粉碎机械:三相气升式内环流反应器的液相混合特性

  • 2021-07-12 11:11:39
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化工冶金=柏气升式内环流反器的液相混合特性丛威,刘建国,欧阳藻,廖永红中科院化工冶金研巧所生化工程国家重点实验室,北京18北京轻工业学院化学工程系,北京13巧要:在6L气升式内环流反应器中,レッ自行研制的颗粒状固定化巧载体为固相,研究了通气量、颗粒体积和固含量对液体混合时间和循环时间的影响。实验发现,液体的混合时间和循环时间随通气量的增加而降低,颗粒粒度和固含量对循环时间影响较小,对混合时间影响较大。高通气量时,固含量几乎不影响循环时间气升式环流反应器山11托10口163过0「,1氏近年来开始用于动物细胞微载体培养、固定化酶或固定化细胞的生物转化过程,显示出良好的前景。这些过程大多需要控制定的pH值,局部的pH不适会诱导细胞的程序性死t:或引起固定化酶失活,因此在这类H相反应器中更需要良好的液相混合特性。

气液两相气升式反应器的液相混合特性有很多研究,如塔式循环发酵反应器的混合时间和循环时间,内外环流气升式反应器的混合时间、循环时间3]和液体循环速度方程,及内环流气升式反应器中牛顿和非牛顿流体的循环时间的比较[561.

对三相反应器的研究相对较少。Sith等研究了内环流气升式反应器中固体颗粒对体积氧传质系数的影响,所用颗粒为密度1.g/3、粒径0.1的煤粉,发现在固含量低于化035时,传质相对于无颗粒时得到强化,超过此范围后,传质反而比无颗粒时减弱;托6等在44L的气升式反应器中研究T固体颗粒对循环时间的影响,所用颗粒直径为35,密度为2.6/:13,认为固含量的影响难预测。总的来说,目前报道的结果不尽相同,甚至有矛盾之处,难总结出较般的规律。本文针对实验室自行研制的种固定化酶载体颗粒,研究了3相气升式环流反应器的液相混合行为,主要测量了混合时间和循环时间与固含量、气速、颗粒粒度的关系。

循环时间t是指示踪剂在环流反应器中循环周的时间,混合时间是指示踪剂注入反应器至达到定混匀度巧0化366卸的时间。混匀度的定义为:作怕介;丛巧1969,男,山东威海人,博±,副研究员,生化工程专业。?丛威等:呈相与再古内巧流反应器的液相混合特性oI.是初始示踪剂浓度,是完全混合后的浓度,是瞬时值。通常取户95的时间为本实验中液体循环时间和混合时间的测定采用电导法,即脉冲注入饱和氏溶液,同时用电导仪监测溶液电导,通过电导的变化反映示踪剂的混合情况。典型的电导变化过程如图1所示,中表亦电解质注入时刻,1为7=95的时刻,:1却就是混合时间。图中相邻两峰的间瞄是循环时间3实验装置及测量方法典型的液体混合程度示意图Skethoftheproessoftraer本实验所用的气升式反应器由两个同私圆筒构成,外简直径120i流筒直径80,高450.反应器的总体积为6L,工作体巧5.5,高660,内筒得底部中央有直径为1胃的单孔喷嘴。电导探头位于距内筒上端10:1的环隙内,在该位置时气泡对探头的影响小,电导的变化曲线比较光滑。

3.2实验材料用料为本实验室用甲基丙婿酸哲醋HEA均聚制备的球形固定化酶载体,密度1.051 1兰组气相用空气,液相为去离子水4结果与讨论4.1通气量巧粒粒度的影喃分别使用呈组颗粒,改变通气量,得到液体混合时间和循环时间与通气量的关系,结果见图2.由图2可见,液体的混合时间和循环时间随通气量的化而降低。对较小的颗粒,液体的混合时间下降趋势快而明显。随着气速的提高,液体的混合时间和循环时间的下降趋势趋于平缓。这与所有文献报道的趋巧致。

粒度对循环时间的影响不大,吉条曲线基本重合,而对混合时间有较大影响,*小的组颗粒混合时间明显长于其它两组。由于混合时间同时受轴向和径向混合的影响,而循环时间主要表征轴向流动情况,可推测,加入颗粒对轴向流动影响很小,主要是影响径向混合。

实验发现,混合时间和循环时间与通气量护呈良好的双对数关系,平均相对误差为6,经验关联式。表1还列出了文献中的两相或吉相反应器的混合时间和循环时间与气速的关系。不同文献的结果差异很大,而涉及到颗粒时情况会更复杂,目前还难将混合时间和循环时间与颗粒性质等条件相关联,4.2巧粒含量的影响颗粒固含量对混合时间和循环时间的影响结果见图3.由图可见,颗粒粒度对循环时间影响较小,对混合时间影响较大。颗粒固含量对液体混合时间有较大影响,且影响趋势复杂。固含量较篼,不同粒径对液体混合时间的影响减弱,颗粒固含量对循环时间的影响也较复杂,但影响相对较弱。在高通气量下,固含量几乎不影响循环时间。这些现象也说明,颗粒粒度和固含量对轴向混合影响较弱,而对径向混合有较大影响。

5结论兰相气升式环流反应器的流体力学行为很复杂,在本文的条件下,得到如下结论:液体的混合时间和循环时间随通气量的加而降低,可用荐函数表示。

颗粒粒度对循环时间影响较小,对混合时间影响较大。

固含对混合时间有较大影响,且趋势复杂;对循环时间影响较弱,高通气量时,固含量几乎不影响循环时间。

由此推论,颗粒粒度和固含量对径向混合有较大影响,对轴向混合影响较弱。在高气速下,颗粒随液体流动,因而不再影响循环时间。

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