新型Maxblend搅拌器用于工业规模反应器混合特性的数值模拟

黄原胶溶液为研究体系,用CFD技术研究了Maxblend搅拌器在大高径比工业规模反应器中流体力学行为,重点考察了功率特性、死区分率、流场分布和剪切性能等流体动力学性能。结果表明:Maxblend搅拌器的功耗随转速提高而增加,死区分率随转速提高而减小;随着雷诺数增加,釜内平均剪切速率增加。工业规模反应器中,搅拌流场呈全釜大循环流型。

Maxblend搅拌桨在高粘性流体中的微观混合性能研究

应用商用FLUENT软件包,采用多重参考系法,对Maxblend搅拌桨在多种不同类型流体中的混合性能进行数值模拟研究,得出搅拌槽内流体的速度分布特征和循环状况。结果表明,流体的高速流动区域很大,约占整个搅拌槽体积的70%左右;最大轴向速度出现在搅拌槽的中间横截面上(Z/H=0.5),最大无因次切向速度出现在液面处;在搅拌槽底部,流体主要进行轴向运动;不同类型流体的无因次轴向速度均随着搅拌雷诺数的增大而增大,随着流体特征指数的增大而减小;轴向和切向循环量数随流体特征指数有下降趋势。研究结果对搅拌装置的结构优化及Maxblend搅拌桨的广泛应用具有重要指导意义。

多功能大型宽叶搅拌桨

介绍MAXBLEND(MB)、FULLZONE(FZ)、SANMELER(SM)3种多功能大型宽叶搅拌桨的结构形式、在槽内产生的流动状态、混合特性、功率特性,以及液液系、固液系、气液系的分散特性。这些搅拌桨适用粘度10-3—100Pa·s,具有低能耗高效率的特点,在槽内产生的轴向的径向速度分布比较均匀,沿槽内壁轴向的传热系数也比较均匀,传热系数较高;在聚合、晶析操作中,有利于防止结垢,并且容易控制粒径的分布。

搅拌和溶氧对黄原胶发酵的影响

利用实验室30L发酵罐,在对pH值控制的前提下,对黄单胞杆菌XG-101的黄原胶间歇生产和生长动力学进行研究,发酵在一系列的搅拌速度(140～260r/min)下进行,测定产品的丙酮酸含量和黄原胶平均分子量。结果显示:随着搅拌转速的增加,发酵动力学各项参数值均增加,同时,在发酵过程中黄原胶的生成也与微生物的生长有一定的关系。另外,本实验通过新型微孔气体分布器改变溶氧,对黄原胶发酵的影响作了研究,结果发现用新型气体分布器所得黄原胶浓度较传统气体分布器下所得黄原胶浓度提高17%。

高黏体系中最大叶片式搅拌桨直径的CFD优化

以黄原胶溶液为研究体系,借助于计算流体力学(CFD)方法研究了采用不同直径的最大叶片式搅拌桨时釜内流体速率分布、死区体积、剪切速率、表观黏度和总体流体状况等参数。研究发现:在保持功率不变的前提下,随着桨径的增大,釜内循环区影响范围变广,全釜平均液相速率逐渐增加,速度分布均匀度有所提高,死区体积明显下降。对于研究的搅拌体系,最大叶片式桨适宜直径为0.276 m。当桨径再继续增大直径时,釜内死区减少不明显,同时搅拌桨的剪切性能恶化。

最大叶片式桨用于大高径比搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术研究了最大叶片式桨在大高径比搅拌釜非牛顿假塑性流体的流体动力学性能,包括功率特性、剪切性能、排液性能和混合时间.结果表明,在一定范围内桨下端剪切效率高、排液量大,是釜内良好的混合区域.随着雷诺数增加,搅拌流场由双循环流型转变为一个大循环,桨下端两翼剪切能力显著加强,说明剪切量与流体的混合密切相关,混合体积曲线能够从宏观的角度来分析搅拌混合过程.

