内环流发酵反应器的能耗研究及传质强化

本文从传质和能耗两个方面对内环流发酵反应器进行了考察,强调评价内环流反应器的性能应综合考虑其传质效果和能量消耗。实验中首先研究了7种不同的气体分布器,发现多孔板型分布器在单位功耗下的传质效果最好;在此基础上,为了对内环流反应器进行强化,在其导流筒内加入了Kenics静态混合元件、螺旋叶片、弓形筛板三种内部构件。测定了其传质系数K_L(?)及液体循环时间、全塔压降等,还在其中进行了酵母培养实验。结果表明在导流筒中加入适当的内件后,环流反应器的性能可得到改善,几种内件中以弓形筛板效果最佳。     

环流筛板塔式生化反应器研究

本文针对内环流反应器在通气发酵过程中应用时存在的一些问题,设计了一种在导流筒上面设多段环流筛板的新型塔式生化反应器,内径D=200mm,总高H=2500mm;并对其流动特性、气含率和传质系数进行了研究,[用压差法测定了全塔及导流筒内的气含率εc,用Na_2SO_3—空气氧化法测定了传氧系数k(?)、气液相界比表面积a(524-1224m-1)及容积传质系数k_La(1171-3278h~(-1)],得出了这种反应器中气含率εc_1,相界面比表面积a和传氧系数k(?)的关联式: 此外,还得出了这种反应器的最佳板间距(H_1=2h_1)和最佳操作气速(Uc=6.2cm/s),推导出筛板环流筒长度的计算式:供放大设计时参考。     

离心泵内气相体积分数及相对速度分布规律研究

为研究离心泵输送气液两相介质时的内部流动规律,采用FLUENT软件对其内部流动进行数值模拟,研究叶轮内不同截面处的气液两相流动,分析进口气相体积分数和流量对叶轮内部流动的影响,以揭示叶轮内不同截面处气相分布与相对速度随进口气相体积分数与流量的变化规律。研究结果表明:前盖板附近截面气相集中区域较大;大流量对气相的积聚具有一定的冲刷作用;在设计工况下,泵内气相体积分数随叶轮半径的增加先增大后减小;进口气相体积分数对前盖板截面附近相对速度影响较大,中截面和前盖板截面附近相对速度受流量的影响较大。研究结果对气液两相流泵的优化设计及高效运行具有参考价值。     

基于CFD的不同搅拌组合多相流流场研究

针对在设计发酵搅拌设备过程中往往依赖经验判断传质混合效果以及能耗等的现状,课题组利用CFD技术对设计的4种搅拌模型进行气液两相流非稳态数值模拟。模拟采用了多面体网格划分物理模型以及滑移网格模型法求解,探究了其速度场、气相体积分数和功率耗损情况。结果表明:相同工况下,不同搅拌组合的流场特性差异较大;上桨采用径向流桨的搅拌组合形成的混合流场整体速度分布更均匀,能为釜内物质提供更佳的混合和传递效果;同时上桨和底桨采用6半圆叶圆盘涡轮桨的搅拌组合C气液分散性能更好;功耗方面,搅拌组合A组合C组合B组合D。模拟结果及分析可为气液反应釜搅拌器的设计及优选提供重要的参考。     

下喷式液泵型生物反应器与通用发酵罐K_Lα对比及应用

下喷式液泵型生物反应器作为一种新型高效环流反应器,日益受到有关科研工作者的关注.测试了20L下喷式液泵型生物反应器在不同通风比(0.462,0.615,0.846)和不同循环液速(2.71,2.38,2.01,1.64L/min)下容积氧传递系数K_La的变化规律,并与3L搅拌式生物反应器BioFlo110作对比试验,找到一组能使两个反应器有相近容积氧传递系数(K_La≈173.2h~(-1))的操作条件.试验了_β-葡聚糖酶产生菌黑曲霉315(Aspergillus niger 315)在该反应器内的发酵代谢情况,并与3L搅拌式生物反应器BioFlo110作对比,试验结果表明该反应器产酶效率优于后者,且发酵时间缩短了6h,大幅度节省了能耗.     

