气液反应体系相界面传质强化研究

气液反应界面传质的强化是当今高效和节能反应器研究的重要课题,弄清反应器内的气液传质机理是对气液反应器进行数学描述的关键。反应过程的能效和物效与体系中的传质系数k_G,k_L,k_S以及相界面面积a等参数直接相关,这些参数受气泡尺寸、分布、表观气速和气含率等因素的制约。就确定的体系和反应条件而言,这些因素会因反应器的结构尤其是搅拌和混合方式的变化而异。文章从理论上分析了影响气液界面传质的各因素,建立了较为详细的理论模型。理论计算结果表明:气泡大小是影响气液界面传质和最终反应速率的重要流体力学参数,微米级气泡对反应过程的强化作用明显。能量耗散率是决定体系气泡大小的深层原因,强化气液反应器设计时应重点考虑。     

气液鼓泡床内的液体流速分布

引言 鼓泡床是一种重要的气液或气液固多相反应器.液体循环流动是鼓泡床的一个重要流体力学特征,从20世纪50年代人们就开始对此进行了比较系统的实验研究[1-6].这个特征对鼓泡床的流体返混行为、气含率、气液界面积以及传热传质系数都有很大影响,特别是液体返混行为可以由液体循环特性直接决定.如何准确地描述和预测鼓泡床中的液体流速沿径向的分布,关系到鼓泡床反应器的设计、放大和优化.因此,许多年来它一直是人们致力探讨的重要课题之一[7-8].     

喷射式气,液反应器在空气—水系统中的传质特性

在对喷射式气、液反应器中复杂的流动行为进行简化和假定的基础上,导得了传质模型,并以空气-水系统进行实验研究。用光电毛细管法测定喷射管内气泡平均直径 d_(32)和比表面积 a,用氮气解吸水中溶解氧的方法获得体积传质系数 k_La,以确定传质模型中的有关参数。实验获得如下结果:α=9.18×10~2β~(0.74)e~(0.372),k_Lα=0.7206β~(0.88)e~(0.492)。其结果与理论分析较接近,可作为喷射式气、液反应器设计参数。     

新型气液双升式动物细胞培养反应器的初步研究

为克服目前动物细胞反应器中存在的不足，本文研究设计了一种新型动物细胞反应器一气液双升式反应器．该反应器具有气升式反应器的所有优点，同时在结构上使气泡和流体自然流动与分离，并使气泡与细胞不直接接触，从而消除了气泡凝聚破裂细胞造成的机械损伤．根据悬浮气泡在流体中的受力平衡原理，提出了通过测定气泡大小来确定液体流速的新方法，用于研究气液双升式反应器的循环流速与表观气速、气体分布器孔径及介质的关系，并确定了培养动物细胞时的通气率和循环流速，该方法简单、有效．用动态法测定了气液双升式反应器的氧传递系数及其…     

循环浆态床气液传质系数的研究

以空气-水-玻璃微珠和空气-石蜡油-玻璃微珠两种三相系统为研究对象,在常温常压下分别考察了液体介质的粘度等物性因素,表观气速、固含率、液体循环量等操作因素,气体分布器、分隔板等结构因素对循环浆态床反应器气液传质特性的影响.实验结果表明,气液传质系数随表观气速的增加而增加,随液体粘度和固含率的增大而减小,当表观气速和固含率增加到一定程度后,传质系数趋于稳定;低气速下,玻璃烧结板的传质效果较好,而较高气速时,多孔板和新型锐孔分布器的传质效果较好;分隔板能显著增大气液传质系数.对多孔板分布器实验数据进行了拟合,得出气液传质系数的经验关联式,关联式计算值与实验结果吻合良好.     

多管环流反应器的流动和传质特性

根据动量平衡原理建立了多管气升式环流反应器 (MALR)中液体速度的理论关系式 ,给出了流动阻力系数的计算方法 ;以Higbie的渗透理论为基础提出了计算液体表面微元在相界面暴露时间的方法 ,并建立了预测体积传质系数的模型方程 .测定了空气 -水体系中MALR的体积传质系数和循环液速随两个上升管表观气速的变化规律 ,并分别将体积传质系数、循环液速的预测值与实测值进行了比较     

喷射自吸式生化反应器气液传质的研究

本文用亚硫酸钠氧化法测定了喷射自吸式生化反应器的气液传质性能,建立了计算体积传质系数βkLa的数学表达式;通过与其它生化反应器比较,得出喷射自吸式生化反应器具有较高物理体积传质系数、较低单位传氧能耗和较低单位液体功耗的气液传质特性。并且提出了强化这种反应器气液传质的方法和途径,为实现这种反应器的最优化设计提供了依据。     

气升式内循环反应器的数值模拟和结构参数

采用Euler-Euler双流体模型对内循环反应器(高1240 mm,直径165 mm,导流筒高590 mm)进行数值模拟,考察了表观气速、导流筒结构(导流筒内径比Dt/D,底隙高度)对反应器内上升区、下降区流体力学参数(气含率、液体速度)的影响. 结果显示,表观气速、导流筒内径、底隙高度对反应器气含率、液体速度有很大影响,随表观气速增加,反应器上升区、下降区气含率都增加,导流筒内径比为0.58时更易实现气液循环,底隙高度为30 mm时反应器内下降区气含率、气液速度都最小;气液分离器角度越大,进入下降区的气体越多,当气液分离器角度为45o时,能更好地实现气液循环.     

