【摘要】：氣升式反應(yīng)器(Airlift Reactor,ALR)在生物工程、化學工程和環(huán)境工程等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。不同于機械攪拌罐,通風是氣升式反應(yīng)器唯一的能量消耗源。作為一種節(jié)能型的生物反應(yīng)器,氣升式反應(yīng)器在好氧微生物發(fā)酵、合成氣生物發(fā)酵、氫化反應(yīng)、氯化反應(yīng)及Fischer-Tropsch合成過程中有重要應(yīng)用。近年來,對新型氣升式反應(yīng)器的開發(fā)、傳質(zhì)混合及其應(yīng)用的研究越來越引起研究者和工程師的興趣和重視。本文主要設(shè)計了一種帶有螺旋篩板的氣升式反應(yīng)器(ALR-HSP),研究了不同篩板結(jié)構(gòu),下降段和上升段截面積比(A_d/A_r)和氣體分布器的傳質(zhì)及混合特性,并將其初步應(yīng)用于畢赤酵母的好氧發(fā)酵過程中。以氣含率、體積傳質(zhì)系數(shù)、氣泡速度和混合時間為評估參數(shù),分析比較了不同篩板結(jié)構(gòu)(開孔率、螺旋角)氣升式反應(yīng)器的傳質(zhì)特征。裝配優(yōu)化結(jié)構(gòu)的螺旋篩板后氣含率(ε)和體積傳氧系數(shù)(k _La)分別提高了38~53%和76~144%,提出了符合實驗條件下的新型氣升式反應(yīng)器中氣含率和體積傳質(zhì)系數(shù)k_La的經(jīng)驗方程。發(fā)現(xiàn)螺旋篩板的開孔率主要影響氣液傳質(zhì)特性,螺旋角主要影響混合特性。增加螺旋板中的開孔率可以使更多的氣泡破裂成小氣泡,從而增加氣液比表面積來提高氣液間傳質(zhì)效率。較大的螺旋角會導致一些氣泡做螺旋流動,因此,流體的切向混合得到增強。研究了氣升式反應(yīng)器內(nèi)下降段和上升段截面積比(A_d/A_r)對傳質(zhì)(k_La和ε)和混合性能(t_m)的影響。實驗表明A_d/A_r的增大會減小ε。當A_d/A_r小于0.69時,在同一表觀氣速下,k_La沒有明顯差異,因為篩板的存在使k _La增加;A_d/A_r大于0.69增時,k_La隨A_d/A_r的增大而減小�；旌蠒r間隨著A_d/A_r的增加而增加。選擇了向上通氣和向下通氣的環(huán)形氣體分布器和八噴嘴旋切分布器,考察其對傳質(zhì)和混合性能的影響。實驗表明,在通氣量一定的情況下,向下通氣的環(huán)形分布器比八噴嘴旋切分布器k _La提高了9~47%,向上通氣的環(huán)形分布器提高了51~117%,通氣孔徑小的分布器能產(chǎn)生更小的氣泡有利于傳質(zhì)和混合,通氣角度向上比其他角度的效果要好。為了驗證這種帶螺旋篩板的氣升式反應(yīng)器的性能,對經(jīng)典的比歐SSTC-50 L氣升式發(fā)酵罐進行了改造,結(jié)合上述實驗設(shè)計了新的導流筒和螺旋篩板,選擇畢赤酵母作為實驗菌種來進行通風發(fā)酵。在同一通氣條件下,在帶螺旋篩板的反應(yīng)器中發(fā)酵時間縮短了4 h,生物量提高了20%,最大生長速率和比生長速率提高了一倍。同時用尾氣分析儀測量了O_2消耗速率(OUR)和CO_2釋放速率(CER)。在有螺旋篩板時,OUR和CER在菌體生長期都有明顯的增加。初步顯示出螺旋篩板式在強化傳質(zhì)效率和反應(yīng)效率方面的優(yōu)越性能和實用性。
【圖文】：

圖 1-1 不同結(jié)構(gòu)的氣升式反應(yīng)器 (a)隔板式；(b)中心氣升式；(c)環(huán)隙氣升式；(d)外循環(huán)式Fig.1-1 Airlift reactor with different structures (a)split-cylinder; (b)gas from center internal; (c)gas fromring internal; (d)external1.2 氣升式反應(yīng)器的國內(nèi)外發(fā)展

10圖 2-2 氣體分布器 (a) 八噴嘴旋切分布器；(b) 環(huán)形分布器Fig.2-2 Gas distributors (a) rotary-cut 8-orifice nozzle；(b) ring distributor本實驗中有三種氣體分布器，分別是環(huán)形分布器-氣孔向上，，環(huán)形分布器-氣孔
【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ052

【參考文獻】

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本文編號：2602524