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剪切式曝气器降低气泡直径增强混合传质促进微藻固定烟气CO2研究

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剪切式曝气器降低气泡直径增强混合传质促进微藻固定烟气CO2研究

作者：苗毅浙江大学

学位级别：硕士

微藻具有环境适应性强、生长速率快、转化效率高、生物质效益好等优点,故利用微藻固定燃煤烟气CO对我国节能减排和发展新能源具有重要意义。微藻光合反应器往往存在曝气器产生气泡直径大导致气液混合传质差等问题,严重限制了微藻生长固... 详细信息

微藻具有环境适应性强、生长速率快、转化效率高、生物质效益好等优点,故利用微藻固定燃煤烟气CO对我国节能减排和发展新能源具有重要意义。微藻光合反应器往往存在曝气器产生气泡直径大导致气液混合传质差等问题,严重限制了微藻生长固定烟气CO的转化效率。故开发高效曝气器降低CO气泡直径增强气液混合传质是促进微藻固碳的技术关键。本文揭示了微藻固定燃煤烟气CO过程中SO杂质对15%浓度CO溶解传质的影响规律,发明了蜗壳式曝气器通过水流离心运动产生剪切力降低气泡直径增强混合传质,研制了三级剪切式旋混曝气器降低气泡直径促进微藻生长固碳。研究揭示了微藻固定燃煤电厂烟气CO过程中SO杂质对15%浓度CO溶解传质的影响规律。通过可视化实验研究得到介质溶液初始p H值从3增加到11时,烟气15%浓度CO气泡最终溶解直径从3.48mm降低至3.42mm,高初始p H值介质溶液促进了烟气15%浓度CO气泡的溶解传质;烟气中SO浓度从0mg/m3增加至300mg/m3时导致溶解介质溶液p H值降低从而抑制了CO溶解。当含SO杂质的烟气CO气泡初始直径从3.4mm减少至2.3mm时,气泡比表面积变大从而导致气泡前30s初始溶解速度从0.009mm/s加快至0.018mm/s。当介质溶液中微藻细胞密度从0.1增长至0.4时,微藻光合作用反应消耗CO变快从而导致气泡前30s初始溶解速度从0.023mm/s加快至0.027mm/s。发明了蜗壳式曝气器通过水流离心运动产生剪切力打碎气流,降低气泡生成时间和气泡直径,强化光反应器内气液混合传质提高了微藻生长固碳速率。当通入煤化工厂烟气提纯的99.99%浓度CO气体流量为100ml/min时,蜗壳式曝气器产生的CO气泡直径比传统橡胶管曝气器降低了50.70%达到最小为1.85mm,气泡初始生成时间降低了60.10%达到3.33ms,光反应器内的CO气液混合时间减少了15.63%,传质系数增加了42.19%,从而使得微藻生长固碳得到的生物质产量增加了50.70%。研制了适于固定微藻燃煤烟气CO的三级锯齿机械剪切式旋混曝气器,利用3D打印技术优化调控旋混曝气器的进气孔尺寸、曝气头倾斜角和三角锥高度等参数,以降低气泡生成直径增强混合传质促进微藻生长固碳。当曝气器的进气孔直径减小、曝气头三角锥数及高度增加、圆柱内部一次切割齿数及侧面二次切割齿数增加时,煤化工厂烟气提纯的99.99%浓度CO气体通过曝气器生成的气泡直径减小混合传质增强。但是当曝气头倾斜角增加时,曝气器生成的气泡直径先减少后增大,曝气头倾斜角为55o时生成的气泡直径最小。当优化曝气器进气孔径为1mm、曝气头倾斜角为55o、曝气头三角锥数为106及高度为7mm、圆柱内部一次切割齿数为50及侧面二次切割齿数为70时,旋混曝气器产生的CO气泡直径比传统橡胶管曝气器降低了35.10%达到最小为2.40mm,导致气液混合传质系数增加了25.50%,从而使得微藻生长固碳得到的生物质产量提高了46.80%。