不同搅拌体系下黄原胶发酵的研究

本实验通过对三种不同搅拌体系下黄原胶发酵动力学参数:野油菜黄单细胞菌XG-101菌体浓度、黄原胶浓度、黏度、平均分子质量、丙酮酸功能基团以及残糖的测定,验证了冷模条件下组合桨(上层下压式双折叶圆盘涡轮,下层六叶布鲁马金)体系和最大叶片式桨体系具有高气含率和优良传质性能的结论,更重要的是为工业上提高黄原胶发酵产量和发酵质量(黄原胶平均分子质量和丙酮酸功能基团的含量)提供理论指导,具有一定的实际意义。

最大叶片式桨在黄原胶假塑性流体中的传热性能研究

研究了非牛顿假塑性黄原胶溶液中最大叶片式搅拌桨的传热性能.考察了此桨在黄原胶溶液混合过程中的功耗、气含率、氧传质系数KLa等的变化规律以及通气和不同搅拌转速对搅拌釜内传热过程的影响,测得了不同操作条件下的温度场及传热系数,建立了Nu和Re,Pr之间的关联式.结果表明,最大叶片式搅拌桨的传热系数可以达到250W/(m2.K),能够强化高粘假塑性流体的传热过程.

黄原胶在热管生物反应器中传热数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法,研究了多种因素对黄原胶水溶液在传统反应器与热管生物反应器中传质与传热状况的影响,通过数值模拟得到了反应器中流动场、温度场和全釜死区分布.结果显示:经典最大叶片式桨及改进最大叶片式桨都具有"双循环"流型结构,在釜内形成了良好的主体循环流动,有利于改善反应器内的传质与传热,验证了热管的使用没有对反应器中的流动场造成严重的影响;而温度场的比较则表明:热管的使用明显提高了反应器的传热性能,使反应器中的整体温度有明显下降.

2种型式搅拌桨用于工业规模搅拌釜内假塑性流体混合过程的数值模拟

用CFD技术研究了最大叶片式桨和三层六直叶涡轮桨的在大高径比工业规模搅拌釜中流体力学行为,以黄原胶溶液为研究体系,重点考察了功率特性、死区分率、剪切性能和混合时间等流体动力学性能.结果表明:2种搅拌桨的功耗与转速成正比,死区与转速成反比;随着雷诺数增加,釜内平均剪切速率增加.工业规模搅拌釜中,最大叶片式桨搅拌流场呈双循环流型,三层六直叶涡轮桨在每个桨叶叶端分别形成上下2个小循环.在相同单位体积功耗下,最大叶片式桨的混合时间相对于三层六直叶涡轮桨较短.

新型最大叶片式搅拌器用于工业规模反应器气液混合特性的数值模拟

以1.0%质量分数黄原胶溶液为研究体系,运用计算流体力学(CFD)方法对10 m^3工业规模搅拌釜内新型最大叶片式搅拌桨的气液混合性能进行了数值模拟,重点研究了新型最大叶片式搅拌桨在搅拌转速为42 r/min,五种通气量(0.27~0.35 vvm)下气液混合特性。结果表明:流体在新型最大叶片式搅拌桨作用下呈现一个整体大循环;在相同转速下,增加通气量,搅拌器单位体积功耗减小,气含率、气泡尺寸及气液传质系数呈不同增加趋势。

最大叶片式桨流体动力学性能的数值模拟

运用CFD方法研究了最大叶片式桨在层流区域内的流体动力学性能,模拟体系为高粘度牛顿流体和非牛顿流体,主要考察桨叶的功耗特性、Metzner常数、剪切性能和排液性能.结果表明,功耗计算值与文献实验值基本一致;桨叶的Metzner常数ks=10与流变行为指数n无关;搅拌形成双循环流型,釜中部桨叶所在区剪切速率大、排液量大,产生的漩涡流也大,导致剪切效率低于0.5;随雷诺数增加(Ren=1.4,5.0,7.6),全釜平均剪切速率(3.40,9.91,15.05s-1)和全釜平均排液量(0.0014,0.0033,0.0052 m3/s)逐渐增加,尤其是桨叶下端两翼区平均剪切速率(4.36,11.48,16.35s-1)和平均排液量(0.0026,0.0064,0.0095 m3/s)增加相对较大.说明Ren增加,搅拌混合作用加强,剪切速率大产生的界面积大,排液量大使高低剪切区内流体快速循环,有利于流体高效混合.