喷射环流反应器内宏观混和特性研究

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生物搅拌反应器内混合情况的CFD模拟及在发酵中的应用

开发应用2008,Vol .25N o .7化学与生物工程Chemistry &Bioen gineering54　收稿日期:2008-03-21作者简介:蒋啸靖(1982-),女,上海人,硕士研究生,研究方向:发酵工程;通讯联系人:张嗣良,教授。

E -mail :siliangzh @ecust .edu .cn 。

生物搅拌反应器内混合情况的CFD 模拟及在发酵中的应用蒋啸靖,夏建业,赵　劼,储　炬,王永红,庄英萍,张嗣良(华东理工大学生物反应器国家重点实验室,上海200237) 摘　要:用计算流体力学(CF D )方法模拟了50L 生物反应器中不同的搅拌桨组合对搅拌流场、混合时间的影响,并从流体力学角度对生物反应器搅拌桨组合进行了优化。

将模拟优化结果用于重组大肠杆菌发酵过程,结果表明,优化后的搅拌桨组合可以改善发酵罐内部的流场和气体分布,能够明显降低获得相同溶氧所需的转速和最大通气量,而菌体生物量和产酶水平也略有提高。

关键词:计算流体力学;生物搅拌反应器;多桨叶系统中图分类号:T Q 920.1 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2008)07-0054-04 生物搅拌反应器中流体混合过程对放大培养是一个关键的限制因素,不同的搅拌桨组合对混合过程有很大影响,随着桨叶组合不同,反应器内各处的流体力学性能、溶氧浓度、营养物浓度、湍流能量耗散强度等参数也有很大不同[1～3]。

混合时间是表征搅拌槽反应器内流体混合过程、评定搅拌器效率的一个重要参数。

Kalischew ski 等[4]及Jaramilo 等[5]分别在搅拌反应器和环流反应器中研究了氧传递系数与混合时间的关系,结果表明对混合时间的研究能给出反应器中总体反应速率及传质和传热速率的信息。

然而,实验测定混合时间无法在不透明的罐体中进行,所测数据被限制在罐体中的个别点,所需设备价格昂贵,并且要求满足严格的实验条件。

近年来,计算流体力学(CFD )方法在发酵过程研究中获得长足发展,利用CFD 方法可以方便地获得搅拌槽内的混合信息,节省大量的研究经费,获得实验手段所不能得到的数据。