基于UHOFe处理制浆造纸废水体系的计算模拟与优化

在保证废水水力停留时间的情况下,为研究上流式多相废水处理氧化塔（UHOFe）的结构及进水参数、搅拌转速对反应器内部流态均匀度的影响,通过计算流体力学（CFD）的数值模拟方法,考察装载搅拌桨叶对UHOFe反应器内部流场的影响情况。首先建立了反应器的参数化模型,通过引入平面内速度变异系数（MF）作为进水均匀度的评价指标,然后使用计算机流体力学软件ANSYS 2022,结合单因素实验以及正交实验,对反应器的内部流体流态进行三维流场数值模拟仿真。模拟仿真结果表明,装载搅拌桨叶可加强反应器内部液体的混合,且当出水口高度为12 850 mm、入水口速率为3 m/s、搅拌桨叶尺寸为1 300 mm、搅拌转速为140 r/min时,反应器内的进水均匀度效果最优,最有利于提升Fenton体系的药剂间混合效率,最终提高废水处理效率。     

大豆油氢化反应釜数值模拟及工艺优化

以一级大豆油为液相、Pt/C催化剂为固相,釜体为圆柱体,釜体高度为180 mm,内径为120 mm,液面高度为130 mm,利用FIUENT软件对大豆油氢化反应釜进行液固两相数值模拟,发现倾斜式搅拌桨距反应釜底部高度80 mm、桨叶直径40 mm、搅拌速率300 r/min时流体流动及催化剂分布最佳,并以模拟的主要参数制备了高压反应釜。高压反应釜内一级大豆油添加量90.0 g、Pt/C催化剂添加量0.15%(m/m),充入8 MPa的CO2气体,后充入H2保持反应釜内总压为12 MPa,通过优化得出最佳反应温度97℃、反应时间87 min、搅拌速率285 r/min时,氢化后大豆油的碘值为79.50 g I2/100 g,说明模拟准确,为展示大型设备油脂氢化过程提供理论依据。     

溢流染色机圆喷嘴流场建模与涡流场仿真分析

针对喷嘴内部气液两相流流动特性对织物染色产生的影响,建立计算流体动力学数学模型,对喷嘴内部液相的流动特性及液相流动对气相产生的影响进行三维模拟仿真,并根据仿真结果分析喷嘴盖内气体动静态压力的变化及喷嘴内染液的速度场和压力场的分布.研究结果表明:液相的快速运动引起喷嘴盖内气相的动态脉动,喷嘴盖内压力为负值,喷孔处液相的速...     

户外管式光生物反应器培养发状念珠藻细胞

采用液体悬浮培养方式,实现了户外条件下160 L和300 L管式光生物反应器(φ50和φ110)对发状念珠藻细胞的培养,培养液pH通过酸度在线控制系统控制在8.0~8.5之间,管道内藻液流速为0.2~0.3 m/s。培养液温度通过淋水装置控制在25~28℃。在光照充足条件下,经过8d培养,160 L管式生物反应器中发状念珠藻的生物量OD420值由0.325增加至0.907,300 L管式光生物反应器的生物量OD420值由0.37增加至0.533,而室内气升式光生物反应器OD420值由0.306增加至0.775。通过与室内80 L气升式光生物反应器培养对比发现,管式光生物反应器最终收获的发状念珠藻藻粉中蛋白质含量为46.8%,荚膜多糖含量为17.8%,均高于室内气升式光生物反应器深层液体悬浮培养下的37.8%和5.6%。结果表明,发状念珠藻细胞适于户外管式光生物反应器条件下的培养。     

脉动热管内流动及传热传质数值研究

文章采用Mixture模型对脉动热管内的流动和传热现象进行了数值研究,结果表明脉动热管在1s时刻已经热启,在5s时刻已经达到稳定。从气相的体积分数云图看到热管内出现小气泡聚合成大气泡,并逐渐形成液塞与气柱的现象,从气相速度云图中看出脉动热管内呈稳定的振荡流运动,且气液两相运行速度相对稳定,其数值模拟结果能为脉动热管的运行机理提供理论基础。     

