第29卷第5期2008年10月 青岛科技大学学报(自然科学版)
Jo urnal of Qing dao U niver sity o f Science and T echno lo gy (N atural Science Edition)V ol.29N o.5
O ct.2008
文章编号:1672 6987(2008)05 0422 04
外环流气提式反应器液体局部动力学的
实验研究和数值模拟
曹长青1,董淑芹1,耿启金1,2,郭庆杰1*
(1.青岛科技大学化工学院,山东青岛266042;2.潍坊学院化学化工系,山东潍坊261061)
摘 要:在外环流气提式气液反应器内,分别以空气和质量分数5%羧甲基纤维素(CM C)水溶液为气相和液相,对液相局部动力学进行了系统研究。应用电极示踪测试技术(ETM )测定了下降段液体速度;应用计算流体力学软件FLU ENT 6 0对上升段的液体湍动能和湍动能耗散率进行了模拟计算。模拟结果表明:气体分布器对液体湍动能和湍动能耗散率有较大影响,液体湍动能和湍动能耗散率随表观气速的增大均增大,且液体湍动能呈现出较对称的波动模式。在低气速下,局部液体速率的模拟结果与实验数据吻合良好。
关键词:气提式反应器;局部动力学;气体分布器;模拟中图分类号:O 359 文献标识码:A
Experimental and Numerical Simulation for Liquid Phase Local
Hydrodynamics in an External Loop Airlift Reactor
C AO Chang qing 1
,DONG Shu qin 1
,GENG Qi jin 1,2
,GUO Qing jie
1
(1College of Chemical Engineerin g,Qingdao U niver sity of S cien ce and T echnology,Qingdao 266042,China;
2Department of Chemistry an d Ch emical Engin eering,W eifang U nivers ity,W eifang 261061,China)
Abstract:A gas liquid external loop air lift reactor w as employ ed to inv estig ate the liquid phase local hydrodynam ics using air and 5%(mass)CM C w ater so lution as gas and liquid phases,respectively.Liquid flow velocity in the dow n comer w as measured using the e lectroly te tr acer m easurement (ET M )technique.T urbulent kinetic energy and turbu lent kinetic energ y dissipatio n rate of liquid phase w ere system atically sim ulated using
FLU ENT 6 0CFD code in the r iser.T he simulation results show that turbulent kinetic energ y and turbulent kinetic energy dissipation rate are influenced by the gas distribu tor.It is also indicated that turbulent kinetic energ y and turbulent kinetic energy dissi pation rate of liquid phase ar e both incr eased w ith incr easing superficial g as velocity,and liquid phase turbulent kinetic energ y profiles present from relative sym metry to fluctuate mo de w ith increasing superficial g as velocity.T he numerical simulating results of liquid velocities agree w ith the ex perimental data at low gas flo w rate.Key w ords:airlift reacto r;hy drodynamics;distributing plate;sim ulation
收稿日期:2007 11 07
基金项目:国家自然科学基金项目(20676064);山东省"泰山学者"建设工程基金项目(200510036).作者简介:曹长青(1965~),男,博士,教授. *通讯联系人.
第5期 曹长青等:外环流气提式反应器液体局部动力学的实验研究和数值模拟
气提式反应器与鼓泡塔相比,具有结构简单,操作费用低,气源为动力,较高的液体速度和湍流强度大等优点。外环流气提式反应器(EL ALR)显著特点为连续相循环是由上升段与下降段的静压差引起[1],液速分布较均匀,剪切力小等。因此,在生物化工领域可改善微生物的存活期[2]。液体表观循环速度是反应器的主要设计参数,因此,研究者建立了一些模型和关联式预测气提式反应器内的液体速度[3 5]。有关流体整体参数已得到广泛研究,但对流体局部参数研究较少。Okada 等人
[6]
和Young 等人
[7]
实验研究了气液
两相局部轴向速率分布。对气提式反应器的研究,大部分研究者忽略了气体分布器几何参数对局部动力学的影响。Choi 等人
[8]
研究结果显示,
下降段与提升段的截面积比对循环速度有较强影响,气体分布器对动力学行为几乎没有影响。而
气体分布器对传统鼓泡床内流体动力学有重要作用
[9 10]
。关于气体分布器气提式反应器液体局部
动力学行为如上升段的液体湍动能和湍动能耗散率影响的研究未见文献报道。为进一步研究EL
ALR 局部动力学特性,本工作采用ET M 技术测定了局部液体流速,利用实验和CFD 计算相结合的方法,研究了上升段的液体湍动动能及湍动动能耗散速率的分布规律,将实验数据与商业软件FLUENT 6 0的模拟值进行了比较。
1 模型分析
1.1 模型建立
连续相和分散相连续方程:
q q t
+! q ?u q q =0
(1)
其中
2
q=1
q
=
1。
动量平衡方程:
u i t +U k u i x k =- P
x i
+
x k
u i x k + u k x i - u i !u k !+ F i (2)
式中,U i =u i +u i !,P =p +p !。
K 方程:
Dk Dt = x i k eff k x i
+G k +G b - !-Y M +S k
(3)
式中
,G k = k S 2
;S ?
S ij =
u j x i + u i x j u j x i ;G b =-?g i t Pr t T
x i
;Y M =2 !M t 2;M t =
k
2,其中 是声速。
!方程:
D !Dt = x i ! eff ! x i +C 1!!k
(G k +C 3!G b )-C 2! !
2
k
-R +S !
(4)
式中, t = C k 2
!;R =C #31-##0!2
1?#
3
!2
k ;C =0 0845;#0#4 38;?=0 012;#?
Sk
!
。方程(3)和(4)中的液体有效黏度 eff 由下式计算
d 2
k !
=1 72
^?^?
