搅拌釜式生物氧化反应器中的多相流体力学研究

发布时间：2020-05-03 20:45

【摘要】：为了揭示含砷难处理精金矿生物氧化反应器内气液固三相流动的基本规律,设计并制作了一套用于冷模实验研究的搅拌釜装置,以含砷难处理精金矿-水为实验物系,采用电导探针等技术对搅拌釜内的固相悬浮特性及气相分散特性进行深入研究,并建立起相应的计算流体力学模型,具体如下:1.研究了不同桨型、桨径、转速、离底间距及固含率等对固相轴向浓度分布的影响规律。研究结果表明,在同等条件下,6PBT(45°)固相分布质量较好,但Rushton涡轮桨离底悬浮临界转速Njs较小;悬浮临界转速Njs随着离底间距(C/D)的增大而增大,当C/D在1/5-1/3时,分布质量相差很小,在C/D=0.4时,虽然轴向分布质量值较小,但临界转速增幅比较大,相应功耗加大;当固含率由15%增加至25%时,悬浮临界转速Njs相应增大;在悬浮临界转速Njs条件下,轴向分布质量值基本不变,说明了该液固体系中颗粒群体对颗粒沉降行为的影响不及固体颗粒受液体夹带的作用;Zwietering的经验关联式能较好的预测本体系下的悬浮临界转速Njs。2.设计了三种气体分布器,利用电导探针就气体分布器对搅拌釜内气液分散特性的影响展开研究,结果表明,在叶轮区,圆盘和十字分布器局部气含率随径向减小,接近叶轮的径向位置的局部气含率较大;环形分布器局部气含率随径向增大,接近叶轮的径向位置的局部气含率较小。釜内局部气含率分布的均匀性σ随通气量的增加而增大,随搅拌转速的增大而减小;圆盘形的出孔设计使上循环区的局部气含率较大,而有较好初始分布的环形分布器对于整个釜内的均匀性影响更大,即E(x圆盘)≥E(x十字)≥E(x环形),σ环形≤σ十字≤σ圆盘。3.采用标准k-ε湍流模型、MFR多重参考系法的三欧拉数学模型对生物氧化反应器内气液固三相流进行CFD模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比分析。结果表明,模拟结果和三相离底悬浮实验结果十分相符,在临界转速下,Rushton涡轮和HEDT两种桨型的搅拌釜内部都保持了较好的颗粒悬浮质量;HEDT桨的局部气含率分布均匀性较好,分散能力较高,而HEDT桨的高湍流动能及耗散率区域较小,剪切速率更低;对比两种桨型在临界转速下的液相速度场可以看出,两者皆呈现了双循环结构流型,Rushton涡轮的液相速度较大,釜内循环速率更快,颗粒悬浮所需转速也较低;通气量的增加可以改善搅拌釜内气液分散质量与降低剪切速率,但作用随气量的增大而减小。本论文的研究为含砷难处理精金矿生物氧化反应器内传质、传热及其工业应用提供了实验基础和理论依据。
【图文】：

气体分布,气体分布器,微米级,文献

抑制气穴的形成，使气液分散状态得到明显改善。李良超Ｉ３５】在研宄大通气量时双逡逑层桨搅拌槽内局部气液分散特性时也采用了类似的进气方式。逡逑周国忠等１３６］开发了一种机械搅拌罐用气体分散器（图１－５），包括进气管和逡逑分布器，分布器是由圆盘气体分布片和环形筒组成的整体，圆盘气体分布片上和逡逑环形筒上均有通气孔，分布器位于进气管上部或下部，组成分布器的金属圆盘气逡逑体分布片和环形筒配有松动的并与其保持一定间隙的里层非金属制成的辅助圆逡逑盘气体分布片和辅助环形筒，这种机械搅拌罐用的气体分散器结构简单、气体分逡逑布效果好、不堵塞、易清洗。逡逑９逡逑

分散器,甲烷,氧气,环管

程易等［３力发明的一种甲烷与氧气预混器中使用环流气体分布系统，如图】－６逡逑所示。２２ａ和２２ｂ是甲烷和氧气中心进料管，２６ａ和２６ｂ是甲烷和氧气十字进料逡逑管，２４ａ和２４ｂ是甲烷和氧气环形气体分布器，分布器皆由多个同心圆的环管组成，逡逑每个环管上开有多个孔径相同的１－３邋ｍｍ的气体喷射孔２５，甲烷和氧气通过气体逡逑喷射孔２５高速射出，，由于上、下两个分布器完全对称，气体射出后高速对撞，逡逑最大程度达到两股气体的初级混合。逡逑７、一逡逑
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF351.1

【参考文献】