小方坯连铸机结晶器工艺参数对卷渣的影响

以165 mm×165 mm连铸小方坯结晶器为研究对象，通过大涡模拟模型，研究不同拉速、不同水口深度对结晶器内流场、液面波动、卷渣的影响，给出控制方程和边界条件；模拟研究电磁搅拌前后的流场速度分布及卷渣现象；确定了电磁搅拌前后的卷渣速率，拉速对渣相分布的影响及拉速对液位波动的影响。通过采取严格控制拉速至1.3 m/min,增大水口浸入深度至120～130 mm,选用性能合适的保护渣并适当提高其黏度等优化工艺措施，优化后10 kg铸坯夹杂物的平均质量由11.6 mg降至6.4 mg,夹杂物平均尺寸由4.41μm降至1.13μm,连铸坯内部质量得到显著改善。     

气液两相流泵断气过渡过程数值模拟研究

为了探究离心泵内部断气过渡过程,课题组采用Eulerian-Eulerian非均相流模型和SSTκ-ω湍流模型对泵内气液两相流动断气过渡过程进行了数值模拟,揭示了泵内过渡过程流动规律,确定了泵内断气过渡过程结束的判定依据.研究结果表明:采用泵出口气相体积分数作为判断断气过渡过程结束的依据更为准确,当t>0.6 s后,泵...     

自吸式发酵罐流型与溶氧的研究

1、当转子直径为59mm时.其吸气的临界转速为650～900转/分,此时转子末端的线速度为2～2.8米/秒。2、一号三弯叶转子的吸气量比较理想,鼓出的气泡较均匀,细致,转子的参数为D∶L=5∶1:D∶R=2∶1,。在同样转速条件下,其吸气量较大,功率消耗较小. 3、由转子吸入鼓出的气泡直径约0.5mm至2mm,可分为第一溶氧区,溶氧速率较大;第二溶氧区,溶氧速度下降;第三溶氧区,溶氧速度较小. 4、当液层高度较大时,循环的气泡量很小,当液层高度逐渐下降,气泡的射程减小,若再下降,吸气量反而减少.当液层高度超过一定范围高度,逐渐升高时,吸气量逐渐减少。6、在定子上安装导筒,液体的旋流作用减少,靠近导筒的大气泡区,气泡基本直线上升,若液体在导筒迴流不足,则大大减少吸气量。     

操作条件对DTB流化床结晶器内CFD状态的影响

运用计算流体力学方法对DTB流化床结晶器内循环流量对流体悬浮状态的影响以及不同粒径颗粒在出口处固体质量流率的变化情况进行模拟.模拟结果表明,保持进料流量一定的情况下,外循环流量与进料流量的比值也对结晶器内流体的体积分数分布情况有着显著的影响,然而,循环流量的加大也会增加结晶器内颗粒的碰撞与破碎的几率,不利于晶体的成核与成长.另外一组模拟结果还表明,不同粒径的颗粒在各出口处的质量流率差异明显,本模拟条件下,粒径为0.5 mm以下固相颗粒基本上由循环出口排出,而粒径0.5 mm及以上的固相颗粒则能够在导流筒与档板之间循环流动,这意味着在一定条件下,能够控制一定粒径的颗粒在结晶器内的悬浮流动,这对于控制一定粒径范围的晶体的成核与成长有着重要的作用.     

三支管平行微通道内气液两相流相分配特性实验研究

微通道的集成和放大对于微型反应器及散热器的开发具有重要意义。文章以高纯度氮气和质量分数为0.03%的SDS水溶液分别作为气相和液相工质,通过一系列可视化实验,研究了入口流型为弹状流和环状流时,在拥有一个主管(水力直径为0.6mm)与3个平行侧支管(水力直径为0.4mm)的平行微通道内气液两相流的相分配特性。实验结果表明,侧支管的相分配特性与入口流型密切相关。当入口流型为弹状流时,气相富集于中间的侧支管。当入口流型为环状流时,第一个支管中始终走液相,气液两相在后面两个支管中的分配则相对均匀。     

基于CFD流场分析的反应釜搅拌器结构改进

承压反应釜在固液混合过程中往往伴随强烈的热传递效应,而密度较低的粉末状固相介质与液体混合的难度相对较大,投料溶入效果不佳和物料结团漂浮等问题较常见。针对此类反应釜的搅拌不充分等问题,采用CFD技术指导反应釜内搅拌器结构进行设计和改进,对反应釜内的固液搅拌混合过程进行了三维数值模拟。数值计算采用多重参考系法(MRF),κ-ε湍流模式以及Mixture多相流模型,模拟了反应釜中的流场形态,通过混合过程的两相流计算得到固相体积分数的分布情况和变化规律,并在此基础上预测了混合时间。结果表明:改进后的搅拌器效果明显增强,该混合过程的CFD模拟可得到相对准确的流场分布及各项特性参数预测结果,可为该类反应釜搅拌器的设计和优化提供参考。     