电导法测定气-液鼓泡床反应器内的气泡直径

电导法测定气-液鼓泡床反应器内的气泡直径李天成;辛峰;李鑫钢;王富民;廖晖【摘要】在小型气-液鼓泡床反应器上,观察、测定了气泡的大小及运动情况,并运用统计学原理计算出Sauter气泡平均直径、气泡上升速度,为了解大型气提式外环流反应装置内的气泡大小及运动情况提供了指导.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2002(035)002【总页数】4页(P231-234)【关键词】气提式外环流反应器;电导率;气含率;气泡【作者】李天成;辛峰;李鑫钢;王富民;廖晖【作者单位】天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072;天津大学化工学院,天津,300072【正文语种】中文【中图分类】TQ031在气提式外环流多相反应器中，气泡的大小、分布和运动状况是影响传热、传质和化学反应的关键因素.同时，气泡大小也是此类反应器设计与放大过程中必不可少的参数.因此，详尽了解气提式外环流反应器内的气泡行为至关重要.对于多相流，除了应从宏观角度加以规律化研究外，还应在半微观的基础上进行探讨，即从气泡、粒子、液滴和界面膜动态等方面加以研究，了解它们的大小、分布、运动状况、在介质中的传递机理以及影响因素等，并加以统计处理，从而获得规律性认识［1］.Tarm y等［2］指出，气泡尺寸由整个反应器内的气泡聚并与破碎的动态平衡所决定.而气泡的聚并与破碎依赖于反应物系的物性、操作条件和局部流动行为.另外，气泡的形状与浓度、尾涡结构、合成上升速度和尾涡水力特性等都应是重要研究内容.对于纯液体均相区，可用A k ita和Y ishida关联式来预测气泡尺寸［3］.其关联式为对于气液混合物和其他流型区域，气泡大小只能实际测定.现阶段，国内外对气泡大小的测定还处于一个探索阶段.一些学者开发出了诸如照相、光导探头、电容探头、电导电极和X-射线等测试方法，但它们各有利弊［4］.1.1 照相法采用照相技术对环流反应器上升管部分分区进行拍照，沿塔高记录反应器内气泡的分布情况，处理时，将沿塔高拍成的照片按等面积迭加进行统计.对于圆筒壁，由于凸面的影响，处理时会造成一定误差.当气泡直径超过2 mm时，则呈椭球形.若设长轴为la，短轴为lb，可按下式计算气泡当量直径通常，照相法不适合于高气相浓度下气泡参数的测量，易产生视差，且只能照到表面附近的气泡.另外，照相法也不能直接收集诸如局部气含率、局部气泡频率、气泡大小及分布等信息.1.2 光导法光导法可分为分散法和反射法两种测试方法.分散法是通过测定平行光柱经过液相中气泡群前后光的强度变化来确定气泡大小，而反射法仅适用于器壁处气泡行为参数的测量，是通过测定光经过器壁的折射强度和反射强度来确定气泡大小.目前，光导法主要用于透明、简单设备(内部无构件）内气泡性能参数的测量.对于不透明的气提式外环流反应器，可将光纤引入其中，进行气泡行为测定.1.3 光电法光电法是结合硬件和软件(采集程序）来测量气泡性能参数的一种测试方法，适合于气-液两相及气-液-固三相体系内气泡性能参数的测定.其硬件和软件由光探测器、探测器电路和微处理系统三个部分组成.测试原理为，每当一个气泡进入毛细管内必将与两个光电晶体管碰撞，产生电压信号，此电压信号经探测器电路电压放大转变为两脉冲方波，再根据脉冲方波的大小、采样频率及毛细管尺寸等计算出每个气泡的速度及体积大小；微处理系统用来记录脉冲方波的个数，储存每次碰装事件的真实时间和转换数据等到微机中，且微机中有预先开发的软件来接受和储存实验采集数据，并通过经软件程序在计算机上处理气泡信息.1.4 图象处理技术图像处理技术可以实现非接触测量，具有其它测试方法所不能及的优势.近年来，它在流体测量领域已得到了应用，其中包括：结合激光和示踪技术而形成的流型显示技术、速度场测试技术和流场模拟技术.但这些技术一般需要大型计算机系统处理数据，而且需要激光多普勒仪等大型设备来提供图像，因此尚未得以广泛应用. 1.5 电导电极法电导电析法是目前气泡性能参数测量中比较常用的一种测试方法.特别适合于气泡大小为φ2～5 mm的小气泡且多相流主体为一维流动的气-液两相流体系.为了提高测试结果的精确性，采用外部设备(微型双针电阻探头、驱动电路）和计算机软件程序设计相结合的方法来开发或改进微型双针电阻测试技术，其核心是以下几个问题：1）制作更为微型化和精细化的双针电阻探头及保证驱动电路的稳定性和放大效应；2）确定数据采集过程中采样频率和采样时间；3）设计一个触发电平来解决相的识别.这三个问题的处理直接影响该测试方法的精确程度，也是微型双针电阻法准确测量的关键和保证.当然，电导法在测量方面也有一定的缺陷，主要表现在多个电极处于同一电解质溶液时，易产生共模干扰.但是，同其它测试方法相比，电导法相对比较成熟，且采取一定的措施，可避免共模干扰发生.在实验过程中，作者使电导率仪与物系仅有一个地线，设置设备与仪器的公共地线，以消除共模电势E.目前对于气提式外环流反应器中气泡行为的研究还近乎空白，因此有必要建立合适的测定方法定量地描述气泡的分散程度，研究气泡的大小及分布.在大型气提式外环流反应器冷模试验中，只能大致观察到气泡大小与运动状况.为此，建立一个类似的小型反应装置来测定气泡行为，诸如气泡上升速率和气泡大小等，然后进行统计处理，得出一般性结论，以达到对气提式外环流反应器中的气泡行为更详细研究的目的.