3
-1+C ?d ^?(5)
其中,C ?#100,^?=
eff
。方程(4)中,模型参数C 1!,C 2!,和C 3!为常数,其值为C 1!=1 42,C 2!=1 68,C 3!=1 30。1.2 数值方法与边界条件
离散方程采用有限容积方法计算,压力和速度的耦合采用SIM PLES 方法,壁面处理采用非平衡壁面函数。计算中假设初始条件为完全流化状态。
采用三维物理模型,反应器总的网格数85752个,时间步长取0 5s 。反应器的提升段、下降段和分布器的网格类型及网格数见表1。
入口条件:表观气速为:0 236和0 362m
s -1
。出口条件:定义为压力出口,由于出口为自由出口,所以假设表压(p m )为0。考虑到在空气进入时有回流存在,所以将空气的回流体积分率设为1。
表1 CFD 计算中所应用的网格类型与网格数
Table 1 Su mmary of th e grids used in CFD calcu lated 反应器位置网格类型网格数孔表面网格类型
孔表面网格数
非孔表面网格数
提升段杂合四面体结构47374下降段楔形结构
18960
分布器
三角形结构
18
19440
423
青岛科技大学学报(自然科学版)第29卷
2 实验部分
2.1 装置与流程
实验在EL ALR 有机玻璃塔中进行,装置流程如图1所示。装置包括内径0 56m,高3 8m 的外环提升段,内径0 16m,高3 2m 的外循环下降段,气体分布器,气液分离室,相含率和速率测试系统,蝶阀和供气系统。表观气速取值为0 02~0 37m s -1之间。实验用质量分数5%CM C 水溶液为液相。保持分离室液面足够高,保证气体完全放空,尽量避免下降段内有残留空气。下降段下部安装2个蝶阀来修正摩擦压降。实验中设置阀门开度分别为100%,80%,60%,40%,20%,
来调节下降段液体速度。
1.压力计;
2.转子流量计;
3.蝶阀;4分布器; 5.电导率仪; 6.A/D 转化卡;7.计算机;8.提升段;9.外环下降段分离室;10.提升段分离室;11.外环下降段;12.电极探针;13.示踪剂注入口;1
4.电导探针;1
5.提升段与下降段连接处
图1 实验装置流程图
Fig.1 Schematic diag ram of experim ental apparatu s
2.2 测试系统
应用ET M 测试技术测定下降段内液相循
环速度。在下降段顶部脉冲注入10m L 饱和NaCl 溶液,下降段底部的三线电极探针[11]记录下200H z 频率的信号。为确保实验数值的可靠性,本实验在同一位置测试3次。
3 结果与讨论
3.1 提升段动力学分析
关于湍动能(k)和湍动能耗散速率(!)的文献报道较少。Vial 等[5,12]通过调节阀门开度,对外环流气提式反应器的提升段内整体动力学进行了研究。本文中,k 和!定义如下
k =12u i !u i !, != t u i ! x k u i !
x k
。
其中,u i !和 t 分别表示脉动速率和湍动黏度。
图2为阀门开度80%,U G 分别为0 236和0 362m s
-1
时,液相湍动能(k L )计算值。从图
中看出,k L 随U G 的增大而增大,k L 呈现较对称波
动模式。气体分布器对k L 有显著影响,在分布器附近k L 值较大,其它区域逐渐减小。计算结果表明,液体脉动的形成主要与气体分布器区局部现象有关。
图3为阀门开度80%,U G 分别为0 236和0 362m s -1时,提升段内液相湍动能耗散速率
(!L )的变化图。从图中发现,U G 对!L 有显著的影
响,通常认为!
L 随U G 的增大而增大。原因可能是湍动强度增加时,更多的动能传递到液相,引起
!
L 增大;也可能随U G 增加,有更多的机械能转化成热能,引起!L 增大。从图中还可以看出,在分布器区附近!L 较大,这表明在气体分布器出口处气速最大,受摩擦力作用更多的能量损失,导致!L 明显增加。从节约能量方面考虑,应优先考虑气体分布器的设计参数。
图2 不同气速下提升段液相湍动能分布图(阀门开度80%)
Fig.2 Evolutions of the liquid phas e turbulent kinetic energy w ith U G in the riser (opening deg ree of valve 80%)
424
第5期 曹长青等:外环流气提式反应器液体局部动力
学的实验研究和数值模拟
图3 提升段内液相湍动动能耗散速率变化图(阀门开度80%)
Fig.3 Evolutions of th e liquid phase turbulent kinetic energy dis sipation rate in th e riser (opening degree of valve 80%)
3.2 模拟值与实验值的比较
低气速下,提升段内局部液速(?L )的计算值与实验值吻合良好。研究发现,计算值与实验值的误差随U G 的增大而增大,由于高气速下,示踪剂的密度和网格的质量影响模拟的精度,导致下降段内局部液速(?L )的计算值高于实验值。U G 较大时,虽然计算值可以粗略估计局部动力学,但误差较大。图4给出了提升段内局部液速(?L )的实验值与模拟值的比较结果。研究表明,只在低气速下实验值与计算值吻合性良好,这与用CFD
计算鼓泡塔动力学的大部分研究结果一致。
图4 提升管内?L 试验值和模拟值的比较
Fig.4 C om parison of CFD calculated an d the experimen tal
v L radial profiles for various U G
4 结 论
(1)外环流气提式反应器提升段内局部液速的实验数据与模拟值比较结果显示,在较低气速时,实验值与模拟值吻合良好。
(2)对外环流气提式反应器提升段内k L 和!L
的局部流动特性模拟结果表明,k L 随U G 的增大而
增大,k L 呈现出较对称的波动模式。!L 随U G 的增大而增大,无对称的波动模式。
符 号 说 明
G b ???平均速度梯度引起的湍动能产生项,kg m -1 s -3G k ???浮力,引起的湍动能产生项,kg m -1 s -3k ???湍动能,m 2 s -2k 0???初始湍动能,m 2 s -2P ???瞬时压力,Pa p ???平均压力,Pa P !???脉动压力,Pa P m ???表压,Pa R e ???雷诺数
S k ???湍动能附加项,kg m -1 s -3
S !???湍动能耗散率附加项,kg m -1 s -4t ???时间,s
U G ???表观气速,m s -1U L ???表观液速,m s -1U i ???瞬时速度,m s -1u i ???时均速度,m s -1u j !???脉动速度,m s -1
Y M ???体积膨胀引起的湍动能耗散率产生项,kg m -1 s -3
v L ???局部液体速度,m s -1 ???声速,m s -1
k ???方程(3)常数 !,?
