毕业设计（论文）--外环流器升式生物反应器的轴向分散随机模型.docVIP

外环流气升式生物反应器的轴向分散随机模型 摘 要 该论文描述了一个两相流体中属于几个混合传质过程中的粒子运动模型。停留时间分布和一维分布模型是用来获得液相中的轴向分散系数,Dax。外环流气升式生物反应器Dax模型的提出是建立在湍流鼓泡塔中两相流动中的随机分析以及在气升式反应器中改进的特定流动之上的。该模型考虑到上升区的表观气速，上升区的表观液速，Sauter鼓泡直径，上升区气含率，下降管和上升管面积比等因素。该模型可用于平均允许误差在20%左右。 符号列表： AD 下降管区域面，m2 AR 上升管区域面积，m2 aij 从νi从νj的强度 Bo 波恩斯坦常数Bo 方程（43） Co 示踪剂的初始浓度，Kg/m3 C(t) 示踪剂的瞬时浓度，Kg/m3 Cr 示踪剂的无因次浓度 Cr Ct/Co Dax 整个生物反应器的轴向分散系数, m2/s DD 下降管直径，m DR 上升管直径，m dB 气泡直径，m dS Sauter直径，m HD 下降管液柱高度，m Hd 分散高度，m HL 未混合液注高，m HR 上升管液注高，m L 研究区域长度，m Neq 连续槽中完全混合的数量 ni 属于i维阶层的气泡个数 Pij 速率从νi从νj变化的可能性 QG 气体流速，m3/s QF 液相流动速率，m3/s Re 雷诺数 t 流动时间，s tc 循环时间，s tM 混合时间，s ui 概率 VL 反应器中理论液体体积，m3 νi 液体流速，m/s νLD 降液管中液体线速度，m/s νLR 上升管中液体线速度，m/s νM 气液混合速度，m/s νSG 表观气速，m/s νSGR 上升管中表观气速，m/s νSL 表观液速，m/s νSLR 上升管中表观液速，m/s W 对流速率，m/s X 无因次轴向坐标 X Z/L Z 轴向坐标，m 希腊符号： εG 气含率 ν 运动粘度 m2/s τ 无因次时间 t/tc τr 无因次混合时间 1 引言 气升式生物反应器是以隔开的特定环流结构中通过特设的通道进行液体循环流动为特征的气液接触装置。生物反应器中的流动方式通常不同于，尤其不同于理想反应器中的流动方式（间歇完全混合活塞式流动和完美的连续槽混合反应器）。 气升式反应器的两相流动的知识仍没有完全被掌握，虽然生物反应器的停留时间分布，液体传质系数等因素对衡量生物反应器的性能是非常重要的，混合现象在生物反应器设计中仍具重要作用。混合现象对生物反应器的设计，建模，操作，以及从实验规模到工业规模的转化尤为重要。气升式生物反应器的互相影响的两个基本混合因素是【1】： ——每次混合的轴向混合； ——再循环造成的返混。 气升式生物反应器中对液相分散系数研究的大部分工作是试图描述整个反应器整个轴向分散中的液相混合。循环流动中的轴向分散的产生就像是理想层流中由侧向流动，湍流，无效区和分子扩散引起的。轴向分散可由两个数学模型来进行公式描述【2，3】： ——连续槽模型，这里环流被一系列连续的，等体积的理想搅拌槽反应器，Neq所代替，以达到相同的轴向混合效果。 ——扩散模型，这里活塞式流动的扰乱，虽然物理形式不同，但是，根据分子扩散准则考虑到所有重要的统计学特性通过把他们加合成有效分散系数Dax,它是由伯恩斯坦常数和佩克莱特数组成。 完成该项工作是为了研究同心管气升式生物反应器中的液相轴向分散系数和发展数学模型。 模型的构成 这个模型的建立源于流动和湍流混合是分子过程的假设。而且，相扩散是连续相中以不同的速率流动的几个区域和不同区域中的分子随机交换以及扩散相共同作用的结果。在这种情况下，为了描述分子强度，必须了解相速度范围和他们的变化频率。为了描述这些情况下的混合现象，一个随机简化模型被应用，这是因为在两相流动尤其是合成气塔中，速度范围是非常大的。这个模型将提供一个确切的过程数，这个过程数可以描述现象的重要性，主要建立在以下假设之上：——连续相的流动只有一个速度νi, i=1,2,….,n; ——分散相的一个粒子以速率νi，在t时刻到达x点的可能性为u