总体设想基于在氮气氛下与在电解质溶液状态下，二者的电导率数值有较大的差别.2.1 Sauter气泡平均直径和上升速度测定当一定大小的气泡(φ4～6 mm）在上升过程中，依次经过不同水平位置的电导电极1、2和3时，若能将每个电极的两探针(两探针间距为3 mm，每根探针的探头大约为3 mm，处于反应物系中，其余为绝缘部分）完全包住，就可以测定气泡的弦长及上升速度，其原理如下［5］：根据文献［6］知，在每一个操作条件下，统计500～1 500个气泡便足以消除由于气泡个数不够而对统计分布造成的影响.在测定气泡行为时，假设1）气泡呈球状；2）气泡流动为单向一维流动.2.2 气液界面积aL的计算气液界面积是重要的设计参数，它与设备的几何形状、操作条件和液-固相的物理性质等有关.气液界面积aL定义为单位塔体积的气体所占的表面［7］.对于球形气泡对于椭圆形气泡2.3 气液传质系数KLa依据局部传质系数KL，结合上面的比表面积aL，就能确定气液质量传质系数KLa，从而了解反应器内真实的传质情况.在本实验中，采用自制的电导电极，在类似气提式外环流反应器冷模试验装置的小型反应装置上来测定气泡行为.其流程如图1所示.在该流程中，液相维持一定的容积.气体由氮气瓶提供，并通过气体流量计来控制流量.气相以气泡的方式依次穿过轴向分布的三个电导测试电极.利用DDS-11A型电导率仪动态记录反应器内溶液电导率变化情况，并将之转化为电压信号，经由A/D转换卡，利用自行编制的COLLECT ION.C程序来完成实验数据采集工作.实验装置具体尺寸与操作条件见表1.在小型反应装置上的气泡行为测定过程中，获取了如下实验数据：1）N2流量数据；2）自来水和电解质加入量数据；3）气泡通过电导电极的时间和电导率信号响应数据.两电导电极间的距离是影响气泡大小测定的重要因素.距离过小(L＜1 cm），两信号峰会产生重叠；距离过大(L＞12 cm），无法保证气泡直线上升，故实验中两探针距离定为1～10.25 cm.实验数据及处理结果列于表2.依据前文所述实验数据处理方法，对大量的气泡进行了计算，并得出了气泡平均上升速度和Sau ter气泡平均直径.Sauter气泡平均直径大体在φ4～6mm的范围之内，这与通过小型透明有机玻璃反应装置直接观察到的情况非常吻合.另外，也与在大型气提式外环流反应器中观察到的气泡尺寸相符.1）测出了单个气泡的上升速度和气泡直径；2）通过对大量气泡统计处理，计算出了Sauter气泡平均直径；3）反应装置材质为透明有机玻璃，可将测出的结果与直接观察到的现象对照，发现二者是相符的.这说明电导法测定气泡行为是可取的.气提式外环流多相反应器内气泡行为的测定确实是难点(气泡大小不一，数量较多），但利用电导技术来测定气泡行为不失为一种可行的途径.aL--气液比界面积，m-1；db--气泡直径，m；--Sauter平均气泡弦长，m；g--重力加速度，m/s2；Ls--小装置上两电极间距离，m；lb--椭球形气泡短轴，m；ti--气泡经过单一电导电极时间，s；--气泡平均上升速度，m/s；D--反应器内径，m；--单个气泡弦长，m；--液相有效传质系数，m3/s；la--椭球形气泡长轴，m；T--采样时间，s；ub--气泡上升速度，m/s；uG--空塔气速，m/s；vL--运动粘度，m2/s；ρg--空气密度，kg/m3；σL--表面张力，N；εg--气含率；μL--液相粘度，Pa·s；ρl--液相密度，kg/m3；τ--气泡经过两电极信号响应时间差，s.【相关文献】［1］范镇，高峰，鲁波，等.环流反应器的研究：Ⅱ气泡大小分布与气相停留时间分布的关系［J］.化学反应工程与工艺，1985，1(1-2）：80-90.［2］Tarm y B L，Coulaloglou C A.A lpha-om ega and beyond industrial view ofgas/liquid/solid reactor developm ent［J］.Chem Eng Sci，1992，47(13）：3231-3246. ［3］A kita K，Yoshida F.Bubb le size，interfacial area，and liquid phase m ass transfer coefficients in bubb le colum n［J］.Ind and Eng CPDD，1974，13(1）：84-91.［4］闻建平.下喷自吸环流反应器内局部流动传质及分形特性的研究［D］.天津大学化工系，1995.［5］Zhang J P，Grace J R，Epstein N，et al.Flow regim e identification in gas-liquid flow and three-phase fluidized beds［J］.Chem Eng Sci，1997，52(21）：3979-3992.［6］Bürckhart R，Deckw er W D.Bubble size distribution and interfacial areas of electrolyte solutions in bubb le colum ns［J］.Chem Eng Sci，1975，30(3）：351-354. ［7］Botton R，Cosserat D，Charpentier C.In fluence of colum n diam eter and high gas thorough-puts on the operation of airlift bubb le colum n［J］.Chem Eng J，1978，16(2）：107-115.。

