基于流出比率和稀释率的厌氧发酵动力学模型稳定性研究

发布时间：2020-10-23 01:07

　　 随着人们对可再生能源的不断研究,厌氧发酵技术越来越普及,目前我国对厌氧发酵技术有一定程度的应用,然而复杂的厌氧发酵动力学过程往往难以控制,如何控制厌氧发酵过程稳定性已经成为厌氧发酵技术中需解决的关键问题之一。厌氧发酵过程一般可以分为水解、酸化和产甲烷三个阶段,根据质量平衡模型可以建立厌氧发酵动力学三阶段非线性模型,其稳定性是一个非常重要的问题,也是对系统最基本的要求。本文研究了厌氧发酵三阶段动力学模型的稳定性,分析系统流出率(α)和稀释率(D)对发酵系统稳定性的影响,系统在这两个参数下趋于稳定所需的时间分布情况,以及具有时滞效应的三阶段模型的数值模拟,主要内容包括以下几个方面:(1)研究了以Monod模型和Contois模型为基础的水解和酸化阶段动力学模型的稳定性,结果表明当系统中存在边界平衡点和正平衡点时,系统能达到稳定状态。当系统表现为边界平衡点时,系统中的基质底物趋于稳定的值与α呈负相关;当系统表现为正平衡点时,系统中的基质底物和大分子单体有机物趋于稳定的值与α和D呈正相关,产酸菌趋于稳定的值与流出比率和稀释率呈负相关;在α+D=1.2的附近,系统达到稳定状态所需时间最短。此外,含有Contois模型的系统表现出更好的时间分布规律。(2)研究了以Monod模型和Haldane模型为基础的厌氧发酵的酸化和产甲烷阶段动力学模型的稳定性,同样当存在边界平衡点和正的平衡点时系统能够达到稳定状态。当系统表现为边界平衡点时,系统中各成分的稳定值不随α和D变化:当系统表现为正平衡点时,系统中的大分子单体有机物和酸类趋于稳定的值与α和D呈正相关,产酸菌和产甲烷菌的稳定值与α和D呈负相关;在α+D=1的附近,系统达到稳定状态所需时间最短。(3)研究了以Contois模型、Monod模型和Haldane模型为基础的三阶段厌氧发酵动力学模型的稳定性。当系统表现为边界平衡点时,系统中的甲烷生成的稳定值不随α和D变化;当系统表现正的平衡点时,甲烷生成趋于稳定的值与D呈现正相关变化,与α呈负相关。在α+D=1的附近,系统达到稳定状态所需时间最短。同时,系统各阶段达到稳定状态所需的时间会随着发酵水解、酸化和产甲烷过程的递进逐渐增加;建立具有时滞效应的动力学模型,当时滞期τ0τ＜τ1时,系统的稳态产生周期性震荡,所以合理的时滞效应模型能较好的表征厌氧发酵的动态稳定过程。本文对厌氧发酵三阶段动力学模型的稳定性进行了较系统的研究,分析了流出比和稀释率对系统稳定性的影响,并得到系统达到稳定状态最快时的参数区间,最后建立了具有时滞效成的厌氧发酵动力学模型,可为以后的有关研究提供参考。本文的研究结果可以应用于发酵工艺的控制过程,通过对系统参数的控制,使发酵系统保持在特定需要的最佳运行状态。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ920.1
【部分图文】：

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奋据雄为幼界平粉

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本文编号：2852345