膜片式微孔曝氣生物反應器內(nèi)流動與傳質(zhì)的研究.pdf

1、膜片式微孔曝氣生物反應器具有結構簡單、操作維修容易、容易控制液相、氣相停留時間長、返混低于普通機械攪拌反應器、傳質(zhì)系數(shù)高、混合性能好、流動剪切應力低以及節(jié)能等特點，因而具有廣闊的應用前景，是生物反應器領域的研究熱點之一。膜片式氣體分布器是膜片式微孔曝氣生物反應器的關鍵部件，它的優(yōu)劣直接影響反應器內(nèi)氣液流動與傳質(zhì)性能，但目前相關的研究報道還比較少，特別是氣體分布器微孔特征參數(shù)對反應器內(nèi)流場、氣含率、湍動能和曝氣阻力等的影響。由于反應器內(nèi)氣

2、液兩相流動的復雜性，目前實驗或者理論分析只能得到部分區(qū)域的流場情況，還不能得到整個反應器內(nèi)氣液兩相流場的分布。 為了更微觀更本質(zhì)地了解膜片式微孔曝氣生物反應器內(nèi)流體流動和傳質(zhì)，探索反應器的設計和放大的理論依據(jù)，本文研究工作的主要內(nèi)容如下： 1、優(yōu)化設計了膜片式微孔氣體分布器。實驗研究了微孔孔型、大小、數(shù)目對曝氣阻力的影響，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的回歸分析得出膜片式氣體分布器曝氣阻力的實驗關聯(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器中，實驗研究曝氣通量、粘度、表面張力、操作壓力、靜液高度等對氣含率的影響，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的回歸分析得出微孔曝氣反應器內(nèi)氣含率的實驗關聯(lián)式。 3、設計并建造了70L膜片式微孔曝氣生物反應器實驗裝置，采用粒子成像測速技術(Particle Image Velocity，PIV)和溶氧電極系統(tǒng)對反應器內(nèi)液相流動速度及溶氧濃度進行實驗測定。 4、在對膜片式微孔曝氣生物反應器

4、內(nèi)部流動分析基礎上，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，建立了描述反應器內(nèi)部復雜流動和相間傳質(zhì)的CFD數(shù)學模型，并應用經(jīng)典的雙膜理論模型描述氣液兩相間的氧傳遞過程。 5、運用計算流體力學軟件FLUENT6.2對模型進行求解，通過求解得到了包括氣液兩相速度場、湍動能分布、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