气升式环流反应器的研究进展

环流反应器在工业上正得到越来越广泛的应用,对其进行深入研究对于此类反应器的设计与放大具有重要意义。对环流反应器的流动、混合及传质特性参数随表观气速、液相物性、系统压力和反应器尺寸等操作条件的变化关系进行了综述。介绍了各特性参数的测量方法,并指出了这些方法的优缺点及可能存在的误差。对环流反应器的流动、混合及传质特性的数学模型进行了评述,并在此基础上对环流反应器研究的发展前景进行了展望。     

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。     

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。     

气升式环流反应器特性参数的研究进展

介绍了气升式环流反应器的工作原理、分类及流型,综述了气升式环流反应器的流体力学特征参数(主要包含气含率和循环液速)、混合及传质特性参数的测量方法和影响因素。介绍了气含率和循环液速的数学模型,并评述了现有模型。展望了气升式环流反应器进一步的研究方向与发展前景。     

多室气升式环流反应器传质特性

以Higbie的渗透理论为基础,建立了多室气升式环流反应器体积传质系数的模型方程．用亚硫酸钠空气氧化法测定反应器的比表面积和体积传质系数,讨论了表观气速和催化剂浓度对它们的影响,并验证了模型的适用性。     

气升式环流反应器流动特性的数值模拟

应用Fluent计算流体力学软件,通过数值模拟的方法考察了气升式环流反应器内导流简直径、导流筒高度、导流筒安装高度以及液相进口速度对反应器内两相流动的影响。计算结果表明：导流简直径增大。液相循环量和上升段气含率均增大;导流筒高度增大,液相循环速度和循环量均增大,但是当导流筒的高径比增加到6．3后,液相循环速度和循环量反而减小;导流筒安装高度增加．液相循环速度及循环量均增大,升液管气含率降低;增加液相的进口速度,虽然上升段的液速有所增加,但是降液管循环液速及循环量基本不受影响。最后计算了反应器内液相速度随进口气速的变化情况,并与实际测量值进行了比较,模拟值和测氨值都表明随着进口气速的增加,液相循环速度随着进口气速的增加而增加．两者呈现良好的一致性。     

气升式环流反应器在不同体系下的循环液速和局部气含率

在气升式环流反应器中,分别研究了空气—水、空气-0．1％乙醇水溶液和空气-水-活性污泥体系中的循环液速以及气含率随操作条件的变化规律。实验结果表明,循环液速随着表观气速的增加而增大,不同体系中的循环液速差别不大;导流筒内、外不同高度处的局部气含率均呈自下向上增大的趋势,且导流筒内部气含率高于导流筒外部的气含率。体系的聚并特性对平均气含率和局部气含率有较大影响。     

气升式环流反应器数值模拟研究进展

介绍了计算流体力学在气升式环流反应器(二相、三相)中的应用,汇总并介绍了气升式环流反应器的气含率和循环液速的二维与三维数值模拟结果,提出今后进一步的研究方向。     

气提式环流反应器中局部传质特性研究

本文在环流反应器中液相单级返混较小的情况下,提出了测量上、下两流区局部容积传质系数的稳态和动态物理吸收法,对两法的误差来源和适用条件进行了分析讨论,并用该两法对环流反应器的局部传质特性进行研究,发现气相循环比是环流反应器传质特性的一个重要参数.文中应用动量衡算导出了气相循环比的理论关联式.     

超声内环流气升式反应器传质性能的研究

研究了超声内环流气升式反应器中空气-水-离子交换树脂体系的气液传质与液固传质性能.分别采用电极动态法和离子交换树脂法实验测定了气液传质和液固传质系数.重点考察了表观气速、超声电功率对于气液传质系数以及液固传质系数的影响.实验表明,内环流气升式反应器中表观气速对于气液传质性能影响较大,而超声作用对气液传质影响不大.该反应器中液固传质系数随表观气速的增加而增大;无超声作用情况下,当表观气速达到一定程度时,液固传质系数保持一恒定值.超声作用时,气速增加到4 cm·s-1左右,传质系数达到最大值,随后液固传质系数随着表观气速的增加而逐渐减小,传质系数仍然大于无超声作用时的值.超声对液固传质有较强的促进作用,电功率在150 W左右时,超声对液固传质的促进作用最佳,是不加超声作用时传质系数的两倍左右;但随着电功率的进一步增大,液固传质系数呈现下降趋势.     