,#0???方程(4)常数 q ???第q 相含率
!???湍动能耗散率,m 2 s -3 ???密度,kg m -3 ???黏度,pa s eff ???有效黏度,pa s t ???湍动黏度,pa s
(下转第431页)
425
第5期 姚 云等:不同进料方式下气液喷射器内流体流动和混合特征
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(上接第425页)
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431
在培养液和工艺未优化情况下 细胞悬浮培养密度可达 2.5 X 107cells/ml 一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间！ 20-40ml 模拟反应器系统用于工艺优化研究。 https://www.doczj.com/doc/778479891.html, 激流式灌注反应器 激流式灌注反应器配合激流式生物反应器使用，采用新型外循环式纸片灌注培养工艺，以纸片作为载体，利用激流式细胞培养器控制溶氧、pH、温度等细胞生长条件。
◆ 激流式灌注反应器细胞生长数据 ● 蛋白抗体生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称5L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量150克）50L灌注系统（细胞数/克载体× 载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量3600克） CHO-K1 13.7×108cells/g×150g 16.4×108cells/g×1200g 正在进行中 CHO-S 21.0×108cells/g×150g 25.0×108cells/g×1200g 18.0×108cells/g×3600g 结论：一个150L纸片载体灌注系统连续灌注和丰收一个月的体积产量相当于一个国际水平的1500L的大型流加悬浮 培养罐。 优势：一次性使用纸片灌注系统，工艺简单，细胞生存活力特别稳定，适合于发展中国家大规模蛋白质和抗体药物生产。 ● 疫苗生产用纸片载体灌注式不同细胞生长密度×纸片载体总重量 细胞名称 5L灌注系统（细胞数/克载体 ×载体总重量150克） 50L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量1200克） 150L灌注系统（细胞数/克载 体×载体总重量3600克） VERO（人） 6.0×108cells/g×150g 6.5×108cells/g×1200g 正在进行中 MDCK（人） 5.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 Marc145（兽） 3.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 ST1（兽） 4.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 DF-1（鸡） 2.5×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 CIK（鱼） 1.0×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 EPC（鱼） 1.2×108cells/g×150g 正在进行中 正在进行中 结论：1、一个50L纸片载体灌注系统的体积产量相当于1200个大转瓶的生产车间，特别适合于大规模人用、兽（包括鸡和鱼）疫苗生产。同时，也是适合烈性传染病（例如禽流感和SARS）国家和军队的疫苗应急生产方法。 2、低成本、一次性使用，适合于发展中国家大规模疫苗生产的全部中国制造的高端生物反应器。 优势：1、由于一次性使用纸片灌注系统细胞密度特别高，所以细胞之间生长的相互支持力度大，生存活力特别强。 2、与使用转瓶和微载体冲洗和酶消化的接种方法相比，一次性使用纸片灌注系统细胞容易冲洗和酶消化，所 以解决了逐级放大的接种问题。 3、实现DO、pH、温度等培养条件的自动控制 ◆ 激流式灌注反应器的优势 ● 系统无气升装置、鼓泡或搅拌器，使剪切力最小化。 ● 培养液以一定流速流过纸片，供给贴壁依赖性细胞所需养分，在细胞周围形成稳定的流体轨道，可提供细胞生 长、交流和形成的三维结构。 ● 新型纸片适用于多种细胞系，可提供传统培养模式（转瓶等）无法比拟的细胞吸附面积，更利于细胞吸附和生 长。 ● 可解决贴壁培养放大问题，且空间占用少、操作简便、条件要求低。 ● 一次性纸片灌注培养系统用后就弃，可避免交叉污染、缩短批间处理周期，无需清洗、消毒、验证，极大地提 高工作效率。 ● 灌注袋事先经过γ射线照射，即拆即用。灌注袋也适用于5L,50L,150L激流式反应器。 激流式灌注反应器培养体系能力比一般反应器高出20倍，是细胞商业化培养、疫苗工业大规模生产的首选。
实验9 气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定一．实验目的 1．了解气升式环流反应器的工作原理、结构形式及应用的领域。 2．掌握气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定方法。 3．掌握电导仪及测氧仪的使用方法。 4．学习利用组态王软件进行实验过程的数据采集和数据处理的方法。 二．实验原理 气升式环流反应器是近年来作为化学反应器和生化反应器而发展起来的一种新型高效气-液两相反应器和气-液-固三相反应器。气升式环流反应器是利用反应气体的喷射动能和液体的循环流动来搅动反应物料，所以具有结构简单、造价低、易密封、能耗低，也不会由于机械搅拌破坏生物细胞等优点。广泛用于化工、石油化工、生物化工、食品工业、制药工程和环境保护等领域。对反应器的结构尺寸进行恰当的设计后，能得到较好的环流流动的循环强度，在反应器内形成良好的循环，促进固体催化剂粒子的搅动。因而环流反应器对于反应物之间的混合、扩散、传热和传质均很有利，既适合处理量大的较高粘度的流体又适合处理热敏感性的生物物质，还可用于气-液两相或气-液-固三相之间的非均相化学反应。 根据气升式环流反应器降液管的形式可将环流反应器分为内环流反应器和外环流反应器两种。内环流反应器是指气体从升气管下方喷射进入反应器，使得升气管中液体的气含率大于降液管中液体的气含率，引起两者之间存在密度差，从而使得环流反应器中的液体在气体带动下得以循环起来。外环流反应器是指将降液管移到反应器的外面，循环原理和内环流反应器相同。 实验中利用体积膨胀高度法测定气含率ε；利用电导脉冲示踪法测量液体循环速度u L；利用动态溶氧法测定氧体积传质系数K L a。 三．实验装置和流程 1．实验装置 气升式内环流反应器的结构简图见图2-9-1，实物装置见图2-9-2。进入反应器的气体喷
