攪拌式生物反應(yīng)器廣泛應(yīng)用于微生物發(fā)酵過程并占主導(dǎo)地位,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和過程放大始終是工業(yè)發(fā)酵過程的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。本文采用計(jì)算流體力學(xué)仿真和物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,以生物攪拌式反應(yīng)器為研究對象,對其混合、傳質(zhì)和剪切等流場特性進(jìn)行研究,并將這些流場特性與微生物發(fā)酵過程相關(guān)聯(lián),以預(yù)測攪拌式生物反應(yīng)器內(nèi)的發(fā)酵過程,為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大奠定基礎(chǔ)。文中首先建立了以平均年齡理論為基礎(chǔ)的混合時(shí)間模擬方法。分別考察了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的數(shù)量、速度場計(jì)算時(shí)入口流量、Matlab后處理?xiàng)l件等這些因素對模擬結(jié)果的影響,得出結(jié)論:1)對于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)量,網(wǎng)格數(shù)量過少時(shí)會使得能量耗散率獲得的功率減小,導(dǎo)致獲得的混合時(shí)間偏差較大,能量耗散計(jì)算的功率與扭矩計(jì)算的功率的比值需達(dá)到80%以上,模擬得到的速度場和湍流強(qiáng)度不會受網(wǎng)格的影響,由此模擬的混合時(shí)間更準(zhǔn)確;2)入口流量需小于槳葉循環(huán)流量兩個(gè)數(shù)量級,才不會使原先流場發(fā)生較大改變,流場模擬更準(zhǔn)確;3)進(jìn)行Matlab后處理時(shí),平均年齡分組數(shù)小于12500組,會導(dǎo)致混合時(shí)間的模擬準(zhǔn)確性降低。在保證以上條件的基礎(chǔ)上,得到的混合時(shí)間與實(shí)驗(yàn)值基本一致。當(dāng)反應(yīng)器的高徑比大于1.5:1,... 

【文章來源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１雙層Ｋｉｉｓｈｔｏｎ槳葉形成的穩(wěn)態(tài)流型１２９１??

（ｂ）?Ｗｇ＝０．７３ｃｍ／ｓ??（１）?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?（２）?Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ?（３）?Ｅｕｌｅｒｉａｎ－?Ｅｕｌｅｒｉａｎ??圖１．３實(shí)驗(yàn)和模擬獲得的氣體分布１１７５１??Ｆｉｇ．?１．３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｓｉｍｕｌａｔｅｄ?ｓｎａｐｓｈｏｔｓ?ｏｆ?ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ?ｂｕｂｂｌｅ?ｐｌｕｍｅ??

２．２．１攪拌式反應(yīng)器速度場的ＣＦＤ模擬??此處選用Ｌｉｕ１１４１的反應(yīng)器幾何模型進(jìn)行計(jì)算，以期建立基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的計(jì)算方??法。采用的是單層ＰＢＴ槳葉，如圖２．２所示。反應(yīng)器的內(nèi)徑０．２９２?ｎｉ，底部為碟形，高??徑比為１：１。ＰＢＴ槳葉的離底距離Ｃ＝Ｄ，／３。槳葉的直徑是罐體內(nèi)徑的三分之一，即Ｄ？？＝??Ｄ，／３。四塊豎直擋板的寬度是內(nèi)徑的十二分之一。為了能夠使用平均年齡理論，反應(yīng)器??結(jié)構(gòu)加入了小段入口和出口（圖２．２）來形成流體連續(xù)流動的系統(tǒng)。入口為內(nèi)徑８?ｍｍ??的管道，離攪拌軸的徑向距離是３０?出口也是個(gè)８?ｍｍ的管道，位于罐底中心。???Ｄ，??■??ｌｉ＼ｊＬ?＼ｈ??ｒ??＂，??ｃ??一４＾?１??圖?２．２?獎(jiǎng)葉和罐體尺寸。／），＝／／尸０．２９２?ｍ；?／），〃，＝?〖／＝８?ｍｍ；?ｒ＝３０?ｍｍ；?／／＝４０?ｍｍ??Ｆｉｇ．?２．２?Ｉｍｐｅｌｌｅｒ?ａｎｄ?ｔａｎｋ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ．?Ｄ，＝Ｈｉ＝０．２９２?ｍ．?Ｄｉｍ＝Ｄ，／３．?Ｃ＝Ｄｌｍ．?ｄ＝８?ｍｍ．?ｒ＝３０?ｍｍ．?ｈ＝４０?ｍｍ??運(yùn)用ＰｒｏＥ?５．０和ＩＣＥＭ?ＣＦＤ?１５．０建立反應(yīng)器幾何和生成網(wǎng)格

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]發(fā)酵工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]. 張嗣良.  生物產(chǎn)業(yè)技術(shù). 2011(01)
[2]發(fā)展我國大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器裝備制造業(yè)[J]. 張嗣良,張恂,唐寅,劉健.  中國生物工程雜志. 2005(07)
[3]攪拌生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)模型、放大及攪拌器改型[J]. 趙學(xué)明.  化學(xué)反應(yīng)工程與工藝. 1996(01)



本文編號：3420770