生物反应工程原理第三版课后答案(贾士儒)

简答题1、说明动物细胞培养反应器中流体剪切力的主要来源？P210主要来源为：机械剪切力、气体搅拌剪切力2、说明固定化酶反应的Φ模数的物理意义，它与那些变量与参数有关？ P103Φ = 表面浓度下的反应速率 / 内扩散速率= 最大反应速率的特征值 / 最大内扩散速率的特征值一级反应：e1V P P1D k S V =Φ Φ1 = Φ1 (V P ，S P ，k V1，D e ) Φ与内扩散速率、反应速率、内扩散阻力、对反应速率的限制程度、有效因子η等有关，而内扩散的有效因子又和颗粒粒度、颗粒活性、孔隙率、孔径、反应温度等有关3、哪些传递过程特性与流体流动的微观效应有关？P223，P298 7-30，PPT P1图4、从反应器内物料混合的角度说明反应器放大过程中传递过程特性的变化？ P235有流体流变特性、流体剪切作用、传质特性、氧的传递、质量传递5、说明生物反应器中对流体剪切力的估计参数有哪些？P210通过混合，可使反应器中物料组成与温度、pH 分布更趋于均匀，可强化反应体系的传质与传热，使细胞或颗粒保持悬浮状态(1) 宏观混合：机械搅拌反应物流发生设备尺寸环流，物料在设备尺度上得到混合，对连续流动反应器即为返混(2) 微观混合：物料微团尺度上的混合，反映了反应器内物料的聚集状态6、生物反应器操作选择补料分批培养的理由有哪些？P131，P177(1) 积分剪切因子 I ．SF = ΔμL / Δx = 2πNd / (D -d)(2) 时均切变率 γave(3) 最小湍流漩涡长度λ7、说明临界溶氧浓度的生理学意义？P62，P219补料分批操作的特点是：可调节细胞反应过程环境中营养物质的浓度，一方面可避免某些营养成分的初始浓度过高而出现底物抑制的现象；另一方面又可防止某些限制性营养成分在反应过程中被耗尽而影响细胞生长及产物形成。

同时还可解除产物的反馈抑制及葡萄糖的分解阻遏效应等。

故在细胞反应过程中，实施流加操作可有效对反应过程加以控制，以提高反应过程的水平。

6 第二章反应器内流体流动与混合 (1)--梁斌 97-2003

反应器内物料的流动方向和速度分布的不
同，造成物料粒子在反应器内的停留时间不同，从而引起各粒子反应程度的差异，造成物料浓度分布不同，这降低了反应效率，影响了产品质量和产量。流动状况对化学反应的影响有两方面：物料的浓度和停留时间。
物料在反应器内存在浓度和温度分布，使
器内物料处于不同的温度和浓度下进行化
处理量和实际操作时间来决定的。
• 根据生产任务求得物料在单位时间内的物料处理量 V′。 • 每批实际操作时间由反应时间 t 和辅助时间 t0 组成。辅助时间包括加料、调温、缷料和清洗等时间。
1.每批实际操作时间 =反应时间 + 辅助时间
t R t t0
2.反应器有效体积 VR ：
VR V (t t0 )
x
x+△x
管式反应器
管径较小、管子较长
和流速较大的管式反应器
可近似地按平推流来处理。
一、平推流反应器特性 (1)属连续定态操作，反应器各个截面上的参数(浓度、温度、转化率等)相同，且不随时间而变化； (2)器内参数(浓度、温度、压力等)沿流动方向连续变化，反应速率也随轴向位置变化；
动量衡算方程
在列出上述基本方程时，需要知道动力学
方程和流动模型。 2.反应器设计的基本内容
(1) 选择合适的反应器形式
(2) 确定最佳的工艺条件
(3) 计算所需反应器体积
2.2 简单反应器
简单反应器分为： 1.间歇釜式反应器 2.平推流管式反应器 3.全混流釜式反应器
讨论等温恒容过程，只需结合动力学方
适用于经济价值高、批量小的产物，如药
品和精细化工产品等的生产。
一.间歇釜式反应器传递特性(装置特性)

