板框式渗透汽化膜组件中薄层流动的CFD模拟

采用计算流体力学(CFD)的FLUENT软件,对GFT型、THU型和SCU型三种不同结构的板框式渗透汽化膜组件的料液薄层流动行为进行模拟和比较。结果显示,THU型膜组件相对GFT型膜组件的料液分布较为均匀,但存在入口射流造成料液发展区较长的缺点;SCU型膜组件的薄层流道由于通过均布的入口折流进料,料液流动的发展更快、分布更均匀。结构分析表明在阻力损失要求不高的工作系统中,SCU型结构具备一定优势。     

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器(SMBR)实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母,所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用,在乙醇质量浓度达到73 g/L时趋于停滞,而耦合渗透汽化膜后,发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40 g/L,使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为4.02 g/(L.h)。发酵液中乙醇质量浓度维持在20~63 g/L,聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的总渗透通量为1 220~800 g/(m2.h),分离因子为5~9.2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比,乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统(发酵体积1 L和2 L)比较,性能稳定良好。     

熔融结晶洗涤塔内过滤过程的研究

针对熔融结晶洗涤塔的过滤操作模式,根据表面过滤原理分析了洗涤塔内过滤段的物理模型和数学模型,建立了过滤微分方程和相关边界条件;通过过滤方程的求解,建立了过滤段滤饼过滤的压力分布公式以及滤液体积流率与滤饼变化厚度的关系式,并对相关主要影响因素进行了分析。结果表明,洗涤塔过滤段滤液体积流率与压力降、比滤阻、过滤介质阻力、滤...     

膜生物反应器用于乙醇连续发酵菌株的适应性培养

将一种耐高温酿酒干酵母在体积为5L、膜而积为0.08m2的硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵系统中进行适应性培养,选育出适应该环境的优势菌种.三轮乙醇连续发酵实验的结果表明,糖的转化率差别不大,但单位酵母细胞代谢产生乙醇的能力有了提高,说明酵母细胞在长期封闭循环发酵环境条件下,原种菌经过几百代繁殖后其后代遗传特征发生了改变,能逐渐适应所处的不利环境.表明通过膜生物反应器长期封闭循环发酵对酵母细胞进行适应性培养,可以获得具有某种遗传优势的新菌株.     

离心流化床动力学模拟

在前人研究的基础上,进一步地考虑了离心流化床在初始流化后气速增大引起的床层膨胀,通过引入气速与空隙率变化函数关系建立了离心力场气固流态化的动力学模型,得出了空隙率和床层膨胀关系式,从而得出床层压降的计算公式。理论预测的针对不同转速、不同颗粒的床层压降与临界速度的关系与实验数据吻合良好,能更准确地预测实验结果。     

计算流体力学在膜分离技术中的应用

概述了当前计算流体力学(CFD)在膜分离技术方面的研究进展,并探讨了CFD技术在膜技术方面的应用趋势。     

酿酒酵母的发酵优化与动力学研究

研究了酿酒酵母在游离生长条件下细胞生长、乙醇生成和葡萄糖消耗动力学.通过耐高温酿酒活性干酵母在35℃的复合培养基中不通风生长的三水平正交实验,用Gauss-Newton非线性最小二乘法拟合了发酵动力学参数.当发酵液中的葡萄糖浓度远大于饱和生长系数Ks时,酵母细胞的生长代谢规律受葡萄糖的影响很小.乙醇总是减缓酿酒酵母的生长代谢速率,当乙醇浓度达到完全抑制值KP时细胞就停止生长.酵母细胞的自由生长存在极限浓度Kx,而在细胞浓度为Kx/2处获得最大细胞增长率.当发酵液中乙醇浓度低于KP[1-β/(αμmax)]时,在细胞浓度为Kx[1-β/(αμmax)]/2处获得最大乙醇发产率.而高于此乙醇浓度时,乙醇产率随细胞浓度单调增加.在发酵动力学方程的基础上,可根据发酵目标对发酵条件进行优化.     

膜生物反应器封闭循环发酵燃料乙醇生产系统的工艺设计及安全分析

基于最新的试验结果,对该工艺的工业化流程进行了初步设计和分析,将系统分为原料处理、发酵、PDMS膜分离、精馏浓缩、产品贮存和发酵残液处理等6个单元,运用蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价法对系统进行了安全分析评价,确定了各个单元的危险等级.分析表明,原料处理和发酵单元危险性属于较缓和等级,应侧重工艺参数控制分析及设备的安全设计;PDMS膜分离、精馏浓缩单元和贮存单元分别属于重和高度灾难性等级,而国内外有关乙醇贮存单元的相关研究已较为成熟,此项研究着重对负压操作的PDMS膜分离和精馏浓缩单元爆炸极限等爆炸参数进行了定量安全分析,并制定了相应的安全措施.最后采用蒸气云爆炸模型贮存单元进行了事故模拟.     

膜生物反应器乙醇发酵下游工艺

把发酵与硅橡胶膜渗透汽化相耦合构成膜生物反应器,可以产出乙醇平均质量分数为32%～35%的蒸汽状态乙醇粗产品,需要在下游进一步精制浓缩才能得到普通工业乙醇或无水燃料乙醇.基于前期大量实验室实验工作基础上,提出了膜生物反应器+真空精馏+分子筛变温变压吸附脱水工艺方案,以实现工业乙醇和燃料乙醇的高效率和清洁化生产     

萃取式膜生物反应器用于制备生物香草醛

用以硅橡胶复合膜为核心的萃取式膜生物反应器对生物香草醛进行了生产分离耦合化的研究。与摇瓶实验相比,在很大程度上消除了产物的抑制和香草醛的氧化损失,丁香油转化率从0.45%提高到1.04%,香草醛在下游萃取液中的最高质量浓度达到了130.10 mg/L,远高于摇瓶实验的11.13 mg/L;活性炭优化后的转化率为1.09%,下游萃取液最高质量浓度为136.48 mg/L,香草醛的HPLC峰面积比为96.77%。