本文選題：氣-液-固三相 + 攪拌槽反應(yīng)器�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院(過(guò)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(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用非常普遍。由于三相體系內(nèi)同時(shí)存在著兩種分散相,相間相互作用方式復(fù)雜,目前尚沒有成熟的實(shí)驗(yàn)和理論研究工具,因此對(duì)其內(nèi)部的多相流動(dòng)、混合及傳遞機(jī)理的研究還遠(yuǎn)不成熟。本論文從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個(gè)方面對(duì)氣-液-固三相攪拌槽反應(yīng)器內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。首先,針對(duì)氣-液-固三相攪拌槽反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段缺乏的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種新型的多相測(cè)量設(shè)備。利用這套儀器實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣-液、液-固以及氣-液-固多相攪拌槽內(nèi)分散相尺寸分布的測(cè)量。同時(shí)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?qū)y(cè)量結(jié)果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)探頭直徑由0.05T增大至0.15T時(shí),固含率的測(cè)量誤差由4.3%增加至11.8%,因此在滿足測(cè)量視野的前提下,需要進(jìn)一步減小探頭直徑；當(dāng)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(shí),探頭對(duì)流場(chǎng)和相含率分布的影響較小。其次,采用基于Eulerian-Eulerian觀點(diǎn)的“三流體”模型,建立了適用于三相體系模擬的數(shù)學(xué)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(duì)相間作用力的影響,同時(shí)在模型中耦合了氣泡尺寸變化模型,使得數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過(guò)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(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、相含率分布以及氣泡尺寸分布。將模擬結(jié)果與利用改進(jìn)取樣法得到的局部相含率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明利用該模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加吻合。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),雙層槳的加入可以明顯加強(qiáng)反應(yīng)器內(nèi)的流場(chǎng)強(qiáng)度,促進(jìn)混合效果,使得相含率分布更加均一,氣泡尺寸明顯減小,進(jìn)而有利于提高反應(yīng)器內(nèi)的氣液傳質(zhì)特性和反應(yīng)器效率。最后,針對(duì)高徑比大于1的低剪切攪拌槽生物反應(yīng)器存在的氣含率分布不均的問(wèn)題,提出了分段式多級(jí)導(dǎo)流筒構(gòu)型設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了分段式多級(jí)導(dǎo)流筒反應(yīng)器內(nèi)的臨界離底懸浮轉(zhuǎn)速、功率消耗、氣液體積傳質(zhì)系數(shù)kLa,并與單級(jí)導(dǎo)流筒的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。當(dāng)導(dǎo)流筒間距為3.5 cm和7.0 cm時(shí),反應(yīng)器內(nèi)固體顆粒更易懸浮,臨界離底懸浮轉(zhuǎn)速低于單級(jí)導(dǎo)流筒的結(jié)果,同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的功率消耗明顯降低,kLa也明顯高于單級(jí)導(dǎo)流筒的結(jié)果。而當(dāng)導(dǎo)流筒間距增大至10.5 cm時(shí),反應(yīng)器氣液傳質(zhì)特性明顯下降,甚至低于單級(jí)導(dǎo)流筒的情況。研究了攪拌轉(zhuǎn)速、通氣速率以及固體加入量對(duì)反應(yīng)器內(nèi)單位功耗下的氣液體積傳質(zhì)系數(shù)η的影響發(fā)現(xiàn),,7隨著攪拌轉(zhuǎn)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(chǔ)上,建立了內(nèi)置多級(jí)導(dǎo)流筒的氣-液-固三相攪拌槽反應(yīng)器的功率和氣液體積傳質(zhì)系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,為該類型反應(yīng)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(過(guò)程工程研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ052

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