生物发酵反应器混合流动特性的研究

发布时间：2021-11-06 12:12

　　本文主要借助于计算流体力学的模拟方法来对丝状真菌（根霉）发酵放大反应器进行指导,主要针对于发酵过程中面临的剪切,溶氧,混合等方面进行研究。通过对传统气升反应器进行气-液-固三相CFD模拟实验研究,模拟结果与实验结果吻合度较好,说明三维CFD模型可以用来描述气升反应器内部混合流动特性,并且模拟结果表明传统气升反应器内气含率随着表观气速的加大,气含率首先较快速增长,当表观气速进一步加大时,气含率增大的趋势逐渐变缓,并且,整个反应器内部剪切力都较小,适合于培养对剪切力较敏感的生物体。针对丝状真菌（根霉）以固定化的方式进行发酵,设计了一种带有内构件形式的气升反应器,通过加入内构件可以为菌丝体提供附着面,同时也作为折流挡板起到破碎气泡,延长气体停留时间的作用。文中对三种不同的内构件形式进行了模拟实验研究,最终确定了气含率较高的内构件,在相同的表观气速下,带有内构件形式的气升反应器比传统气升反应器气含率提高了 10.8%,富马酸产量提升了 54.7%。针对丝状真菌（根霉）以小球发酵的形式进行培养,拟设计一套根霉产富马酸装置。本装置的最关键部分为发酵反应器,其是利用类似于旋液分离的原理来设计反应器。... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 生物反应器结构及性能简介
        1.2.1 生物反应器结构及性能研究进展
        1.2.2 生物反应器研究的影响因素
    1.3 生物反应器的放大
        1.3.1 实验研究方法
        1.3.2 计算流体力学辅助方法
    1.4 计算流体力学简介
    1.5 CFD在生物反应器中的研究进展
        1.5.1 CFD在搅拌反应器中的研究进展
        1.5.2 CFD在气升反应器中的研究进展
    1.6 目前根霉菌发酵存在的问题
    1.7 本文研究的目的和主要内容
        1.7.1 本文研究的目的
        1.7.2 本文研究的主要内容
第二章 传统气升反应器流动特性的模拟与实验研究
    2.1 引言
    2.2 实验装置和材料
        2.2.1 气升反应器
        2.2.2 发酵菌种及培养基
        2.2.3 发酵液粘度测定
        2.2.4 根霉相关参数测定
        2.2.5 气升反应器流体力学测定方法
    2.3 模型建立及研究方法
        2.3.1 建模及网格绘制
        2.3.2 模拟方法
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 计算收敛性分析
        2.4.2 网格无关性检验
        2.4.3 三维CFD模型可靠性验证
        2.4.4 气升反应器综合流场分析
        2.4.5 颗粒尺寸对反应器性能的影响
    2.5 发酵结果验证
    2.6 小结
第三章 内构件气升反应器流动混合模拟实验研究
    3.1 引言
    3.2 实验装置及材料
        3.2.1 实验装置
    3.3 模型建立及研究方法
        3.3.1 建模及网格绘制
        3.3.2 模拟方法
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 网格无关性分析
        3.4.2 不同表观气速下的流体力学特性
        3.4.3 不同内构件对反应器性能的影响
        3.4.4 不同内构件对容积传质系数的影响
        3.4.5 局部流体力学特性分析
    3.5 气速对反应器性能的影响
        3.5.1 气速对局部气含率的影响
    3.6 发酵结果讨论分析
    3.7 小结
第四章 旋液发酵反应器混合流动模拟研究
    4.1 引言
    4.2 拟解决方法
    4.3 研究方法
    4.4 模型建立及研究方法
        4.4.1 建模及网格绘制
        4.4.2 模拟方法
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 进口结构的影响
        4.5.2 圆柱面高度/底锥面高度影响
        4.5.3 出口深度的影响
    4.6 三种反应器性能比较
        4.6.1 对剪切力的影响
        4.6.2 对湍动能的影响
    4.7 小结
第五章 结论与建议
    5.1 结论
    5.2 创新点
    5.3 建议
参考文献
致谢
作者及导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]多层桨气液搅拌槽内流体力学性能研究[D]. 杨杰.北京化工大学 2014



本文编号：3479812