日本宇部兴产公司是采用HSO工艺技术的最大己内酰胺生产商，现生产能力为365kt·a -1， 占世界己内酰胺总生产能力的6.84%，生产装置分布在日本、西班牙和泰国。该工艺技术成熟，投资小，操作简单，催化剂价廉易得，安全性好。但主要缺点是：(1)原料液NH3·H2O和H2SO4消耗量大，在羟胺制备、环己酮肟化反应和贝克曼重排反应过程中均副产大量经济价值较低的(NH4)2SO4，每生产1t己内酰胺大约会副产4.5t(NH4)2SO4，副产(NH4)2SO4最多；(2)能耗(水、电、蒸汽)高，环境污染大，设备腐蚀严重，三废排放量大。特别是(NH4)2SO4副产高限制了HSO工艺的发展。 1.3.2 SNIA工艺(甲苯法) 意大利SNIA公司开发的SNIA工艺是唯一以甲苯为主要原料的己内酰胺生产工艺。该工艺又称为甲苯法，是将甲苯氧化制得苯甲酸，加氢制得苯甲酸，接着与亚硝酰硫酸反应生成己内酰胺硫酸盐，己内酰胺硫酸盐再经水解得到己内酰胺。 在SNIA工艺制备己内酰胺中，含己内酰胺60%左右的酰胺油先经NH3·H2O苛化，然后经甲苯萃取、水萃取制成30%的己内酰胺水溶液。己内酰胺水溶液经KMnO4氧化和过滤、三效蒸发、脱水浓缩、预蒸馏、NaOH处理和蒸馏、轻副产物蒸馏和精馏、重副产物蒸馏和精馏等精制过程，才能得到符合标准的纤维级己内酰胺成品。 1999年，中国石化石家庄化纤责任有限公司采用意大利SNIA公司甲苯法生产技术， 耗资35亿元，建成一套生产能力为50kt·a -1 的己内酰胺生产装置，2002年与中国石化科 学研究院合作开发并应用非晶态镍催化剂引入苯甲酸加氢反应系统部分取代Pd/C催化 剂以及己内酰胺水溶液加氢取代KMnO4工艺技术，将生产能力扩建到70kt·a -1。 尽管SNIA工艺为己内酰胺生产提供了新的原料路线，采用甲苯为原料，不经过环己酮肟直接生产己内酰胺，但酰胺化反应过程条件苛刻，收率较低，生成的副产物成分复杂，每生产1t己内酰胺副产3.8t(NH4)2SO4。而且工艺精制过程存在流程长、工艺控制复杂、能耗大、产品质量不稳定、优级品率低的问题，投资大，生产设备高度专业化，难以转换用途。基于生产成本高、(NH4)2SO4副产品量大、影响己内酰胺质量的副产物多的问题，加之受SNIA公司规模及发展战略影响，目前国外已无采用SNIA工艺的己内酰胺生产装置。 1.3.3 BASF/Polimex-NO还原工艺(苯法) 德国BASF公司和波兰Polimex公司开发了BASF/Polimex-NO还原工艺，对硫酸羟胺制备进行了工艺改进：采用NH3与纯O2催化氧化制得NO，NO在搅拌釜式反应器中，反应温度40℃、压力1.5MPa、H2SO4介质和Pt催化剂作用下被H2还原来制备硫酸羟胺。环己酮肟生产采用二段逆流肟化流程，进料环己酮萃取肟化硫铵中的有机物后再进入肟化反应系统。在肟化过程中每生产1t环己酮肟(中间产品)会副产0.64t(NH4)2SO4，(NH4)2SO4溶液中的环己酮用蒸汽气提回收后返回反应系统。反应生成的环己酮肟经过饱和浓度的硫铵母液干燥脱水。环己酮肟在发烟H2SO4催化作用下经两级串联贝克曼重排器制得己
气升式环流反应器公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
实验9 气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定 一．实验目的 1．了解气升式环流反应器的工作原理、结构形式及应用的领域。 2．掌握气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定方法。 3．掌握电导仪及测氧仪的使用方法。 4．学习利用组态王软件进行实验过程的数据采集和数据处理的方法。 二．实验原理 气升式环流反应器是近年来作为化学反应器和生化反应器而发展起来的一种新型高效气-液两相反应器和气-液-固三相反应器。气升式环流反应器是利用反应气体的喷射动能和液体的循环流动来搅动反应物料，所以具有结构简单、造价低、易密封、能耗低，也不会由于机械搅拌破坏生物细胞等优点。广泛用于化工、石油化工、生物化工、食品工业、制药工程和环境保护等领域。对反应器的结构尺寸进行恰当的设计后，能得到较好的环流流动的循环强度，在反应器内形成良好的循环，促进固体催化剂粒子的搅动。因而环流反应器对于反应物之间的混合、扩散、传热和传质均很有利，既适合处理量大的较高粘度的流体又适合处理热敏感性的生物物质，还可用于气-液两相或气-液-固三相之间的非均相化学反应。 根据气升式环流反应器降液管的形式可将环流反应器分为内环流反应器和外环流反应器两种。内环流反应器是指气体从升气管下方喷射进入反应器，使得升气管中液体的气含率大于降液管中液体的气含率，引起两者之间存在密度差，从而使得环流反应器中的液体在气体带动下得以循环起来。外环流反应器是指将
降液管移到反应器的外面，循环原理和内环流反应器相同。 实验中利用体积膨胀高度法测定气含率ε；利用电导脉冲示踪法测量液体 循环速度u L ；利用动态溶氧法测定氧体积传质系数K L a。 三．实验装置和流程 1．实验装置 气升式内环流反应器的结构简图见图2-9-1，实物装置见图2-9-2。进入反应器的气体喷射至升气管后，由于气体的喷射动能和升气管内流体的密度降低，迫使升气管中流体向上，降液管中流体向下做有规则的循环流动，从而在反应器中形成良好的混合和反应条件。 气升式外环流反应器的结构简图，见图2-9-3，实物装置见图2-9-4。 图2-9-1 内环流反应器的结构简图图2-9-2 内环流反应器实物装置图 图2-9-3 外环流反应器的结构简图图2-9-4 外环流反应器实物装置图 环流反应器是作为气-液两相或气-液-固三相反应器而应用于生物化工或其他化学反应过程，因此传质性能往往成为过程的控制因素，能否提供良好的传质条件对环流反应器的应用具有决定意义。本实验在气升管尺寸不变的情况下，通过 改变不同的气体流量，测定了设备的流体力学性能（气含率 ，液体循环速度 L u 等）及传质特性（氧体积传质系数a K L ）。这三个指标既是衡量气升式环流反应器传递性能的重要指标，也是环流反应器设计和工程放大的重要参考数据。2．实验流程
膜生物反应器 概述 MBR一体化设备利用膜生物反应器（MBR）进行污水处理及回用的一体化设备，其具有膜生物反应器的所有优点：出水水质好，运行成本低、系统抗冲击性强、污泥量少，自动化程度高等，另外，作为一体化设备，其具有占地面积小，便于集成。它既可以作为小型的污水回用设备，又可以作为较大型污水处理厂（站）的核心处理单元，是目前污水处理领域研究的热点之一，具有广阔的应用前景。 2工作原理 MBR是一种将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合的新型高效污水处理工艺，它用具有独特结构的MBR平片膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）可以分别控制，而难降解的物质在反应器中不断反应、降解。 由于MBR膜的存在大大提高了系统固液分离的能力，从而使系统出水，水质和容积负荷都得到大幅度提高，经膜处理后的水水质标准高(超过国家一级A标准)，经过消毒，最后形成水质和生物安全性高的优质再生水，可直接作为新生
水源。由于膜的过滤作用，微生物被完全截留在MBR膜生物反应器中，实现了水力停留时间与活性污泥泥龄的彻底分离，消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。膜生物反应器具有对污染物去除效率高、硝化能力强，可同时进行硝化、反硝化、脱氮效果好、出水水质稳定、剩余污泥产量低、设备紧凑、占地面积少(只有传统工艺的1/3-1/2)、增量扩容方便、自动化程度高、操作简单等优点。 3与传统的污水处理生物处理技术相比，MBR具有以下明显优势： 1.设备紧凑，占地少
厌氧反应器的作用及工作原理 厌氧反应器为厌氧处理技术而设置的专门反应器。 厌氧消化技术在世界各地广泛应用，大部分处理城市生活有机垃圾的厂处理量在2500t/a以上。 厌氧过程实质是一系列复杂的生化反应，其中的底物、各类中间产物、最终产物以及各种群的微生物之间相互作用，形成一个复杂的微生态系统，类似于宏观生态中的食物链关系，各类微生物间通过营养底物和代谢产物形成共生关系(symbiotic)或共营养关系(symtrophic)。因此，反应器作为提供微生物生长繁殖的微型生态系统，各类微生物的平稳生长、物质和能量流动的高效顺畅是保持该系统持续稳定的必要条件。如何培养和保持相关类微生物的平衡生长已经成为新型反应器的设计思路。 UASB反应器 工作原理:上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是传统的厌氧反应器之一。三相分离器是UASB反应器的核心部件，它可以再水流湍动的情况下将气体、水和污泥分离。废水经反应器底部的配水系统进入，在反应器内与絮状厌氧污泥充分接触，通过厌氧微生物的讲解，废水中的有机污泥物大部分转化为沼气，小部分转化为污泥，沼气、水、泥混合物通过三相分离器得于分离。技术特点:运行稳定、操作简单、可用絮状污泥、产生沼气、较低的高度、投资省。适用场合:广泛应用于食品、啤酒饮料、制浆造纸、化工和市政等废水的处理。 EGSB反应器 工作原理:EGSB厌氧反应器是在UASB厌氧反应器的基础上发展起来的新型反应器，EGSB反应器充分利用了厌氧颗粒污泥技术，通过外循环为反应器提供充分的上升流速，保持颗粒污泥床的膨胀和反应器内部的混和。TWT通过改进和优化EGSB的内外部结构，提供了效率，降低了能耗，增强了运行的稳定性，有效防止了颗粒污泥的流失。技术特点:污泥浓度高高负荷高去除率抗冲击负荷能力强占地面积小造价低适用场合: 适用于淀粉废水、酒精废水和其他轻工食品等高浓度有机废水的处理。 TWT-IC反应器 工作原理:TWT-IC反应器是继UASB、EGSB之后的新型厌氧反应器，需要处理的废水使用高效的配水系统由反应器底部泵入反应器，与反应器内的厌氧颗粒污泥混合。在反应器