关键词：微藻烟气CO2 曝气器气泡溶解混合传质

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微通道内液-液两相流流型及传质的研究进展

化工进展 2019年第4期38卷 1624-1633页

作者：钱锦远李晓娟吴赞陈珉芮金志江蒙特.桑顿浙江大学能源工程学院化工机械研究所浙江杭州310027 瑞典隆德大学能源科学系瑞典隆德22100

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,... 详细信息

微通道内液-液两相流流动在微化工系统中占有重要的地位,了解微通道内液-液两相流体流动和传质规律对推动其工业化应用有重要作用。本文以微通道内液-液两相流系统为研究对象,简述了不同工况下微通道内液-液两相流流型和混合传质效率,分析了微通道特征、流体性质和流体流动速度等对流型形成和传质效率的影响。指出目前对于微通道内液-液两相流的研究多处于定性研究,定量研究仅针对某一体系展开,所得结果具有一定的局限性。关于微通道内液-液两相流传质研究实验较多而数值模拟方法相对较少,接下来的研究工作中应该考虑建立微通道内液-液两相流基础研究的数据库,通过分析大量的数据获得有效的流型划分准则和相关经验式以此推动微通道内液-液两相流的工业化应用。同时在传质研究过程中应研究开发相应的数值模拟模型,保证实验和数值模拟相结合,提出有效的传质效率评价机制。

关键词：液-液两相流流型混合传质微通道

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CFD技术用于红霉素发酵罐搅拌系统的设计

南京工业大学学报（自然科学版） 2014年第2期36卷 123-128页

作者：李军庆蔡子金张庆文洪厚胜南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京210009 南京汇科生物工程设备有限公司江苏南京210009

采用计算流体力学(CFD)技术辅助设计375 m3红霉素发酵罐搅拌系统,使发酵罐达到高效节能的目的。根据红霉素的生产工艺、流体传质特性以及实践经验,综合考虑混合传质效果和高效节能的要求设计出4套搅拌系统。对每套搅拌系统的流场、气含... 详细信息

采用计算流体力学(CFD)技术辅助设计375 m3红霉素发酵罐搅拌系统,使发酵罐达到高效节能的目的。根据红霉素的生产工艺、流体传质特性以及实践经验,综合考虑混合传质效果和高效节能的要求设计出4套搅拌系统。对每套搅拌系统的流场、气含率、容积氧传质系数、剪应变和功耗进行数值模拟分析。结果表明:方案1的搅拌系统功耗较低、气含率较高,具有较强的混合传质能力、剪应变适中且分布比较均匀。

关键词：红霉素搅拌系统 CFD 气-液两相流混合传质

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中深层特超稠油HDCS强化采油技术研究

特种油气藏 2013年第2期20卷 87-89,155页

作者：李豪浩毕雯雯胥晓伟代妮娜中石化胜利石油管理局山东东营257000

中深层特超稠油油藏埋藏深、原油黏度高,常规热采无法有效动用。在开展水平井、SLKF高效油溶性复合降黏剂、CO2和蒸汽的协同作用机理研究基础上,创建了超稠油HDCS协同降黏、混合传质、增能助排的新型开发模式。该技术实现了黏度高于30×... 详细信息

中深层特超稠油油藏埋藏深、原油黏度高,常规热采无法有效动用。在开展水平井、SLKF高效油溶性复合降黏剂、CO2和蒸汽的协同作用机理研究基础上,创建了超稠油HDCS协同降黏、混合传质、增能助排的新型开发模式。该技术实现了黏度高于30×104mPa·s(50℃)以上、埋深大于1 300 m的特超稠油油藏的有效开发,填补了国内外在中深层特超稠油开采领域的空白。经过4 a多的反复实践与探索,攻关创新并成功进行了工业化推广,目前已在胜利油田7个长期不能动用的中深层特超稠油油藏得到推广应用,并取得良好的经济效益。

