同时加压操作会导致平均气含率减小,循环液速降低.在理论分析基础上,导出平均气含率、循环液速随操作气速和压强的变化关系.     

超声波气升式内循环反应器流体力学性能研究

研究了超声波对气升式内循环反应器流体力学性能的促进作用,重点考察比较了有无超声波时气升式反应器性能及超声功率对反应器气含率、液体循环速度、混合时间等的影响。实验证明,超声波的加入对气含率未见影响,有使液体循环速度逐渐减小的趋势,而对混合时间的影响较复杂。在小气速下,小功率超声波促进流体的径向混合,随着超声功率的增加,超声振动阻碍流体的径向混合,因而存在一个最佳的超声功率,并且超声波对混合时间的影响随着表观气速的增加而逐渐减小。提出了该反应器流体力学关联式。     

微气泡和微液滴双强化脱硫反应器操作分析

中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心开发了微气泡和微液滴双强化脱硫反应器。该脱硫反应器采用微气泡和微液滴双强化手段改进吸收方式，将过去脱硫塔内毫米级的大气泡变为200μm以下的微气泡，将液体流动方式由溢流式变为喷淋式，提高了醇胺法脱硫的气液传质效率，并采用新型内构件代替塔板，简化了脱硫塔的复杂程度，相比板式吸收塔具有更小的高度。试验探究了新型脱硫反应器运行时，溶剂液位高度、吸收温度及溶剂循环量对净化效率的影响情况，并考察了不同溶剂液位高度下的压力降。结果表明：该脱硫反应器的压力降较小，脱硫效率较高，能够满足净化气H₂S质量浓度≤50mg/m³的要求；当原料气处理量为50m³/h时，最佳操作条件为溶剂液位高度800mm、吸收温度40℃、溶剂循环量0.8m³/h。     

气体分布器对气升式反应器内流场和传质特性的影响

在气升式反应器冷模实验装置中,研究了气体分布器类型及结构参数对流场和传质的影响规律。结果表明：与环形分布器和四喷嘴分布器相比,采用半球形分布器时平均气含率更高、气含率径向分布更均匀、气泡直径更小、比表面积更大、下降段液速更大、液相体积传质系数更高。气升式废水处理反应器中选用半球形气体分布器可获得更好的混合和传质效果。进一步考察了半球形分布器开孔率和开孔角度对气含率、下降段液速和体积传质系数的影响,确定了最优开孔率为0.457%、最优开孔角度为45o。研究结果可为气升式反应器的工业设计和操作优化提供依据。     

气升式陶瓷膜-生物反应器渗透通量的实验研究

为了降低陶瓷膜-生物反应器的能耗、同时提高膜的渗透通量，本文将气升式外循环引入膜-生物反应器的设计。实验条件下，搭建了气升式陶瓷膜-生物反应器装置，研究了导气管直径、气升位置、气速、气体性质等循环条件对渗透通量的影响；并在相同条件下与液体不循环的过滤相比较，证明采用气升循环可以较大提高膜的渗透通量。     

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。     

气升式内环流反应器流场及传质特性数值模拟

采用双流体模型和气液二相流体动力学理论建立了气升式环流反应器流体流动的数学模型,在此模型的基础上利用溶质渗透理论和各向同性湍流理论建立了局部液相体积传质系数数学模型。采用计算流体软件F luent对气升式环流反应器内气液二相流动状况进行模拟,模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的流动行为及传质特性。模拟计算值与文献实验值的吻合说明了模型的可行性。     

盐藻在气升式光生物反应器中的光自养培养

在气升式光生物反应器中进行了盐藻培养特性的研究，确定了盐藻在2.5 L气升式光生物反应器中培养的适宜条件为：温度30℃，光强1.6 mW/cm2，盐浓度16%，通气量20 ml/min. 扩大到20 L反应器培养盐藻生长良好. 采用气升式光反应器培养盐藻生长快，周期短，4~7 d后即可进入稳定期；最终细胞密度大，最大为1.6?106 cells/ml；藻液中胡萝卜素含量高，最高含量32 mg/L.实验表明气升式光生物反应器适合于盐藻的培养.     

环流反应器中固定化酵母乙醇连续发酵研究

制备了一种重化固定化酵母颗粒，可有效防止发酵过程中固定化颗粒上浮，用于气升式内环流反应器，可与器内流体形成良好循环。同时在气升式内环流反应器内对固定化酵母乙醇连续发酵过程进行了研究，得到发酵最优控制条件。通过与其它发酵器对比发现，内环流反应器用于固定化酵母乙醇发酵过程，可大大提高乙醇产率。