| 题名 | 高效气升式环流反应器研究及其在废水资源化方面的应用 |
| 作者 | 杨建州 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 1998 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 庄亚辉 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本文分两部分对带有四种静态混合元件(K、H、R和x型)的和空导流筒(O型)的气升式环流反应器等进行了流体力学，传热和传质特性对比实验研究，还较深入地进行了“稀”亚硫酸盐氧化方法(即流加亚硫酸盐方法)测定氧的传递系数的实验研究，并与cc浓，，亚硫酸盐氧化方法(即经典亚硫酸盐方法)测定氧的传递系数进行了实验对比。并将研制的K型外环流反应器用于化学工业中伴随大量放热和结晶’的碳化过程的中试和X型内环流反应器用于培养Bt(苏云金芽孢杆菌)生产生物农药的研究。论文还开展了高浓度有机废水资源化的研究工作，并利用高效气升式环流反应器在以味精生产排放的高浓度有机废水为主的培养基中进行了培养Bt的实验研究。 在高效环流反应器研究(一)中分别对空导流筒、导流筒内安有K型和H型静态混合元件及筛板(S型)四种气升式环流反应器进行了气含率和环流周期的对比实验研究，另外还进行了无导流筒(B型)的鼓泡式反应器的气含率对比实验。反应器规格为({)0．1 04×1．6fm、)，材质为有机玻璃，Ar／A=O．417。实验介质为自来水和空气系统。液深一般为1．2m，表观气速U；=0．007~0．05m／s。气含率的测定采用高度法，环流周期的测定采用脉冲注入酸碱法。流态观察表明，静态混合元件可使气泡直径沿径向均布和阻止气泡在上升过程聚并。这种现象对于改善环流反应器在高粘度流体和非牛顿型流体的反应过程中的传质性能具有重要意义。 在高效环流反应器研究(二)中分别对空导流筒、空导流筒内安有R型和X型静态混合元件三种气升式内环流反应器进行了液体环流和气含率的对比实验研究，另外在低气速下还进行了导流筒内安有K型静态混合元件和无导流筒鼓泡式的反应器的对比实验研究。反应器规格为巾0．1 91×1．6(m)，材质为不锈钢，Ar／A=0．632。实验介质为自来水和空气系统。液深一般为1．2m， 表观气速Uo=0．0015～0．1m／s。其中U(；=0．0015~0．018m／s为低气速实验段，表观气速UG=0．01～0．1m／s为常用气速实验段。 液体环流的测定采用脉冲注入浓亚硫酸钠和酸碱两种方法。实验表明，各环流反应器的环 流速度在UG=O．003~0．01 5m／s范围均随气速上升而增加较快，其中尤以空导流筒的增加最快。在UG≥0．04m／s时，则几乎不再增加甚至随着气速的增加还会有所减小；各环流反应器的气含比率与表观气速关系在低气速实验段和常用气速实验段基本符合线性关系。 液体环流和气含率是反映气升式环流反应器流体力学的两个基本参数，当导流筒内有折流元件如静态混合元件和筛板时，它们均可有显著改变。实验表明，此时液体环流速度均有所下降，但X型 的下降最少；而气含率则有降有升，K型和H型的在常用气速段有明显下降，R型的基本保持不变，但x型和S型的有明显增加。 传热和阻力研究是在(模拟的)导流筒中用空气或空气和水的混合物进行的。四种静态混合器的传热系数均为空管的数倍，这对于改善环流反应器的传热性能，及时有效地排除反应热和节约冷却水很有意义。但它们的摩擦系数也均比空管的高得多。 在Un=O．01 5～O．1 m／s范围采用“稀”亚硫酸盐氧化法对比测定得的X型的和O型的环流反应器的Kl a之比同一UG时约为2～1．3。这表明x型静态混合器在相当大的气速范围均可显著改善气升式环流反应器的气液传质性能。另外也测定了其它几种型式的静态混合器对气升式环流反应器传质的影响，一般来说，对于低粘液体的耗氧反应过程，它们强化传质的效果不显著，较适合强化高粘流体的传质过程。 在气升式环流反应器中，研究了硫酸盐浓度，催化剂种类及其浓度对采用“稀”亚硫酸盐氧化法测定K．a的影响，另外还研究了不添加任何催化剂时对采用“浓”亚硫酸盐氧化法测定K。a的影响并将两种亚硫酸盐氧化法进行了对比。．论文认为理论上“稀”亚硫酸盐氧化法可用于在线测定某些发酵过程的K，a。 在实验室对K型、H型和O型反应器进行了稀纯碱溶液吸收混合气中的二氧化碳的研究基础上，又在工厂进行了K型气升式外环流反应器用于氨水吸收混合气中的二氧化碳生产碳酸氢铵的实验，以取代现在普遍使用的鼓泡式碳化塔。中试结果表明：其具有显著强化传热和传质的效果，且可投资省和节约大部分维修费。已通过省级技术鉴定。 在实验室分别对K型和H型环流反应器进行了强化柠檬酸发酵和黄原胶发酵研究和对R型和X型及0型环流反应器进行了对比Bt发酵研究的基础上，已分别设计出工业规模的高效气升式环流生物反应器。 通过对味精生产中排出的高浓度有机废水进行予处理，Bt菌种驯化、摇瓶机配方正交优化筛选、搅拌式反应器和X型环流反应器对比Bt发酵的研究，获得了一条经济可行的利用高浓度有机味精废水培养Bl生产生物农药的工艺路线。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 公开日期 | 2011-10-19 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/1281]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_中国科学院环境生物技术重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨建州. 高效气升式环流反应器研究及其在废水资源化方面的应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 1998. |
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