生物柴油作為微藻產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)技術(shù)的產(chǎn)品之一,被認(rèn)為是具有廣闊發(fā)展前景的清潔可再生能源。作為用于大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖生物柴油原料的微藻培養(yǎng)設(shè)備——光生物反應(yīng)器(PBR)其應(yīng)具備成本低、產(chǎn)量高、易于維護(hù)的商業(yè)化特點(diǎn)。管式光生物反應(yīng)器(T-PBR)由于其比表面積大、封閉抗污染、可操控性好的優(yōu)點(diǎn)從眾多類(lèi)型的PBR中脫穎而出。但同樣存在著混合傳質(zhì)性能不佳,微藻易附壁沉積,放大較困難的問(wèn)題。針對(duì)這些缺陷,通過(guò)改進(jìn)T-PBR的內(nèi)部結(jié)構(gòu),優(yōu)化流場(chǎng),來(lái)增大反應(yīng)器容積,提高流體的混合傳質(zhì)效果,改善微藻在管中的分布狀態(tài),從而整體提高T-PBR的性能。這對(duì)于提高微藻產(chǎn)量,指導(dǎo)大規(guī)模生產(chǎn)具有重要意義。本文簡(jiǎn)要介紹了通過(guò)微藻進(jìn)行生物柴油制備的研究進(jìn)展以及影響微藻生長(zhǎng)的因素。對(duì)典型PBR的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)的描述。重點(diǎn)闡述了用于改善T-PBR流體混合特性的“潔能芯”組合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。并通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬分析和可視化實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,來(lái)優(yōu)化組合轉(zhuǎn)子T-PBR的結(jié)構(gòu),促進(jìn)氣液兩相流的混合。本文設(shè)計(jì)了一種具有弧形折邊結(jié)構(gòu)的翼片轉(zhuǎn)子,并與兩葉片轉(zhuǎn)子進(jìn)行了比較分析,結(jié)果表明:翼片轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)能夠顯著提高T-PBR中的氣含率,提高氣液兩相間傳質(zhì)效果,相較兩葉片轉(zhuǎn)子管和光管,氣含率分別提高了 53.7%和26.5%,利于微藻對(duì)碳源的吸收。本文分析了 T-PBR在不同傾角(0°、30°、60°、90°)條件下的氣液兩相流混合特性,結(jié)果顯示:隨著傾角的增加,氣速和流體湍動(dòng)能不斷增加,內(nèi)置轉(zhuǎn)子后效果更加明顯,因此,在90°傾角、內(nèi)置轉(zhuǎn)子條件下,氣液兩相流流體的混合能力更強(qiáng),更有利于微藻的生長(zhǎng)。本文對(duì)一種大管徑多轉(zhuǎn)子串T-PBR進(jìn)行了模擬研究。探究轉(zhuǎn)子串?dāng)?shù)量、轉(zhuǎn)子串排布形式、轉(zhuǎn)子類(lèi)型等因素對(duì)流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:通過(guò)旋轉(zhuǎn)能夠重合的不同轉(zhuǎn)子串排布形式對(duì)液相流體的混合性能影響較小,但對(duì)氣相流體影響較大;在一定范圍內(nèi),呈單圈環(huán)形排布的多組轉(zhuǎn)子串管路的混合性能優(yōu)于呈內(nèi)外圈環(huán)形排布的同樣數(shù)量轉(zhuǎn)子串管路的混合性能;在管徑不變以及不影響轉(zhuǎn)子正常旋轉(zhuǎn)的前提下,增加轉(zhuǎn)子串?dāng)?shù)量可以顯著提高T-PBR的混合性能。本文對(duì)大管徑多轉(zhuǎn)子串T-PBR進(jìn)行了可視化實(shí)驗(yàn)研究,直觀的驗(yàn)證了模擬方法和結(jié)果的準(zhǔn)確性,得出結(jié)論:旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的組合轉(zhuǎn)子排布形式對(duì)連續(xù)相流場(chǎng)引起的差異極小;在實(shí)驗(yàn)條件下,適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子串?dāng)?shù)量能夠顯著增加對(duì)液相流體的混合效果;在氣相浮于管路頂部后,最上方轉(zhuǎn)子能夠攪動(dòng)氣液相分界面的轉(zhuǎn)子排布形式,混合效果更好。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TK6
【部分圖文】：

能利用率的沿程曝氣型套管式光生物反應(yīng)器。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是能夠增加單位光照面積、逡逑強(qiáng)化管內(nèi)的混合效果、緩解濃度梯度對(duì)管長(zhǎng)的限制等。Ｔｒ0ＳｃｈＷ［４６］設(shè)計(jì)了一種在直管逡逑段設(shè)有凹陷結(jié)構(gòu)（圖１－４）的管式光生物反應(yīng)器，其不僅增加了反應(yīng)器的比表面積，逡逑又能夠使流體繞柱時(shí)產(chǎn)生漩渦，增加湍動(dòng)程度促進(jìn)混合傳質(zhì)，但其加工困難，成本較逡逑尚。逡逑（邋Ｎ邋邐逡逑0邋＆邋＆逡逑縛馬＾＿３逡逑＾＾逡逑３０邋ＶＩＥＷ邐ＬＯＮＧｆｒＵＤｌＫＡＬ邐ＰＬＡＮ邋ＶＩＥＷ逡逑ＳＥＣＴＩＯＮ逡逑圖１－４邋Ｔｒｏｓｃｈ邋Ｗ設(shè)計(jì)的管式光生物反應(yīng)器中的凹陷結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｃｏｎｃａｖｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｉｎ邋Ｔ－ＰＢＲ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋Ｔｒｏｓｃｈ邋Ｗ逡逑８逡逑