气液固三相环流反应器的研究进展

综述了气液固三相环流反应器的类型及工作原理、气液固三相环流反应器的特性参数(气含率、固含率、循环液速、液相体积传质系数、轴向分散系数)的测量方法和影响因素，介绍了特性参数的数学模型。并对现有模型进行了评述。对今后的研究提出一些建议。     

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.     

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.     

带波纹隔板的平板式光生物反应器流动特性

在传统平板式光生物反应器中加入波纹形隔板,以其导流作用强化液体循环和气液传质,建立了新型带波纹隔板的平板式光生物反应器. 利用计算流体动力学(CFD)模拟及实验考察了该反应器的流动与传质特性及其影响因素. 结果表明,CFD模拟结果与实验测量值吻合良好,液体在上升区和下降区之间形成了良好的循环,随通气比增加,液相速度、平均气含率和溶氧体积传质系数均近似线性增加. 单位体积能量输入与平均液相体积传质系数之间有良好的线性关系. 综合各相关参数得到优化结构为：下降区/上升区截面积为1.62,隔板顶端到液面的距离为260 mm,隔板底端到反应器底部的距离为20 mm.     

气升式外环流反应器的体积传质系数

以Higbie的渗透理论和Kolmogoroff的湍流理论为基础,提出了计算液体旋涡在气液相界面暴露时间的方法,并建立了预测体积传质系数的模型方程。在不同管径比下的外环流反应器中,对空气 水体系测定了操作气速对体积传质系数、循环液速和气含率的影响。将体积传质系数与表观气速和下降管与上升管的面积比按幂函数进行关联,其预测值和试验值符合较好。     

两级喷射式环流反应器流体力学与传质特性研究

为改善气体分布,提高传质性能,文中开发出一种两级喷射式环流反应器,研究了液体喷射速度、空塔气速和下级进气比对该反应器流体力学和传质特性的影响。分别采用压差法、电导电极法和动态溶氧法对反应器气含率、环流液速和体积传质系数进行了测量。实验结果表明:液体喷射速度和空塔气速的增加,环流反应器可以得到理想的流体力学和传质特性;分段进气比的变化显著影响了反应器体积传质系数,且存在最佳进气比;最佳进气比随着液体喷射速度的增加而增大,而基本不受空塔气速的影响;与单级喷射环流反应器相比,采用最佳进气比的两级喷射式环流反应器的传质效率有了显著的提升。     

表观气速对气升式环流反应器性能的影响

利用计算流体力学(CFD)数值模拟方法.采用Euler法双流体模型研究了表观气速对气液两相气升式环流反应器的液体循环速率和气含率的影响.实验结果与数值模拟结果吻合较好.结果表明.气含率和液体速率在反应器内分布不均匀,气含率在相同的径向位置变化很小,液体速率随着表观气速的增加而增加.     

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。     

外循环气升式膜反应器中的体积传质系数

传质系数是决定气升式反应器传质特性的主要参数之一,文中介绍了一种新型的将陶瓷膜曝气系统与外环流反应器耦合的外环流膜反应器,考察了不同曝气气量,曝气压力,曝气方式以及曝气位置条件下反应器中体积传质系数的变化情况。结果表明,曝气气量,曝气压力,曝气孔孔径都能影响体积传质系数,孔径的影响尤为显著,采用膜微孔曝气,体积传质系数相比曝气头曝气提高近2倍。将膜管曝气和曝气头曝气耦合起来,可在获得良好气液循环的条件下有较大的气液接触面,从而优化气液传质。     

膜性能对气态膜迁移过程的影响

总传质系数k可表示为1/k=1/k_L+1/k_M+1/k_R。k_L、k_M和k_R分别为物质通过原料液侧、膜本身和吸收液侧迁移的传质系数。在本文所研究的气态膜迁移过程中,k_R→∞,对于不同的膜,k_L均基本相同,膜性能仅对k_M值有较大影响。     

隔板式环流反应器研究

研究了不同宽度的隔板式环流反应器中的气含率,循环比和体积传递系数。试验结果显示随着截面结构因素 s_d/s_t 的减小,气含率相应地减少。s_d/s_t 值对液体循环比影响较大,当 s_d/s_t 值减小时,液体循环速度明显增加。同时 s_d/s_t 值减小使总塔体积传质系数也趋於减小。试验数据关联得到总塔体积传递系数(k_La)_t 与气速 u_g 和截面结构因素 s_d/s_t 的关系为:若用单位体积中输入功率为参数代替气速 u_g,则上式可改写成为:本文还对隔板式环流反应器和环隙进气环流反应器的体积传递系数进行了比较。     

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