膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)與傳質(zhì)的研究.pdf

1、膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修容易、容易控制液相、氣相停留時(shí)間長(zhǎng)、返混低于普通機(jī)械攪拌反應(yīng)器、傳質(zhì)系數(shù)高、混合性能好、流動(dòng)剪切應(yīng)力低以及節(jié)能等特點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景，是生物反應(yīng)器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。膜片式氣體分布器是膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器的關(guān)鍵部件，它的優(yōu)劣直接影響反應(yīng)器內(nèi)氣液流動(dòng)與傳質(zhì)性能，但目前相關(guān)的研究報(bào)道還比較少，特別是氣體分布器微孔特征參數(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)、氣含率、湍動(dòng)能和曝氣阻力等的影響。由于反應(yīng)器內(nèi)氣

2、液兩相流動(dòng)的復(fù)雜性，目前實(shí)驗(yàn)或者理論分析只能得到部分區(qū)域的流場(chǎng)情況，還不能得到整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)氣液兩相流場(chǎng)的分布。 為了更微觀更本質(zhì)地了解膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器內(nèi)流體流動(dòng)和傳質(zhì)，探索反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大的理論依據(jù)，本文研究工作的主要內(nèi)容如下： 1、優(yōu)化設(shè)計(jì)了膜片式微孔氣體分布器。實(shí)驗(yàn)研究了微孔孔型、大小、數(shù)目對(duì)曝氣阻力的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析得出膜片式氣體分布器曝氣阻力的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。 2、在高1.0m、直徑0

3、.3m、罐壓0.1MP的膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器中，實(shí)驗(yàn)研究曝氣通量、粘度、表面張力、操作壓力、靜液高度等對(duì)氣含率的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析得出微孔曝氣反應(yīng)器內(nèi)氣含率的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。 3、設(shè)計(jì)并建造了70L膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置，采用粒子成像測(cè)速技術(shù)(Particle Image Velocity，PIV)和溶氧電極系統(tǒng)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)液相流動(dòng)速度及溶氧濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 4、在對(duì)膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器

4、內(nèi)部流動(dòng)分析基礎(chǔ)上，從氣液兩相雙流體κ-ε湍流模型出發(fā)，考慮了膜片式微孔曝氣生物反應(yīng)器中氣泡的聚并破碎、氣液兩相間相互作用和滑移，建立了描述反應(yīng)器內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)和相間傳質(zhì)的CFD數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用經(jīng)典的雙膜理論模型描述氣液兩相間的氧傳遞過(guò)程。 5、運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT6.2對(duì)模型進(jìn)行求解，通過(guò)求解得到了包括氣液兩相速度場(chǎng)、湍動(dòng)能分布、局部氣含率分布、氣泡聚并破碎后的直徑分布及混合物密度分布等信息。 6、數(shù)值模擬結(jié)