反应器类型 管式反应器、固定床，流化床 1、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流（见流动模型）（见彩图）。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。其主要缺点是，反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现。 管式反应器与釜式反应器还是有差异的，至于是否可以换回还要看你的反应的工艺要求和反应过程如何，一般的说，管式反应器属于平推流反应器，釜式反应器属于全混流反应器，你的反应过程对平推流和全混流的反应有无具体的要求管式反应器的停留时间一般要短一些，而釜式反应器的停留时间一般要长一些，从移走反应热来说，管式反应器要难一些，而釜式反应器容易一些，可以在釜外设夹套或釜内设盘管解决，你的这种情况，能否可以考虑管式加釜的混合反应进行，即釜式反应器底部出口物料通过外循环进入管式反应器再返回到釜式反应器，可以在管式反应器后设置外循环冷却器来控制温度，反应原料从管式反应器的进口或外循环泵的进口进入，反应完成后的物料从釜式反应器的上部溢流出来，这样两种反应器都用了进去。 2、固定床反应器 又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。 固定床反应器有三种基本形式：①轴向绝热式固定床反应器(图1)。
实验9 气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定 一．实验目的 1．了解气升式环流反应器的工作原理、结构形式及应用的领域。 2．掌握气升式环流反应器流体力学及传质性能的测定方法。 3．掌握电导仪及测氧仪的使用方法。 4．学习利用组态王软件进行实验过程的数据采集和数据处理的方法。 二．实验原理 气升式环流反应器是近年来作为化学反应器和生化反应器而发展起来的一种新型高效气-液两相反应器和气-液-固三相反应器。气升式环流反应器是利用反应气体的喷射动能和液体的循环流动来搅动反应物料，所以具有结构简单、造价低、易密封、能耗低，也不会由于机械搅拌破坏生物细胞等优点。广泛用于化工、石油化工、生物化工、食品工业、制药工程和环境保护等领域。对反应器的结构尺寸进行恰当的设计后，能得到较好的环流流动的循环强度，在反应器内形成良好的循环，促进固体催化剂粒子的搅动。因而环流反应器对于反应物之间的混合、扩散、传热和传质均很有利，既适合处理量大的较高粘度的流体又适合处理热敏感性的生物物质，还可用于气-液两相或气-液-固三相之间的非均相化学反应。 根据气升式环流反应器降液管的形式可将环流反应器分为内环流反应器和外环流反应器两种。内环流反应器是指气体从升气管下方喷射进入反应器，使得升气管中液体的气含率大于降液管中液体的气含率，引起两者之间存在密度差，从而使得环流反应器中的液体在气体带动下得以循环起来。外环流反应器是指将降液管移到反应器的外面，循环原理和内环流反应器相同。 实验中利用体积膨胀高度法测定气含率ε；利用电导脉冲示踪法测量液体循环速度u L；利用动态溶氧法测定氧体积传质系数K L a。 三．实验装置和流程 1．实验装置 气升式内环流反应器的结构简图见图2-9-1，实物装置见图2-9-2。进入反应器的气体喷射至升气管后，由于气体的喷射动能和升气管内流体的密度降低，迫使升气管中流体向上，降液管中流体向下做有规则的循环流动，从而在反应器中形成良好的混合和反应条件。
气升式发酵罐 摘要 :该文简要介绍了气升发酵罐的、工作原理、结构设计、设备特点、优缺点及适用场合及在我国的现状。并展望了气升式发酵罐的广阔的应用前景。 关键词：气升式发酵罐；结构；高效发酵；现状 Abstract: This paper briefly introduces the airlift fermentor, working principle, structural design, equipment characteristics, advantages and disadvantages ，suitable occasion and the present situation in our country。And the prospect of airlift fermentation tank the broad application prospects。 Key worlds ： Airlift fermentor ；construction；high acidicferm entation ；present situation； 生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧 生化反应设备的核心和基础。虽然目前应用最广泛的通风 发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大， 加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅 拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而 难于超大型化。因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得 到迅速发展，特别是气升式发酵罐。 气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种 新型生物反应器。因为无机械搅拌机构，所以最大限度地 减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的 各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧 气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶 氧要求高的产品。 一 .气升式发酵罐的原理 它不用机械搅拌就能基本达到良好的氧溶解的目的。 外循环式培养罐是在罐外装有气液上升管,上升管的两端分 别与罐底部和罐上部相连通,并构成一个气液循环系统。在 上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度 喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接 触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动 能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的 循环。如此液体不断循环流动,并在上升管中与喷嘴喷出的 细微空气粒均匀接触,不断得到溶解氧的补充,从而保证了 菌体的正常生长。乳化了的醪液由上升管进入发酵罐,从培 养液中分离出来的空气由罐顶排出。在罐顶还装有视镜和 人孔,罐中部有温度计插口。培养过程中微生物代谢放出的 热量在上升管中经喷淋冷却除去,为此,在上升管上部要装 冷却器。上升管和下降管的布置可以装在罐外，称为外循 环；也可以装在罐内，称为内循环。
