乙醇发酵与渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中的耦合强化

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究了发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒活性干酵母,所用的碳源为工业级葡萄糖。间歇发酵过程由于产物抑制作用在乙醇浓度达到90g稬-1时就趋于停滞,而经耦合渗透汽化膜分离后,发酵罐内的乙醇浓度迅速降低并维持在40g稬-1,且发酵在此浓度下可以连续稳定地进行。 在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为1.5gL-1h-1。SMBR中所用的聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合膜由实验室自行制备,它能稳定分离含有酵母细胞的发酵液。当发酵液中乙醇浓度为92.7~49.5g稬-1时,PDMS复合膜的总通量为1490~1164g穖-2h-1,分离因子为6.9~7.8,与分离相同进料浓度的清洁模型溶液相比分别平均高出31%和14%。乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能够相互耦合并得到强化。     

气液两相并流向下通过筛板孔口单元的压降特性

针对堆叠筛板填料的基本单元,采用12种不同规格的孔板,研究了气液两相并流向下通过孔口的压降特性,阐明了气液流量、孔板结构对压降的影响规律。结果表明：压降随气液流量的增加而增大;随孔径的增大而减小;在筛板常用厚度范围内,孔口锐缘效应使得压降随板厚减小而增大。根据孔口压降行为不同,以气相雷诺数Re_G=5000分界,建立了单一气相向下通过孔口的压降预测关联式;然后利用气相折算因子对关联式进行修正,得到了Re_G>5000时气液并流向下通过孔口的压降预测关联式;当Re_G<5000时,通过直接对单一气相阻力系数进行修正,得到了相应气相雷诺数范围内的气液两相压降预测关联式。     

生物柴油的应用研究

简要介绍生物柴油的制取方法、生物柴油的理化特性以及国内外生物柴油技术的研究发展水平,表明生物柴油具有良好的发展前景。还在一台4102型柴油机上开展了燃用生物柴油和石化柴油发动机的性能对比试验,结果表明：与柴油相比生物柴油可以提高发动机的热效率,降低碳烟、CO和HC的排放。     

循环床气固提升管中颗粒浓度的轴向分布

以16m循环床提升管中气固两相流压力梯度的大量实验数据为基础,从能量耗散的观点分析研究了平均颗粒浓度的轴向分布特征及其操作条件的影响,并与相同条件下6m高提升管中颗粒浓度的轴向分布进行了对比。结果表明,加颗粒循环量Gs或减小表观气速Ug时,由于单位质量颗粒加速和输送的能量减少,提升管各高度位置的颗粒浓度εs增大,颗粒浓度的轴向分布亦更不均匀;提升管高度对平均颗粒浓度及其轴向分布具有显著影响,提升管高度增加,提升管各高度截面上的平均颗粒浓度减小,颗粒浓度的轴向分布也更加均匀,给定表现气速对应的颗粒饱和夹带量也将提高。     

粗重颗粒在循环床提升管内的局部颗粒浓度分布

为研究颗粒物性对循环床提升管中气固动力学行为的影响 ,以空气 -沙子为气 -固体系 ,采用光纤探头测试了Φ 10 0mm× 10m循环床提升管中的局部颗粒浓度 ,并与FCC颗粒进行了对比。结果表明 ,粗重颗粒 (沙子 )无因次浓度的径向分布及其沿轴向的发展与细颗粒 (FCC)有明显的不同 ,重颗粒无因次浓度的径向分布沿轴向没有明确的相似性 ,环核流动结构也发生变化 ,其环区缩小 ,核心区扩展到边壁处附近。采用间歇指数 (IntermittencyIn dex)对提升管内气 -固混合程度进行的定量描述表明 ,随着床层高度的增加 ,间歇指数逐渐减小 ,径向分布更加均匀 ;在相同Gs1.2 /Gg2 .0 条件下 ,确定截面上间歇指数的径向分布基本一致。     

硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵传质动力学实验研究

利用新型的硅橡胶平板复合膜构造乙醇连续发酵膜生物反应器,研究了连续发酵-渗透蒸发操作稳态过程的膜传质动力学问题,实验分析了发酵液循环流量、发酵温度、膜表面液体流动模式对膜性能的影响。在长达500h的连续发酵过程中,膜的分离性能维持相对稳定,没有出现膜污染现象。硅橡胶膜对发酵液中的乙醇的原位分离有效地减轻了代谢产物对细胞抑制作用,在发酵过程的前后阶段,膜的总传质系数从5.21×10-7m/s提高到7.94×10-7m/s。膜对实际发酵液的分离性能表现比对乙醇-水模型溶液的高。     

气液并流向下通过筛板孔口的液膜厚度模型

通过孔口的收缩-膨胀增强气液接触是强化气液两相传热传质的重要方式,其中孔口边缘的液膜厚度则是建立气液两相传递过程动力学模型的关键参数。基于孔口流动时的气液相力平衡原理,建立了气液两相并流向下通过孔口的液膜厚度模型,并将模型预测的液膜厚度与管道环状流液膜厚度进行了对比分析,表明了新模型的有效性和广泛适用性。基于新建液膜模型,从流体受力的角度分析了气液流量、液相运动黏度以及孔口直径等参数对液膜厚度的影响。结果表明：随气相流量提高,气液界面速度增大,气液界面剪切力增强,无因次液膜厚度随之减薄;液相流量增大,气相流通面积减小,气相流速增大,尽管气液界面剪切力及气液界面速度均有所增大,但液量的直接增量最终导致无因次液膜厚度增厚;液相运动黏度增加,尽管气液界面剪切作用增强,但气液界面速度减小,液膜厚度增厚;相同流量下,孔口直径增大,气液界面剪切力及气液界面速度均减小,液膜厚度随之增加。     

固态白酒蒸馏过程中潽甑现象的实验研究

对固态白酒实际生产装置潽甑操作工艺条件、流酒产量和风味物质组成进行了实验研究.测试分析结果表明,潽甑现象主要发生在流酒之前;潽甑不但降低了蒸馏效率,而且改变了白酒内各种风味物质的含量,严重影响了正品酒的品质.文中结合各风味物质在白酒蒸馏过程中馏出规律,分析了潽甑发生的基本原因,提出了防止潽甑的相应措施,取得良好效果.     

气-液并流通过堆叠筛板填料的脉冲流特性

通过高速摄像机和压力传感器测量,对脉冲流的产生机理、筛板数的影响、液相脉冲传播速度及频率进行了系统的研究。实验发现：脉冲流是重力和气流曳力作用下,孔口液相波动在向下传播过程中被叠加放大的动力学过程,且与气、液流量及筛板数密切相关;一定气量下,脉冲流的产生需要有一个最小（临界）液相流量,且增加液量可促进局部脉冲的产生,并使液相脉冲传播速度与频率均增大;临界液量之上,增大气量,气相的扰动作用增强,局部脉冲越容易产生,从而导致脉冲传播速度与频率均增大;进一步增大气量,液相脉冲会被逐渐分散,导致脉冲传播速度与脉冲频率均减小。增加筛板数,有利于增强脉冲流强度,从而导致脉冲流范围变宽,当筛板数少于三块时不会出现脉冲流。最后,基于实验结果分析,提出了脉冲传播速度及频率的预测关联式。