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【摘要】应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究.重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异.研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小.%Fluid flow in steam jet ejector was simulated by employing wet steam model for transonic flow. The study focused on fluid flow in mixing chamber of steam jet ejector and compared difference in simulation results between ideal gas and wet steam models. Higher entrainment ratio of steam jet ejector, smaller localized high pressure produced by shock waves near nozzle outlet and ejector inlet, and less reduction in velocity and temperature of primary steam were observed in wet steam model than in ideal gas model.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2017(068)007【总页数】7页(P2696-2702)【关键词】蒸汽喷射器;混合室;凝结;湿蒸汽模型;引射系数;气液两相流;数值模拟【作者】武洪强;刘中良;李艳霞;付维娜;汤永智;石灿【作者单位】北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124;北京工业大学环境与能源工程学院,强化传热与过程节能教育部重点实验室,北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TQ026.2蒸汽喷射器是一种广泛应用于石油、化工、制冷以及食品工业的重要设备。

第三章化学反应器中的混合现象全解

Chemical Reaction Engineering
• 混合是化学反应器中普遍存在的一种传递过程，混合的作用是使反应器中物料的组成和温度趋于均匀，不同的混合机理和混合程度对反应结果（转化率和选择性）往往具有重要的影响。
• 反应器中发生的混合现象是十分复杂的。对反应器中的混合现象进行如实的描述和分析非常困难。对实际过程进行简化，借助各种理想化的模型去分析混合对反应过程的影响依然是必要的。
Chemical Reaction Engineering
聚集状态
反应物系的聚集状态指进入反应器的不同物料微团间进行的物质交换所能达到的程度以及在反应器微元尺度上所能达到的物料组成的均匀程度。反应物系的聚集状态有两种极限： ● 微观流体：一种是不同物料微团间能进行充分的物质交换 , 从而在反应器微元尺度上能达到分子尺度的均匀 , 这类物系称
• 返混指不同时间进入反应器的物料之间发生的混合, 是连续流动反应器才具有
的一种传递现象，可通过PFR和CSTR
这两种理想流动反应器的性能比较来考察返混的利弊。
Plug Flow Reactor PFR Continuous Stirred Tank Reactor CSTR
Chemical Reaction Engineering
返混对复杂反应选择性的影响
分析
1
对简单反应, 返混仅仅影响反应速率。而对复杂反应, 返混对产物选择性也有影响。
●平行反应
反应的瞬时选择性为：
R 主反应
A
2
S
副反应
☆当主反应级数n1高于＞副反应的n2时，CA↑，S↑ →PFR的选择性高于CSTR (CA小）。 ☆当n2 ＞n1时，则相反。

三级环流反应器中气液流动与传质规律

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 S1 期三级环流反应器中气液流动与传质规律黄益平1，李婷2，郑龙云2，戚傲2，陈政霖2，史天昊2，张新宇2，郭凯2，3，胡猛1，倪泽雨1，刘辉2，3，夏苗1，主凯1，刘春江2，3，4（1 中建安装集团有限公司，南京江苏210000；2 天津大学化工学院，天津300072；3 天津市催化科学与工程重点实验室，天津300072；4 化学工程联合国家重点实验室（天津大学），天津300072）摘要：针对级间安装导流筒的三级环流反应器的气液流动与传质过程开展实验研究。

通过冷模实验获得不同表观气速下（0.015~0.1m/s ）以及安装不同级间内构件时环流反应器内的气含率、混合时间、停留时间以及体积氧传质系数。

结果表明，随着表观气速的增加，反应器各级内的气含率增加，混合时间减少，平均停留时间减小，同时氧传质系数增加。

通过对反应器内气液流型的变化的观察，进一步分析了级间内构件对三级环流反应器性能的影响，发现内构件上截面较宽时（3#内构件），反应器的混合效果更好，而内构件的上截面较小时（1#内构件），反应器可以更好地抑制返混。