自学指导 气升式发酵罐也是应用最广泛的生物反应器,学生学习是要掌握气升式发酵罐工作原理，气升环流式反应器特点。 重点:气升式发酵罐工作原理,结构。 图1 气升式发酵罐实物照片 气升式发酵罐(ALR)（见图1）也是应用最广泛的生物反应设备。华南理工大学高孔荣教授等对这类反应器进行了较系统深入的研究并取得良好结果，部分已在发酵工厂和废水处理中应用。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等优点。目前世界上最大型的通气发酵罐就是气升环流式的，体积高达3000多立方米。 气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大量应用的气升式发酵罐有气升环流发酵罐（见图2）、气液双喷射气升环流发酵罐（见图3）、设有多层分布板的塔式气升发酵罐（见图4）。而鼓泡罐则是最原始的通气发酵罐，当然鼓泡式反应器没有设置导流筒，故未控制液体的主体定向流动。现以气升环流式反应器（见图2）为例说明其工作原理。 图2 气升环流式反应器
图3 气液双喷射气升环流反应器 图4 多层空气分布板的气升环流发酵罐 气升环流式反应器构造如图2所示，在反应器没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵醪液分为上升区（导流筒）和下降区（导流筒外），在上升区的下部安装了空气喷嘴（见图3），或环型空气分布管（见图5），空气分布管的下方有许多喷孔。加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，从空气喷嘴喷入的气速可达250~300（米/秒），无菌空气高速喷入上升管，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，与导流筒的发酵液密切接触，供给发酵液溶解氧。由于导流筒形成的气液混合物密度降低，加上压缩空气的喷流动能，因此使导流筒的液体向上运动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，二氧化碳排出到反应器上部空间，而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动，导流筒外的发酵液因气含率小，密度增大，发酵液则下降，再次进入上升管，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
搅拌气升式生物反应器的研究进展 席仁荣，吴振强 （华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州510640）摘要：搅拌气升式反应器作为一种新型高效的生物反应器，因为其独特的优势而越来越受到重视，具有良好的研究和应用前景。概述了搅拌气升式反应器的国内外研究进展，着重评述了搅拌气升式反应器相比于传统机械搅拌式反应器和气升式反应器的所体现出的优点，详细介绍和分析了该新型反应器的基本结构、流体力学性质及相关的重要表征参数，并对其在生物发酵和化工行业中的应用和发展进行了回顾和展望。 关键词：搅拌气升式反应器；传质性能；结构 中图分类号：TQ 050.1 文献标识码：A文章编号：1000–6613（2008）02–0218–05 Research progress of mechanically stirred airlift bioreactors XI Renrong，WU Zhenqiang （Collegy of Bioscience and Bioengineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong， China） ABstract：The mechanically stirred air lift bioreactors are a kind of novel and high-performance bioreactors，which are paid more attention due to their excellent merits in recent years and may have a good prospest. The corrent research progress of mechanically agitated airlift bioreactors at home and abroad is summarized. The paper also compares the mechanically stirred air lift bioreactors with mechanically stirred bioreactors and air lift bioreactors and points out its strengths. Besides，the basic structure ，hydromechanics characteristics and relevant parameters of the novel bioreactors are introduced and analyzed in detail as well as their applications in fermentation and chemical industry in the future. Key words：mechanically stirred airlift bioreator；mass transfer performance；structure 气升式反应器和机械搅拌式反应器在生物发酵、化工等领域中得到了广泛应用[1]。气升式反应器在流体黏度相对不高、需要温和的搅拌[2]和氧传质要求较低[3－4]时非常有效，但操作弹性小、轴向梯度高径比（H/D）大、高黏度时相间传质差等不利因素制约了其发展。与其相比，传统的机械搅拌式反应器则有更广泛的操作应用范围，混合程度较高，但它们没有确定的混合模式、不能高速的通气、快速机械搅拌的剪切力对于丝状菌和动植物细胞的培养不利。为了扩展反应器的应用范围，许多研究者通过多种途径来改善它们的性能，包括改进反应器型式、结构、增加内构件等，其中，将搅拌式反应器与气升式反应器结合形成的新型机械搅拌气升式反应器因其能够同时解决传统搅拌和气升式反应器的一些限制而引起了国内外学者的广泛注意。在气升式反应器中合理设置搅拌，可有效地破碎细胞，扩大传质面积并增加循环速度及扰动，强化传递性能，获得足够高的氧传质效率和热传递性能，并且能耗可以缩减至传统搅拌系统的30％。Moo-Young等[5]较早地指出在气升式反应器的导流筒中加上一个低剪切力轴流搅拌桨，这可能是搅拌气升式反应器的最初模型，其性能优于单纯的气升式反应器。同样，这种搅拌气升式反应器已经被证明比传统的单层六平叶圆盘涡轮桨需氧发酵罐具有更高效率[4－6]。LüXiaoping 等[7]认为在高黏度介质的气升式反应器中，机械搅拌比静态混合器对传质的改善更有效。目前国内对这种新型混合反应器甚少有系统的
气提式内循环反应器处理生活污水的试验研究——毕业论文
硕士研究生学位论文 新疆大学 论文题目(中文)：气提式内循环反应器处理生活污水的 试验研究 论文题目(外文)：Experimental Study on Domestic Sewage Treatment by an Internal-loop Air-lift Bioreactor 研究生姓名： 学科、专业：环境科学 研究方向：环境管理 导师姓名职称： 论文答辩日期： 2010 年 5 月 19 日
学位授予日期：年月日