柴油机喷嘴内部空穴流动的三维瞬态数值模拟

建立了柴油机喷嘴内部空穴两相流动的三维气液两相流模型,并针对多孔垂直喷嘴进行了喷孔内部空穴两相瞬态流动的数值模拟;研究了喷嘴内部的瞬态速度场、压力场和湍动能的分布特点.通过计算可知,湍动能主要集中在喷孔上部空穴区,随着针阀升程的增大,喷孔入口的环状压降愈加明显,入口上拐角处形成的涡流区范围不断扩大.同时分析了不同针阀升程下空穴流动特性,获得了空穴产生、发展过程的规律,为进一步准确模拟和分析喷雾特性提供依据.模拟计算结果与已有的实验结果吻合较好.     

禽蛋壳膜回收分选装置参数优化

目的：有效利用废弃蛋壳和蛋壳膜。方法：对废弃蛋壳进行分离和分选,利用Fluent和EDEM耦合仿真研究了分选筒上、下出口直径等结构参数对流场特性、颗粒轨迹的影响,分析了流场特性和壳膜的捕捉率,优化了分选筒的气流出口尺寸。以筒顶角度、吸风机负压、送料口风速和固体负荷率作为试验因素,蛋膜和蛋壳的回收率作为评价指标,进行分选蛋壳膜试验,并进行优化设计。结果：减少分选筒上、下出口直径会增大筒内压降损失和近壁切向速度,当上出口直径为0.4D(D为直筒段直径)、下出口直径为0.5D时,蛋壳和蛋膜的捕捉率最高。筒顶角度为45°,固体负荷率为1 000 g/s,送料口速度为4.64 m/s,吸风机负压为336.61 Pa,此时蛋膜回收率为92.94%,蛋壳回收率为97.90%。结论：上出口负压与进料口风速主要影响分选筒内部流场分布,固体负荷率会使物料之间产生不同的相互作用。在优化后的工艺组合下,该分选设备具有良好的分选效果。     

聚乳酸超细纤维敷料的熔喷成形工艺及其快速导液特性

为拓展聚乳酸(PLA)超细纤维非织造材料在医用敷料领域的应用,以聚乙二醇(PEG)、十二烷基硫酸钠(SDS)共混改性PLA为原料,利用熔喷非织造成形方法制备PLA/PEG/SDS超细纤维材料,并对其结构和导液特性进行测试与分析。结果表明：随着SDS质量分数由0%增大到1.5%,PLA/PEG/SDS共混聚合物的冷结晶温度从116.02℃降至93.58℃(降低约23.9%),熔融温度从164.10℃降至150.58℃(降低约8.9%);材料中超细纤维(纤维直径<5μm)的数量占比从0%增大至57%,同时5μL水的浸没时间从0.24 s降低至0.06 s,液体扩散面积从36.05 cm²增大至78.26 cm²,吸水速率从4.38%/s提升至9.15%/s,液态水分扩散速率从2.21 mm/s提升至8.34 mm/s,表明液体导液特性有所提升,可用做敷料和补片等医用护理材料的基材。     

浸出车间筛孔式汽提塔设计与应用

为降低汽提塔蒸汽消耗和提高毛油品质,对2 000 t/d大豆加工项目浸出车间新型筛孔式汽提塔进行设计。基于道尔顿分压定律和史密斯关联图,计算出理论直接蒸汽量为580 kg/h,空塔气速为0.94 m/s,塔盘直径为1 200 mm。对筛孔式汽提塔塔盘和降液管进行设计,并利用化工模拟软件对其进行校核。校核结果显示,所设计的塔压降、液泛因子、降液管清液层高度合适。将所设计的筛孔式汽提塔应用于实际生产,与碟盘式汽提塔相比,毛油残溶明显降低,操作温度由原来的115℃降为105℃,直接蒸汽量节约39%。