氣液兩相流生物反應(yīng)器流動與降酚特性動態(tài)行為研究.pdf

1、目前,利用生物工程和反應(yīng)器技術(shù)處理苯酚廢水,以局部、瞬態(tài)、微觀的觀點,從實驗、理論和模型的角度出發(fā),對生物反應(yīng)器內(nèi)苯酚降解動態(tài)行為的研究已成為廣大學者研究的一個熱點.但是有關(guān)反應(yīng)器內(nèi)多相流體系局部、瞬態(tài)流動-生化反應(yīng)相互耦合的CFD模型及其動態(tài)行為研究的報道甚少. 本文首先以氣.液.納米粒子三相鼓泡塔生物反應(yīng)器(納米粒子為模擬生物相)和氣.液兩相氣升式環(huán)流生物反應(yīng)器為研究對象,利用激光多普勒測速儀、新型高分辨率電導(dǎo)探頭等先進測

2、試技術(shù),對鼓泡塔和環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)局部時均、瞬態(tài)氣相含率和液相速度進行了實驗研究,然后將歐拉連續(xù)介質(zhì)模型應(yīng)用于鼓泡塔反應(yīng)器氣-液-納米粒子三相流體系和氣升式環(huán)流反應(yīng)器氣-液兩相流體系,構(gòu)建了基于Eulerian-Eulerian雙流體體系的連續(xù).分散相三維瞬態(tài)模型,模型模擬結(jié)果與實驗值均吻合一致,并在此基礎(chǔ)上對上述兩種反應(yīng)器內(nèi)氣、液相流場進行了瞬態(tài)預(yù)測. 其次,針對鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)熱帶假絲酵母降解苯酚的動態(tài)行為,本文以發(fā)酵液物性

3、參數(shù)為橋梁,將苯酚生物降解行為的本征動力學與反應(yīng)器內(nèi)多相流動特性相耦合,構(gòu)建了鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)流動.反應(yīng)耦合的三維瞬態(tài)CFD模型. 為定量驗證該模型,分別對鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)空氣一苯酚無機鹽水溶液兩相流體系流體力學特性和熱帶假絲酵母降解苯酚動態(tài)行為進行了實驗研究.結(jié)果表明,初始苯酚濃度增加,底物對菌體生長的抑制作用明顯增強；而菌體接種濃度增加,菌體克服底物抑制作用的能力則隨之增強,苯酚降解速率相應(yīng)增大.同時,流動與生化反應(yīng)的

4、模型計算值均與相應(yīng)的實驗結(jié)果吻合一致.在此基礎(chǔ)上,本文分別對實驗室規(guī)模和工業(yè)規(guī)模的鼓泡塔生物反應(yīng)器內(nèi)苯酚生物降解動態(tài)過程中不同時刻的全塔氣含率分布、氣相速度場、液相速度場、苯酚和菌體細胞濃度場的瞬態(tài)變化情況進行了定量預(yù)測. 作為鼓泡塔反應(yīng)器的改進形式,氣升式環(huán)流反應(yīng)器具有流型規(guī)整、相間混合均勻等優(yōu)點.為此,本文在鼓泡塔生物反應(yīng)器降酚行為研究基礎(chǔ)上,對氣升式環(huán)流生物反應(yīng)器內(nèi)熱帶假絲酵母降解苯酚動態(tài)行為進行了實驗研究.結(jié)果表明,氣