摘要 气提式内循环反应器是以传统生物流化床为基础的一种新型好氧生物处理 工艺，该反应器吸取了化工操作中的流态紊动技术，具有污泥负荷高，抗冲击负荷能力强，结构紧凑，占地面小等特点。本文对气提式内循环反应器的工作原理进行了阐述，总结了气提式内循环反应器的国内外研究现状及其在污水处理行业中的应用。试验采用气提式内循环反应器处理生活污水，利用正交实验 确定反应器的最优参数，研究了反应器对COD、NH 4 +-N、SS、TN、TP等主要污染物的去除效果，并对反应器的抗冲击负荷能力以及活性污泥特性进行了研究。 试验研究结果表明： 1、通过正交实验得出气提式内循环反应器最佳运行参数为HRT10h， Q L 0.55m3/h，SRT5d，该工况下气提反应器出水COD、NH 4 +-N和SS的去除率分别 为90.17%、91.45%和91.85%，出水水质符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》 （GB 18918-2002）二级标准。 2、试验过程中，COD进水浓度最小值为229.71mg/L，最大值为595.69mg/L，平均浓度值为375.71mg/L。气提反应器COD去除率维持在64.24-94.43%，平均去除率为81.24%。COD出水浓度稳定，保持在33.16-96.17mg/L之间，平均出水浓度为63.24mg/L。污泥负荷平均为1.05kgCOD/（kgMLSS·d），高于一般好氧生物处理工艺。 3、气提式内循环反应器对SS的去除率维持在87.72-93.35%之间，平均去除率为89.87%。由正交实验结果可知，影响气提反应器出水SS浓度的主次顺序 为SRT＞Q L ＞HRT，即泥龄是主要影响因素，其次是曝气量，影响最小的是水力停留时间。 4、气提式内循环反应器的脱氮除磷能力高于一般生物处理工艺。反应器TN、TP进水幅度分别为58.03-73.54mg/L与5.34-19.19mg/L，平均TN去除率达55.61%，高于一般生物处理工艺的20%-40%，平均TP去除率为57.72%，高于一般生物处理工艺的15%-20%。
理想管式循环反应器 一、循环反应器简介 循环反应器是一种把出口产物的一部分循环至反应器入口再进行反应的反应器。最常见的循环反应器是管式循环反应器。其基本的结构如图1所示。 图1 管式循环反应器基本结构图 循环反应器中一个最重要的概念就是循环比——循环流量与出口流量之比。随着旬环比的增加，平推流反应器内的轴向浓度梯度降低，这种循环操作的平推流反应器越来越接近全混流反应器。 这类反应器广泛地用于自催化反应、生化反应和某些自热反应。不同类型的循环反应器有不同的目的。对于反应热很大的反应，采用循环反应器可以进行器外换热，更好地控制床层温度；对于自催化反应，循环部分产品可以加快反应速率；对于反应转化率高时二次反应大的反应，采用循环反应器可以降低原料的一次反应深度，提高主要产品的选择性。 二、循环反应器设计方程 关于反应器的计算，其关键是设计方程的导出。由于存在循环，因此循环反应器不同于之前学过的CSTR或PFR，设计方程也有很大不同。这里仅仅考虑理想的管式循环反应器。
循环反应器模型如图2所示。 图2 管式循环反应器模型 依据上述循环比定义，这里的循环比为2 3 23A A F F R == νν。也可以看到，当R=0时，该反应器就是PFR ；当R→∞时，该反应器就是CSTR 。 这里，为了便于计算，给出以下定义。 A X ：A 组分的转化率，也就是反应的A 的物质的量与输入的A 的物质的量 之间的比值。 为了更好的分析整体的情况，我们将中间的反应过程看做一个黑箱（如图3所示），那么总的转化率0 2 02A A A A F F F X -= 。 图3 循环反应器的黑箱模型 为了得到循环反应器的设计方程，通常会沿用PFR 设计方程，以如下的公
膜生物反应器（MBR）介绍及设计应用 （内部资料） 北京碧水源科技发展有限公司 https://www.doczj.com/doc/778479891.html,
目录 1膜生物反应器（MBR）介绍 (1) 1.1原理 (1) 1.2工艺特点 (1) 2设计 (3) 2.1设计进水水质 (3) 2.2设计出水水质 (3) 2.3优质杂排水→城市杂用水（中水） (4) 2.3.1工艺流程 (4) 2.3.2设计说明 (4) 2.4生活污水→二级出水 (6) 2.4.1工艺流程 (6) 2.4.2设计说明 (6) 2.5生活污水→国家一级A标准 (9) 2.5.1工艺流程 (9) 2.5.2设计说明 (9)
1膜生物反应器（MBR）介绍 1.1原理 膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor）简称MBR，是二十世纪末发展起来的新技术。它是膜分离技术和生物技术的有机结合。它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用微滤膜分离技术取代传统活性污泥法的沉淀池和常规过滤单元，使水力停留时间（HRT）和泥龄（STR）完全分离。因此具有高效固液分离性能，同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000－12000 mg/L超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零，并可截留粪大肠菌等生物性污染物，处理后出水可直接回用。 图1 膜生物反应器工作原理简图 1.2工艺特点 （1）出水水质优良、稳定。高效的固液分离将废水中的悬浮物质、胶体物质、生物单元流失的微生物菌群与已净化的水分开，不须经三级处理即直接可回用。具有较高的水质安全性。
MBR膜生物反应器系统相关公式及设计参数 1膜生物反应器常规配套工艺 1.1 针对生活污水推荐典型工艺 1.1.1 以平板膜为核心膜组件 平板膜-膜生物反应器为核心工艺，其对预处理要求相对简单，前端设置2-3mm机械格栅对原水进行预过滤，基本能满足工艺要求。 1.1.2 以中空纤维膜组件为核心膜组件 中空纤维膜-膜生物反应器相对平板膜-膜生物反应器工艺，对预处理的要求更为严格，经过初过滤后还需要设置一道1mm的精过滤，从而确保毛发类物质不对中空膜造成缠绕，导致膜污染。
注意：对满足更为严格的出水标准，对A+MBR工艺进行不同工艺组合工艺再此不做分享。分享一组合工艺流程供大家参考。 1.2 针对工艺废水以去除有机物为主推荐典型工艺 注：如MBR系统内设置平板膜组件，则工艺路线上细格栅部分可取消。 1.3 针对工艺废水以去除氨氮为主推荐典型工艺
2膜生物反应器系统生物系统设计参数 2.1 缺氧池容积 设计原则：氮容积负荷0.2kg-N/(m3.d)以下 流入缺氧池的含氮量：Q1*C(氨氮) 容积：Q1*C(氨氮)/0.2 以上 2.2 硝化池容积 设计原则：氮容积负荷0.25kg-N/(m3.d)以下流入缺氧池的含氮量：Q1*C(氨氮) 容积：Q1*C(氨氮)/0.25 以上 注：硝化池容积考虑膜组件设置后的容积。 3膜生物反应器膜系统设计 3.1 MBR产水系统设计方案
3.2 中空纤维膜辅助系统设计3.2.1MBR反洗气洗系统
3.2.2 MBR反洗加药
3.2.3 MBR CEB系统 结合有机物污染通过碱洗效果明显、盐结垢通过酸洗效果明显的原理，将化学加强反洗程序引入到MBR膜的运行过程中。通过类似于低强度的化学清洗的操作，将MBR膜的污染消除在刚形成的阶段，阻止膜污染得不到及时恢复形成协同恶化的效应。 3.3 平板膜辅助系统设计 3.3.1 重力式加药系统
给水排水990509 给水排水 WATER & WASTEWATER ENGINEERING 1999年 第25卷 第5期 Vol.25 No.5 1999 气提反应器在油脂废水处理工程中的应用 贾立敏 王凯军 杜兵 提要 通过气提反应器(内循环式三相生物流化床)在油脂废水工程的成功应用，分析了不同负荷等条件下的运行状况，并提出了适应油脂废水处理的气提反应器设计条件和主要参数。 关键词 气提反应器 流化床 油脂废水 处理 Vapor Stripping Reactor for Oil-Grease Wastewater Treatment Jia Limin et al Abstract: Vapor Stripping Reactor (tri-phase inner cycling fluidized biological bed) has been applied successively for oil-grease wastewater treatment. The operation at different loading conditions is discussed and the design criteria and parameters suitable for oil-grease wastewater treatment are proposed. 