氣升式環(huán)流反應(yīng)器CFD優(yōu)化研究.pdf

1、氣升式環(huán)流反應(yīng)器(air-lift loop reactor,簡稱ALR)是在鼓泡床基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類氣-液,氣-液-固多相反應(yīng)器。由于氣升式環(huán)流反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、能耗低、不易污染等優(yōu)點,目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),尤其是低耗氧微生物發(fā)酵,并越來越受到人們的重視。氣升式環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計對于整個生物發(fā)酵生產(chǎn)過程的高效運行有著重要的意義。表明氣升式環(huán)流反應(yīng)器性能的主要參數(shù)有氣含率、固含率空間分布、循環(huán)液速、相間傳質(zhì)系數(shù)和液相

2、擴散系數(shù)等,他們是環(huán)流反應(yīng)器設(shè)計與放大的基礎(chǔ)。其中氣含率和循環(huán)液速是體現(xiàn)氣升式環(huán)流反應(yīng)器性能的兩個比較重要的參數(shù),工業(yè)生產(chǎn)過程中要求反應(yīng)器內(nèi)保持較高的氣含率和循環(huán)液速,從而達到較高的生產(chǎn)效率,影響氣含率和循環(huán)液速的原因較多,其中導(dǎo)流筒直徑是較為重要的因素之一。本文利用計算流體力學(xué)仿真軟件Fluent6.3分別對16L中心上升內(nèi)循環(huán)氣升式環(huán)流反應(yīng)器和70L環(huán)隙上升內(nèi)循環(huán)氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的流動狀態(tài)進行了流體力學(xué)仿真,研究了反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相

3、的分布情況,速度矢量以及壓力的分布情況等。并且對采用不同導(dǎo)流筒直徑取值的反應(yīng)器中的流態(tài)進行了流體力學(xué)仿真和對比,分別得到了在兩種氣升式環(huán)流反應(yīng)器中,不同導(dǎo)流筒直徑取值的情況下反應(yīng)器內(nèi)氣含率和循環(huán)液速的變化趨勢,并分別對兩種氣升式環(huán)流反應(yīng)器給出了最佳的導(dǎo)流筒直徑取值范圍。在該取值范圍內(nèi)時,反應(yīng)器內(nèi)氣含率和循環(huán)液速都相對較高。本文以70L環(huán)隙上升內(nèi)循環(huán)氣升式環(huán)流反應(yīng)器為對象,監(jiān)測了從反應(yīng)器內(nèi)通氣開始時到循環(huán)基本達到穩(wěn)定時的反應(yīng)器內(nèi)外循環(huán)液速