关键词：多级气升式环流反应器；多相流；级间内构件；流体动力学；气液传质中图分类号：TQ021.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）S1-0175-14Hydrodynamics and mass transfer characteristics of a three-stageinternal loop airlift reactorHUANG Yiping 1，LI Ting 2，ZHENG Longyun 2，QI Ao 2，CHEN Zhenglin 2，SHI Tianhao 2，ZHANG Xinyu 2，GUO Kai 2，3，HU Meng 1，NI Zeyu 1，LIU Hui 2，3，XIA Miao 1，ZHU Kai 1，LIU Chunjiang 2，3，4(1 China Construction Industrial & Energy Engineering Co., Ltd., Nanjing 210000, Jiangsu, China; 2 School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 3 Tianjin Key Laboratory of Applied CatalysisScience and Engineering, Tianjin 300072, China; 4 State Key Laboratory of Chemical Engineering (Tianjin University),Tianjin 300072, China)Abstract: The hydrodynamics and mass transfer characteristics of a three-stage internal loop airlift reactor were investigated experimentally. The gas hold-up, mixing time, residence time, and volumetric mass transfer coefficient were measured in the cold mode experiment under different superficial gasvelocities (0.015—0.1m/s) and internals. Experimental results showed that as the superficial gas velocity increased, the gas hold-up increased, mixing time decreased, and mean residence time decreased. Meanwhile, the volumetric mass transfer coefficient increased as the superficial gas velocity increased. The effect of internals on the reactor performance was discussed based on the flow pattern observation. It was found that the mixing effect of the reactor was better when the diameter of the upper cross-section of研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1269收稿日期：2023-07-23；修改稿日期：2023-10-17。

生物反应器的混合特性与优化

生物反应器的混合特性与优化在生物工程和生物技术领域，生物反应器是至关重要的设备，其性能直接影响着生物过程的效率和产物质量。

其中，混合特性是生物反应器的一个关键参数，对细胞生长、代谢产物生成以及反应过程的稳定性都有着深远的影响。

因此，深入研究生物反应器的混合特性并进行优化具有重要的意义。

生物反应器中的混合主要包括物料的混合和热量的传递。

物料混合的均匀程度决定了反应物在反应体系中的分布，进而影响反应的速率和选择性。

如果混合不均匀，局部可能会出现反应物浓度过高或过低的情况，导致副反应的发生或者反应效率的降低。

热量传递的效果则关系到反应体系温度的均匀性，温度的波动可能会影响酶的活性、细胞的生理状态甚至导致细胞死亡。

在实际应用中，不同类型的生物反应器具有不同的混合特性。

搅拌式生物反应器通过搅拌桨的旋转来实现混合，其混合效果受到搅拌桨的类型、转速、安装位置等因素的影响。

气升式生物反应器则利用气体的上升和循环来促进混合，气体流速和分布器的设计对混合性能起着关键作用。

此外，还有流化床式生物反应器等，它们各自具有独特的混合特点和适用范围。

为了准确描述生物反应器的混合特性，研究人员采用了多种方法和指标。

其中，停留时间分布（RTD）是一种常用的方法。

通过向反应器中注入示踪剂，并监测其在体系中的浓度变化，可以得到停留时间分布曲线，从而分析混合的程度和特征。

混合时间也是一个重要的指标，它表示达到一定混合程度所需的时间。

另外，功率消耗和传热系数等参数也能从不同角度反映生物反应器的混合性能。

了解了生物反应器的混合特性，接下来就是如何对其进行优化。

优化的目标通常是提高混合效率、降低能耗、增强反应的稳定性和产物质量。

在搅拌式生物反应器中，可以通过优化搅拌桨的设计来实现。

例如，采用新型的搅拌桨结构，如多层桨叶、倾斜桨叶等，能够改善流场分布，提高混合效果。

调整搅拌桨的转速也是一种常见的方法，但需要注意的是，转速过高可能会导致剪切力过大，对细胞造成损伤。

下喷式环流反应器液相流动特性研究

为：． — ９２６０３．０结果表明导沆筒顶部区域返混最大，环隙区域接近于平推流。反应器混和时间随液体喷射速度的增
大而减小，变化范围为：８３～１．。８．２５ｓ关键词停留时间分布混和时间下喷式环流反应器模型方程
ＦｏＢｅａｉｒｏｑｉｈｓｎＪｔ—ｌｏａｔｒｌｗｈｖｏｆＬｉｕｄＰａｅｉｅ —ｏｐＲｅｃｏ
第２４卷第３期２１００年３月
化工时刊
ＣｈｍｉｌｎｕｔｉｓｅｃｄｓｒＴｍｅａＩｙ
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喷射环流反应器应用研究进展