ＨＨｌＨｒ：邋ｍｍ邋ｍｍｍｍｍ邋Ｉ逡逑Ｉ娭Ｈ逡逑圖１－３管式光生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｏｆ邋Ｔ－ＰＢＲ逡逑Ｓｒｅｅｋｕｍａｒ邋＃４３］設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的管式光生物反應(yīng)器，它由數(shù)組有機(jī)玻璃逡逑直管和Ｕ型彎管連接組成，容積１０Ｌ，用兩個(gè)４０Ｗ的熒光燈提供光照，通過(guò)與同樣逡逑培養(yǎng)條件的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的跑道池反應(yīng)器對(duì)比，前者培養(yǎng)的微藻脂質(zhì)含量和藻密度都遠(yuǎn)逡逑高于后者。Ｌｅｅ［４４］設(shè)計(jì)了一種傾斜放置的復(fù)合管式光生物反應(yīng)器，其直管段與地面呈逡逑２５°夾角，上端與豎直管相連，兩組對(duì)稱(chēng)交叉放置，形如字母ａ，被稱(chēng)為“ａ形”管式逡逑光生物反應(yīng)器。井廣寧等［４５］設(shè)計(jì)了一種有內(nèi)置曝氣管的可增強(qiáng)反應(yīng)器中氣液傳質(zhì)和光逡逑能利用率的沿程曝氣型套管式光生物反應(yīng)器。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是能夠增加單位光照面積、逡逑強(qiáng)化管內(nèi)的混合效果、緩解濃度梯度對(duì)管長(zhǎng)的限制等。Ｔｒ0ＳｃｈＷ［４６］設(shè)計(jì)了一種在直管逡逑段設(shè)有凹陷結(jié)構(gòu)（圖１－４）的管式光生物反應(yīng)器，其不僅增加了反應(yīng)器的比表面積，逡逑又能夠使流體繞柱時(shí)產(chǎn)生漩渦，增加湍動(dòng)程度促進(jìn)混合傳質(zhì)，但其加工困難，成本較逡逑尚。逡逑（邋Ｎ邋邐逡逑0邋＆邋＆逡逑縛馬＾＿３逡逑＾＾逡逑３０邋ＶＩＥＷ邐ＬＯ

ＨＨｌＨｒ：邋ｍｍ邋ｍｍｍｍｍ邋Ｉ逡逑Ｉ娭Ｈ逡逑圖１－３管式光生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｄｅｖｉｃｅ邋ｏｆ邋Ｔ－ＰＢＲ逡逑Ｓｒｅｅｋｕｍａｒ邋＃４３］設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的管式光生物反應(yīng)器，它由數(shù)組有機(jī)玻璃逡逑直管和Ｕ型彎管連接組成，容積１０Ｌ，用兩個(gè)４０Ｗ的熒光燈提供光照，通過(guò)與同樣逡逑培養(yǎng)條件的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的跑道池反應(yīng)器對(duì)比，前者培養(yǎng)的微藻脂質(zhì)含量和藻密度都遠(yuǎn)逡逑高于后者。Ｌｅｅ［４４］設(shè)計(jì)了一種傾斜放置的復(fù)合管式光生物反應(yīng)器，其直管段與地面呈逡逑２５°夾角，上端與豎直管相連，兩組對(duì)稱(chēng)交叉放置，形如字母ａ，被稱(chēng)為“ａ形”管式逡逑光生物反應(yīng)器。井廣寧等［４５］設(shè)計(jì)了一種有內(nèi)置曝氣管的可增強(qiáng)反應(yīng)器中氣液傳質(zhì)和光逡逑能利用率的沿程曝氣型套管式光生物反應(yīng)器。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是能夠增加單位光照面積、逡逑強(qiáng)化管內(nèi)的混合效果、緩解濃度梯度對(duì)管長(zhǎng)的限制等。Ｔｒ0ＳｃｈＷ［４６］設(shè)計(jì)了一種在直管逡逑段設(shè)有凹陷結(jié)構(gòu)（圖１－４）的管式光生物反應(yīng)器，其不僅增加了反應(yīng)器的比表面積，逡逑又能夠使流體繞柱時(shí)產(chǎn)生漩渦，增加湍動(dòng)程度促進(jìn)混合傳質(zhì)，但其加工困難，成本較逡逑尚。逡逑（邋Ｎ邋邐逡逑0邋＆邋＆逡逑縛馬＾＿３逡逑＾＾逡逑３０邋ＶＩＥＷ邐ＬＯ

【參考文獻(xiàn)】

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