关键词：特超稠油油藏 HDCS 协同降黏混合传质中深层油藏开发

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W火焰锅炉SNCR烟气脱硝工艺优化

热力发电 2017年第9期46卷 99-103页

作者：张波徐宏杰张向宇向小凤高宁陆续西安热工研究院有限公司陕西西安710032

为优化某600 MW机组W火焰锅炉选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝工艺设计,本文通过化学动力学分析和流体动力学分析,对其脱硝系统进行模拟,确定了研究对象采用SNCR烟气脱硝工艺的温度、理论脱硝效率、喷枪布置位置等设计参数,最终获得46%... 详细信息

为优化某600 MW机组W火焰锅炉选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝工艺设计,本文通过化学动力学分析和流体动力学分析,对其脱硝系统进行模拟,确定了研究对象采用SNCR烟气脱硝工艺的温度、理论脱硝效率、喷枪布置位置等设计参数,最终获得46%的实际脱硝效率。分析结果表明:化学动力学分析未考虑还原剂与NO_x混合不均匀带来的影响,获得的理论脱硝效率较高;流体动力学分析考虑了传质的影响,得到的脱硝效率低于理论值;说明实际工程中,混合传质是影响SNCR脱硝效率的重要因素。

关键词： W火焰锅炉烟气脱硝 SNCR NOx CHEMKIN软件化学动力学流体动力学混合传质

基于CFD技术优化50L发酵罐内气体分布器

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农业技术与装备 2020年第3期 28-29,31页

作者：张小龙李啸叶晗罗宇笛肖泽涛裴宇鹏三峡大学生物与制药学院中国轻工业酵母功能重点实验室湖北宜昌443003 安琪酵母股份有限公司湖北宜昌443003

通过CFD模拟技术对50L通气搅拌发酵罐内不同气体分布器的传质混合效果进行气液双相流模拟。首先对发酵罐自带气体分布器进行流场模拟,针对模拟结果提出两种改进气体分布器。结果表明:双层环形气体分布器表现出一种较理想的混合传质效果... 详细信息

通过CFD模拟技术对50L通气搅拌发酵罐内不同气体分布器的传质混合效果进行气液双相流模拟。首先对发酵罐自带气体分布器进行流场模拟,针对模拟结果提出两种改进气体分布器。结果表明:双层环形气体分布器表现出一种较理想的混合传质效果,为此类发酵罐的优化和放大提供一种有效的技术手段。

关键词： CFD模拟流场混合传质气体分布器

基于CFD技术优化50 L发酵罐空气分布器实现马克斯克鲁维酵母高密度发酵

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食品安全导刊 2021年第27期 117-120页

作者：谈亚丽李啸张小龙杜维力熊蓉湖北省酵母功能重点实验室湖北安琪生物集团有限公司湖北宜昌443003 三峡大学生物与制药学院中国轻工业酵母功能重点实验室湖北宜昌443003

通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对50 L反应器内空气分布器进行模拟计算,获取流场特性后,提出两种优化的空气分布器设计,以配置原有空气分布器的50 L发酵罐作为对照组,进行3组平行发酵验证,培养马克斯克鲁维酵母NAQ... 详细信息

通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)对50 L反应器内空气分布器进行模拟计算,获取流场特性后,提出两种优化的空气分布器设计,以配置原有空气分布器的50 L发酵罐作为对照组,进行3组平行发酵验证,培养马克斯克鲁维酵母NAQU Plateau KM-Ⅵ10 h,采用优化后空气分布器的实验组菌体生物量最大值可达63.9 g/L,相比于对照组,菌体量提高9.89%。因此,将50 L反应器内原有的单管式空气分布器优化成双层圆环形构造,能明显改善反应器供氧性能和发酵液中的氧传质效率,从而解决了典型好氧型微生物在实现高密度发酵过程的中的溶氧限制问题,同时为马克斯克鲁维酵母的高密度培养及产业化放大提供指导思路。

关键词：马克斯克鲁维酵母高密度发酵 CFD模拟混合传质空气分布器