喷射环流反应器应用研究进展喷射环流反应器是一种高效、节能的反应器，在化工、制药、材料等领域得到了广泛应用。

其具有较高的混合效率、传质效率和反应速率，成为了工业化生产过程中的重要设备之一。

随着科学技术的发展，喷射环流反应器的应用研究也不断深入，本文将对其应用研究进展进行综述。

喷射环流反应器是一种流体力学反应器，它利用喷嘴将液体引入反应器内，在反应器内形成循环流动，同时通过喷嘴和导流板的作用，使液体在反应器内形成环流。

这种反应器具有较高的传质效率、混合效率和高反应速率，同时还能实现工业化生产过程中的连续性操作。

喷射环流反应器在化工、制药、材料等领域得到了广泛应用，如合成氨、硫酸、硝酸等化工产品的生产，以及药物中间体的合成、生物发酵过程等。

研究喷射环流反应器的应用主要采用实验研究、数值模拟和理论分析等方法。

实验研究可以直观地了解反应器的操作性能和反应规律，同时结合响应曲面法、正交实验法等统计方法，可以优化反应条件和操作参数。

数值模拟可以利用计算流体力学软件，对反应器内的流体流动、传质传热、化学反应过程等进行模拟，从而对反应器进行优化设计。

理论分析则通过对反应器内的流体流动、化学反应过程等进行理论建模和解析，从而深入了解反应器的内在规律。

喷射环流反应器在化工领域的应用研究较为广泛。

例如，在合成氨工业中，研究者利用喷射环流反应器成功地提高了合成氨的产率和选择性，同时降低了能源消耗。

在硫酸、硝酸等化工产品的生产过程中，喷射环流反应器也表现出了优异的性能。

在制药领域，喷射环流反应器主要用于药物中间体的合成。

研究者通过优化反应条件和操作参数，实现了药物中间体的高效合成，提高了产品的质量和产量。

在材料领域，喷射环流反应器主要用于纳米材料的制备。

研究者通过控制反应条件和操作参数，成功地制备出了具有优异性能的纳米材料，为其在催化、能源、环保等领域的应用提供了可能性。

喷射环流反应器的应用研究取得了显著的进展，在化工、制药、材料等领域得到了广泛应用。

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第２卷第３期５２１０３月１年
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溶液等为实验物料，测定宏观混和时间和内循环液速。通过调整外循环流量大小和喷嘴位置，记录各混和特性的变
化。结果表明：同物料下，不外循环流量对混和时间和内循环液速的影响都很大，和时间均随循环流量的增大而缩混
短，内循环液速随着循环流量的增大而增大；同物料下，嘴位置对混和时间的影响很小，对内循环液速的影响不喷而
较大。
关键词喷射环流反应器
外循环流量
喷嘴位置
宏观混和时间内循环液速
ＳｕｙｏｈａｒｍｉｉｇＣｈｒｃｅｉｔｆｔｅＪｔＬｏｐＲｅｃｏｔｄｎｔｅＭｃｏｘｎａａｔｒｓｉｏｅｏａｔｒｃｈ
ＣｉｎｅＺｅｇＹｎｉｇＹｎｓｎＳｎＱｎＣｅｇＲｎｕｆｎｈｎａｐｎａｇＡａｕｉｈｎｏｇＭｉ
喷射环流反应器内宏观混和特性研究
崔敏芬郑燕萍杨阿三孙勤程榕
（江工业大学化学工程与材料学院，浙浙江杭州３０１）０４１
摘要通过实验分析研究了喷射环流反应器内宏观混和特性各影响因素的作用。分别采用水，一细沙，三醇水丙
ｓｅｄｐｅ
环流反应器（Ｒ）在强化鼓泡反的气一，一固或气一一固液液液
一
种多相反应器。环流反应器具有结构简单、流体流
应器的结构和性能方面。Ｂｅｋ在１８年对喷射ｌｅｎ９５环流反应器作了较全面的综述，并划分了反应器性能的不同方面及其表征参数。ＬｕｎＬ等从工作特ａｒｔｅ性、设计放大及应用等方面对比分析了喷射反应器和机械搅拌釜，阐明了喷射反应器的优异性能，提出并喷射反应器极有可能取代搅拌釜反应器成为多相反应器的首选。国内主要研究喷射环流反应器的冷模实验和反应器内气含率、环液速、循液相体积传质系