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.     

旋流气升式环流反应器的局部气、固含率研究

新开发的有机玻璃制成的旋流气升式环流反应器高为2m、内径75mm,内部的导流筒(材料为PVC)高1.5m、内径30mm、壁厚1mm且装有10组扇形翅片。以空气-水为两相物系、空气-水-K树脂为三相物系,常温常压下,利用直接取样法和压差法测量了上升区局部的气含率、固含率,研究了不同底部间隙、不同固体装填体积分数下表观气速和轴向高度对上升区气含率、固含率的影响规律。结果表明:在均匀鼓泡流时上升区气含率随着表观气速的增大而增大,随着固体装载量的增加而下降;在非均匀鼓泡流时,三相物系的气含率高于两相物系的气含率。随着上升区轴向高度的增大,上升区局部气含率变化不大;底部间隙越大,气含率越小。在轴向高度较低时上升区固含率随着轴向高度的增大而减小,轴向高度较高时上升区固含率基本保持不变。     

气升式内环流反应器的气含率研究

建立了气升式内环流反应器的冷模实验装置,以空气-水两相系统为研究对象,采用压差法测定了反应器降流区的气含率和升流区气含率,采用体积膨胀法测定了反应器总体平均气含率.通过改变导流筒直径、高度及底部封头形状,考察了结构参数对气含率的影响;通过改变通气量和上清液高度考察了操作参数对气含率的影响.建立了气含率的数学模型,并将试验数据拟合,得到不同结构反应器的模型参数.     

多相气升式环流反应器局部相含率和环流速度

气升式环流反应器流动特性研究大多都局限于流动参数的平均特性研究,涉及气-液-固系统流动特性的研究也较少。在200×2500mm气升式环流反应器内,实验研究了空气-水两相及空气-水-玻璃珠三相体系中局部气、固相含率以及浆(液)相环流特性等随操作条件以及液、固相物性的变化规律。结果表明:1两相体系导流筒中截面平均气含率轴向分布有局部极大值,而固体和乙醇的加入使得气含率轴向分布平缓;2两相体系循环液速在导流筒中呈径向抛物分布,在环隙分布较均匀,加入固体和乙醇后对循环速度分布和大小影响不大;3三相体系中导流筒内固含率沿轴向升高呈增大趋势,环隙内轴向分布均匀;导流筒内、外固含率径向分布均不均匀,以近壁处为大;加入乙醇后对固含率分布影响不大。     

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。     

新型多级环流反应器流体力学研究

在传统的单级内环流反应器的基础上,对导流筒进行了改进,发展了一种新型多级环流反应器。研究了表观气速、开孔率、反应器底部结构等操作参数对整体平均气含率、局部气含率以及各级环流液速等流体力学行为的影响,从而确定了反应器的最佳结构。文中提出的新型多级环流反应器在石油化工、生物化工和环境工程等多个领域有广泛的应用前景。     

旋流气升式环流反应器的气含率轴向分布

为强化环隙气升式环流反应器(AALR)的流动、混合与传质性能, 提出了旋流气升式环流反应器(HALR)。在8.8L的HALR中, 以空气-水和空气-水-K树脂为实验物系, 在表观气速为0.47～2.31cm/s的范围内, 研究了表观气速、导流筒底边与反应器底面的间隙(简称底部间隙)、上升区轴向高度及固体装载量等因素对气含率的影响规律, 并与 AALR 进行了对比。结果表明:对于空气-水组成的两相物系来说, 在表观气速较小时, 旋流片对上升气泡有聚并作用;在表观气速较大时, 旋流片对气泡主要起破碎作用;气含率随着轴向高度的增加而增加, 增加的幅度随表观气速的增加而增加。对于三相物系, 表观气速较大时, 气含率随着固体装载量的增大而增大, 比两相物系气含率高;表观气速较小时, 两相物系的气含率略高于三相物系的。根据实验结果, 提出并拟合出了上升区局部气含率与轴向高度的预测模型:ε_g=(3.00×10^-4h+0.0276)U_g^0.615, 模型的预测值与实验值吻合较好, 平均相对误差为12%。     

固体装载率对局部相含率与液体速率的影响

在高径比(H/D=22.2)的气升式内环流反应器中,以空气-水-石英砂为物系,研究了固体装载率和表观气速对导流筒内局部固含率、下降区固含率、下降区液体速率的影响,以及导流筒内局部气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明,固体体积分数小于或等于1.0%时,导流筒内局部固含率和下降区固含率与表观气速无关;下降区液体速率随表观气速和固体装载率的增加而下降;固定表观气速,在固体体积分数小于或等于2.0%时,导流筒内气含率在轴向是均匀分布的。     

环隙气提式环流反应器中的气含率和液相循环流动

在筒体直径310mm、高2000mm的环隙气提式环流反应器实验装置中,对上流区的气含率、液相循环流动等流体力学特性作了研究.用漂流通量模型描述了上流区的气含率;通过对体系的能量耗散机理进行分析,基于体系总能耗最小的原理推导出液相循环流动方程,结果表明:用此方程能较好地模拟这种反应器内的液相循环状况.     

