本文選題：氣-液-固三相 + 攪拌槽反應器��； 參考：《中國科學院研究生院(過程工程研究所)》2016年博士論文

【摘要】：氣-液-固三相攪拌槽在化工、石化、冶金等工業(yè)生產過程中應用非常普遍。由于三相體系內同時存在著兩種分散相,相間相互作用方式復雜,目前尚沒有成熟的實驗和理論研究工具,因此對其內部的多相流動、混合及傳遞機理的研究還遠不成熟。本論文從實驗和數(shù)值模擬兩個方面對氣-液-固三相攪拌槽反應器內的流體動力學特性進行了研究。首先,針對氣-液-固三相攪拌槽反應器實驗測量手段缺乏的問題,設計了一種新型的多相測量設備。利用這套儀器實現(xiàn)了對氣-液、液-固以及氣-液-固多相攪拌槽內分散相尺寸分布的測量。同時利用數(shù)值模擬方法定量分析了侵入式探頭的尺寸和朝向對測量結果的影響。結果表明：當探頭直徑由0.05T增大至0.15T時,固含率的測量誤差由4.3%增加至11.8%,因此在滿足測量視野的前提下,需要進一步減小探頭直徑；當探頭朝向與探頭前端流體的合速度方向之間夾角大于90°時,探頭對流場和相含率分布的影響較小。其次,采用基于Eulerian-Eulerian觀點的“三流體”模型,建立了適用于三相體系模擬的數(shù)學模型,首次在三相攪拌槽的數(shù)值模擬中考察了第二種分散相存在對相間作用力的影響,同時在模型中耦合了氣泡尺寸變化模型,使得數(shù)學模型與實際過程更加接近。利用該模型數(shù)值模擬了氣-液-固三相攪拌槽反應器內的流場結構、相含率分布以及氣泡尺寸分布。將模擬結果與利用改進取樣法得到的局部相含率實驗數(shù)據(jù)進行對比,結果表明利用該模型的計算結果與實驗數(shù)據(jù)更加吻合。同時還發(fā)現(xiàn),雙層槳的加入可以明顯加強反應器內的流場強度,促進混合效果,使得相含率分布更加均一,氣泡尺寸明顯減小,進而有利于提高反應器內的氣液傳質特性和反應器效率。最后,針對高徑比大于1的低剪切攪拌槽生物反應器存在的氣含率分布不均的問題,提出了分段式多級導流筒構型設計。實驗測量了分段式多級導流筒反應器內的臨界離底懸浮轉速、功率消耗、氣液體積傳質系數(shù)kLa,并與單級導流筒的結果進行對比。當導流筒間距為3.5 cm和7.0 cm時,反應器內固體顆粒更易懸浮,臨界離底懸浮轉速低于單級導流筒的結果,同時反應器內的功率消耗明顯降低,kLa也明顯高于單級導流筒的結果。而當導流筒間距增大至10.5 cm時,反應器氣液傳質特性明顯下降,甚至低于單級導流筒的情況。研究了攪拌轉速、通氣速率以及固體加入量對反應器內單位功耗下的氣液體積傳質系數(shù)η的影響發(fā)現(xiàn),,7隨著攪拌轉速的增大而降低,隨著通氣速率和固體顆粒加入量的增大而提高。在此基礎上,建立了內置多級導流筒的氣-液-固三相攪拌槽反應器的功率和氣液體積傳質系數(shù)的經驗關聯(lián)式,為該類型反應器的工程放大提供理論依據(jù)。
[Abstract]:In this paper , a new kind of multiphase measuring equipment has been designed in this paper . The measurement error of solid content is increased from 4.3 % to 11.8 % when the diameter of the probe is increased from 0.05 T to 0.15T , so it is necessary to further reduce the probe diameter .
The influence of the flow field structure , phase content distribution and bubble size distribution in the reactor was studied by using the three - fluid model . The results show that the gas - liquid - solid three - phase stirred tank reactor has a more uniform distribution of gas - liquid and mass transfer coefficient .
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(過程工程研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052

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本文編號：2106323