气升式三相内环流反应器中相含率的研究

在一个6．36L的气升式内环流反应器中,以空气-NaCl水溶液-K树脂为实验体系,在导流筒内的表观气速为1．21～7．28cm·s^-1时,考察了平均气含率、平均固含率随表观气速的变化规律,研究了转向面积比、NaCl水溶液浓度与平均气含率之间的关系。在均匀鼓泡流区域用模型方程Eg=aUgb来关联平均气含率,其中模型参数6=0．766,a与转向面积比、NaCl水溶液浓度关系为a=3．45×10^-5＋0．0146（Sb／Sr）0．0185＋1．35W。     

三相强制浆料环流反应器的局部传质行为

提出了一种新型的强制外循环三相环流反应器结构,根据结构特点及流动状态的不同,将反应器分为6个不同的流动区域. 在f300 mm′1700 mm的实验装置内,采用氧气气提-空气解吸法,详细考察了内环表观气速0.006~0.19 m/s、外循环液速0.03, 0.05 m/s、固含率5%, 10%, 15%时不同流动区域的体积传质系数. 发现外循环液流影响区体积传质系数最大,最高可达0.754 s-1,外环环隙区最小,不超过0.043 s-1,环流反应器整体体积传质系数与气液分离区体积传质系数接近. 适当扩大内、外环截面积比有利于提高环流反应器的传质性能. 环流反应器整体体积传质系数随内环表观气速和外循环液速的增加而增加,随颗粒浓度的增加略有降低.     

Experimental Study on the Hydrodynamics and Mass Transfer Characteristics of Ultrasonic Loop Airlift Reactor

The promoting effect of ultrasonic wave on the hydrodynamics and mass transfer characteristics of the loop airlift reactor was studied. The gas holdup, liquid circulation velocity, mixing time and overall volumetric mass transfer coefficient were examined and compared, with and without ultrasonic wave in the reactor. The experimental results show that ultrasound has almost no notable effect on the gas holdup, but has a tendency to decrease gradually the liquid circulation velocity and increase the overall volumetric mass transfer coefficient; and the effect on the mixing time is relatively complex. At low superficial gas velocity, the low powered ultrasound promotes the radial mixing of fluid; with the ultrasonic power increasing, ultrasonic vibration obstructs the axial mixing of fluid. Moreover, the effect of ultrasonic wave on the mixing time gradually decreases with the increase in the superficial gas velocity. Therefore there exists an optimal ultrasonic power for hydrodynamics and mass transfer. Correlations were also proposed for the hydrodynamics and mass transfer characteristics of the reactor.     

表观气速对气升式环流反应器性能的影响

利用计算流体力学(CFD)数值模拟方法.采用Euler法双流体模型研究了表观气速对气液两相气升式环流反应器的液体循环速率和气含率的影响.实验结果与数值模拟结果吻合较好.结果表明.气含率和液体速率在反应器内分布不均匀,气含率在相同的径向位置变化很小,液体速率随着表观气速的增加而增加.     

超声波气升式内环流反应器传质性能的实验研究

研究了超声波对气升式内循环反应器传质性能的促进作用,重点考察比较了牛顿型流体和非牛顿型流体 有、无超声波时气升式反应器的传质性能及气速、液体粘度、超声功率对总体积传质系数KLa的影响。实验证明， 无论是牛顿型流体还是非牛顿型流体，气速越小，超声功率对总体积传质系数KLa的相对影响越大；随着气速的 增大，这种影响逐渐减小，当气速增大到0.0615m·s-1时，超声波对总体积传质系数KLa的相对影响已较微弱。气 速增加，牛顿型流体和非牛顿型流体的KLa均增加，但牛顿型流体增加的幅度比非牛顿型流体要大。粘度增加，KLa 减小。气速、粘度、超声功率对KLa的影响分别是气速大于粘度大于超声功率。提出了相应的KLa经验关联式，并作了 讨论。     

三相多室气升式环流反应器中上升室气含率研究

在一个4流道的多室气升式环流反应器中,以空气-水-K树脂为体系,考察了上升室气体表观速率和固体装载量对上升室气含率的影响。结果表明:上升室的气含率随着该室气体表观速率增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有降低;上升室的气含率均随固体装载量增加而降低。在鼓泡流下,根据漂流通量模型,建立了上升室的气含率模型;上升室气含率的模型计算值和试验值的平均相对误差为6.429%。     

Scale Effects on Hydrodynamic and Mass Transfer Characteristics of External Loop Airlift Reactors

Gas hold-up and oxygen transfer have been investigated in two geometrically similar external loop airlift reactors of linear scale ratio of 2. In mass transfer experiments, the sampling location was found to be important as significantly different k_La values can be obtained. The variations of k_La with probe location have been explained in terms of non-uniform hydrodynamic properties and the results obtained have been validated by means of high speed video camera recordings. At higher gas flowrates, the gas hold-up was significantly higher in the large-scale reactor. It was found that in order to maintain the gas hold-up or k_La constant in both the small- and large-scale reactor, the small-scale reactor required 25% and 27% more power input per unit volume of liquid respectively. © 1997 SCI.