螺旋气升式内环流反应器流动特性

以水和空气两相系统为研究对象,建立螺旋气升式内环流反应器冷模实验装置,采用压差法测定导流筒升流区气含率,用电导法分别实测了升流区液相速度和反应器混合时间,研究螺旋气升式内环流反应器的流动特性,并与传统气升式内环流反应器的流动特性进行对比研究。结果表明,加螺环后反应器气含率明显增加,平均增幅为20%,升流区液相表观速度减小,混合时间增加。     

Gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in a modified reversed flow jet loop reactor

Experiments were conducted in a modified reversed flow jet loop reactor having the liquid outlet at the top of the reactor to determine the gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in the air-water system. The influence of gas and liquid flow rates, and the draft tube to reactor diameter ratio were studied. It was observed that both gas holdup and volumetric mass transfer coefficient increased with increased gas and liquid flow rates and were found to be significantly higher in the modified reactor compared to the conventional one. The optimum draft tube to reactor diameter ratio was found to be in the range of 0.4 to 0.5. Empirical correlations are presented to predict gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in terms of operational and geometrical variables.     

高长径比三相内环流反应器中相含率的分布研究

在长径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,根据无因次准数建立了气含率、固含率的预测模型,考察了在不同粒径下上升区气含率、下降区气含率和上升区固含率、下降区固含率随表观气速的变化规律和不同固体体积分数下轴向固含率的分布情况。结果表明：不同粒径下上升区和下降区气含率均随表观气速的增大而增大;当粒径（ds）≤0．3mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加,当0．3mm〈d。≤1．2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势,下降区固含率随表观气速的增加而下降;不同固体体积分数下的固体颗粒的固含率随着轴向高度的增大而变化平缓,能够均匀的分布在反应器中;气含率和固含率的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6．32％、4．56％。     

Experimental determination of gas holdup and volumetric mass transfer coefficient in a jet bubbling reactor

The hydrodynamics and mass transfer characteristics of a lab-scale jet bubbling reactor(JBR) including the gas holdup, volumetric mass transfer coefficient and specific interfacial area were assessed experimentally investigating the influence of temperature, p H and superficial gas velocity. The reactor diameter and height were 11 and 30 cm,respectively. It was equipped with a single sparger, operating at atmospheric pressure, 20 and 40℃, and two p H values of 3 and 6. The height of the liquid was 23 cm, while the superficial gas velocity changed within 0.010–0.040 m·s~(-1) range. Experiments were conducted with pure oxygen as the gas phase and saturated lime solution as the liquid phase. The liquid-side volumetric mass transfer coefficient was determined under unsteady-state oxygen absorption in a saturated lime solution. The gas holdup was calculated based on the liquid height change, while the specific interfacial area was obtained by a physical method based on the bubble size distribution(BSD) in different superficial gas velocities. The results indicated that at the same temperature but different p H, the gas holdup variation was negligible, while the liquid-side volumetric mass transfer coefficient at the p H value of 6 was higher than that at the p H = 3. At a constant p H but different temperatures, the gas holdup and the liquid-side volumetric mass transfer coefficients at 40℃ were higher than that of the same at 20℃. A reasonable and appropriate estimation of the liquid-side volumetric mass transfer coefficient(kla) in a pilot-scale JBR was provided which can be applied to the design and scale-up of JBRs.     

三相循环流化床中的气液相界面积和传质系数

采用溶氧法测量了三相循环流化床中液相溶氧浓度的轴向分布,并按轴向扩散模型处理实验数据,优化得到气液体积传质系数kLa,同时用光纤探头测量了体系中的气含率和气泡大小分布,计算得到了气液相界面积a和气液传质系数kL,并研究了主要操作条件(表观气速、表观液速和固含率)对气液传质系数的影响规律.     

多级气液鼓泡塔中筛板结构对气垫层高度及局部气含率的影响

采用压差法和双电导探针法考察了筛板结构对f300 mm多级鼓泡塔中筛板下侧气垫层高度和筛板上下两处局部气含率的影响. 结果表明,气垫层高度随表观气速ug增加而增加,随开孔率降低而增加,当ug从0.04 m/s增加到0.24 m/s时,气垫层高度从0.01 m增加到0.06 m. 而局部气含率的径向分布与普通鼓泡塔相似,都随ug增加而增加,随径向位置r/R增加而减小;筛板的引入使局部气含率在轴向方向发生较大变化,ug=0.027 m/s时,筛板上下两侧的局部气含率均在0.05左右,但ug增加到0.11 m/s时,下侧气含率则普遍增加到0.3~0.35,而上侧则在0.25~0.3之间,下侧普遍比上侧气含率高.     

三重环流生物流化床的流体力学与传质特性

从气相含率,液体循环速度和体积氧传质系数方面研究自行设计新型结构的三重环流生物流化床的流体力学与传质特性。流化床反应器的有效体积２３Ｌ,实验条件是以空气为气相,水为液相,树脂为固相,固含率分别为０％,３％,６％和９％。实验结果表明,气相含率是影响反应器流体力学和传质特性的主要因素,气相含率增大可降低液体循环速度,增大体积氧传质系数。     

高长径比三相内环流反应器中细颗粒相含率和循环液速的分布研究

在高径比为22的三相内环流反应器中,在常温常压下以空气-水-石英砂为物系,研究了在不同粒径下上升区固含率、下降区固含率和上升区循环液速随表观气速的变化规律和不同粒径下轴向固含率的分布情况,以及在固体体积分数不同的条件下,平均气含率和上升区气含率随表观气速的变化情况。结果表明:当粒径(ds)≤0.3 mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓变化趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加;当0.3 mm相似文献   

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。