生物流化床技术自70年代发展以来，由于与一般生物技术相比具有处理效率高、占地少等优点，在废水生化处理中得到了广泛应用，但在多年的应用实践中人们发现，流化床技术仍存在一些工程上的问题需要解决，如气、液、固分离；提高传质效率；生物膜脱落分离等。因此近年来，国内外均开展了对新型流化床技术设备的开发研究，气提反应器即为其中一种。气提反应器(内循环式三相生物流化床)作为一种新型的三相流化床，是为了解决传统流化床存在的问题而发展起来的。本文主要结合气提反应器在油脂废水工程中的应用，基本确定了该种反应器在工程运行条件下的设计参数，为实现进一步工程化放大设计创造了良好的条件。 1 气提反应器 气提反应器是由5部分组成，即升流区、降流区、脱气区、沉淀分离区、曝气区。其工作原理为：在反应器中投加一定量的细小惰性载体，通过底部曝气头曝气，造成升流区与降流区之间出现一定的密度差，进而推动液体和载体在升流区与降流区间循环流动。大多数载体进行循环流化，少数载体随气泡上升至脱气区，在这里完成气体释放，然后液固混合液便进入沉淀分离区，由于载体较悬浮污泥和水重，故载体向下沉降返回降流区中继续参与循环流动。出水和悬浮污泥从出水堰流出。 file:///E|/qk/jsps/jsps99/jsps9905/990509.htm（第 1／8 页）2010-3-23 1:32:42
反应器结构及工作原理图解 小7：这里给大家介绍一下常用的反应器设备，主要有以下类型：①管式反应器。由长径比较大的空管或填充管构成，可用于实现气相反应和液相反应。②釜式反应器。由长径比较小的圆筒形容器构成，常装有机械搅拌或气流搅拌装置，可用于液相单相反应过程和液液相、气液相、气液固相等多相反应过程。用于气液相反应过程的称为鼓泡搅拌釜（见鼓泡反应器）；用于气液固相反应过程的称为搅拌釜式浆态反应器。③有固体颗粒床层的反应器。气体或(和)液体通过固定的或运动的固体颗粒床层以实现多相反应过程，包括固定床反应器、流化床反应器、移动床反应器、涓流床反应器等。④塔式反应器。用于实现气液相或液液相反应过程的塔式设备，包括填充塔、板式塔、鼓泡塔等（见彩图）。 一、管式反应器 一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。
分类： 1、水平管式反应器 由无缝钢管与U形管连接而成。这种结构易于加工制造和检修。高压反应管道的连接采用标准槽对焊钢法兰，可承受1600-10000kPa压力。如用透镜面钢法兰，承受压力可达10000-20000kPa。
2、立管式反应器 立管式反应器被应用于液相氨化反应、液相加氢反应、液相氧化反应等工艺中。
3、盘管式反应器 将管式反应器做成盘管的形式，设备紧凑，节省空间。但检修和清刷管道比较困难。 4、U形管式反应器 U形管式反应器的管内设有多孔挡板或搅拌装置，以强化传热与传质过程。U形管的直径大，物料停留时间增长，可应用于反应速率较慢的反应。
【精品】全面了解MBR膜生物反应器 在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor)，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。按照膜的结构可分为平板膜、管状膜和中空纤维膜等，按膜孔径可划分为超滤膜、微滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。 工艺组成: 膜--生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜--生物反应器实际上是三类反应器的总称： ①曝气膜--生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ; ②萃取膜--生物反应器(ExtractiveMembrane Bioreactor, EMBR); ③固液分离型膜--生物反应器(Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor, SLSMBR, 简称 MBR)。 曝气膜 曝气膜--生物反应器(AMBR)最早见于Cote.P 等1988年报道，采用透气性致密膜(如硅橡胶膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纤维式组件，在保持气体分压低于泡点( Bubble Point)情况下，可实现向生物反应器的无泡曝气。该工艺的特点是提高了接触时间和传氧效率，有利于曝气工艺的控制，不受传统曝气中气泡大小和停留时间的因素的影响。 萃取膜 萃取膜--生物反应器，又称为EMBR(Extractive Membrane Bioreactor)。因为高酸碱度或对生物有毒物质的存在，某些工业废水不宜采用与微生物直接接触的方法处理;当废水中含挥发性有毒物质时，若采用传统的好氧生物处理过程，污染物容易随曝气气流挥发，发生气提现象，不仅处理效果很不稳定，还会造成大气污染。 为了解决这些技术难题，英国学者Livingston研究开发了EMB。废水与活性污泥被膜隔开来，废水在膜内流动，而含某种专性细菌的活性污泥在膜外流动，废水与微生物不直接接触，有机污染物可以通过选择性透过膜被另一侧的微生物降解。 由于萃取膜两侧的生物反应器单元和废水循环单元是各自独立，各单元水流相互影响不大，生物反应器中营养物质和微生物生存条件不受废水水质的影响，使水处理效果稳定。系统的运行条件如HRT和SRT可分别控制在最优的范围，维持最大的污染物降解速率。 固液分离型膜 固液分离型膜--生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜--生物反应器，是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法中二次沉淀池的水处理技术。 在传统的废水生物处理技术中，泥水分离是在二沉池中靠重力作用完成的，其分离效率依赖于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分离效率越高。而污泥的沉降性取决于曝气池的运行状况，改善污泥沉降性必须严格控制曝气池的操作条件，这限制了该方法的适用范围。 由于二沉池固液分离的要求，曝气池的污泥不能维持较高浓度，一般在 1.5~3.5g/L左右，从而限制了生化反应速率。水力停留时间(HRT)与污泥龄(SRT)相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷往往形成矛盾。系统在运行过程中还产生了大量的剩余污泥，其处置费用占污水处理厂运行费用的25% ～40% 。传统活性污泥处理系统还容易出现污泥膨胀现象，出水中含有悬浮固体，出水水质恶化。 针对上述问题，MBR将分离工程中的膜分离技术与传统废水生物处理技术有机结合，大大提高了固液分离效率;并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率;同时，通过降低F/M比减少剩余污泥产生量(甚至为0)，从而基本解决了传统活性污泥法存在的许多突出问题。 工艺类型: 根据膜组件和生物反应器的组合方式，可将膜--生物反应器分为分置式、一体式以及复合式三种基本类型。(以下讨论的均为固液分离型膜--生物反应器) 分置式 把膜组件和生物反应器分开设置。生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水;固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。 分置式膜--生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设;而且膜通量普遍较大。但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，水流循环量大、动力费用高，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。