計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在模擬氣升式環(huán)流反應(yīng)器中的研究進(jìn)展

李金鵬,蘇鴻洋,張亞雷,周雪飛

(同濟(jì)大學(xué)長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

氣升式環(huán)流反應(yīng)器 (air-lift loop reactor,簡(jiǎn)稱(chēng)ALR),是環(huán)流反應(yīng)器中應(yīng)用最為廣泛的一種,它是以鼓泡塔為基礎(chǔ)在內(nèi)部增設(shè)導(dǎo)流裝置發(fā)展起來(lái)的,是一類(lèi)高效的處理氣 -液、氣 -液 -固多相過(guò)程的接觸性反應(yīng)裝置[1]。其獨(dú)特的幾何特性使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易于清洗和維修、能耗低、剪切應(yīng)力低和混合好等諸多優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于石油化工、生物工程、食品工程、環(huán)境工程等領(lǐng)域[2]。其中,環(huán)境工程領(lǐng)域中像石油生物脫硫[3,4]、生物發(fā)酵[5～7]、廢水處理[8～11]、微藻除碳[12,13]等方面均有應(yīng)用氣升式環(huán)流反應(yīng)器。

對(duì)氣升式環(huán)流反應(yīng)器進(jìn)行深入研究,進(jìn)而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù),提高傳質(zhì)效率和生產(chǎn)效能,已經(jīng)引起了人們的高度重視。國(guó)內(nèi)外有不少學(xué)者[14,15]針對(duì)氣升式環(huán)流反應(yīng)器進(jìn)行了宏觀(guān)實(shí)驗(yàn)研究,但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法往往受到測(cè)量精度和模型尺寸等因素的限制,很難進(jìn)行微觀(guān)的、瞬時(shí)的流場(chǎng)分析。而 CFD與實(shí)驗(yàn)相比,具有信息完整、速度快、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),因此它有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和研究意義,尤其是針對(duì)還無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)的反應(yīng)器研發(fā)有著不可替代的作用。所以,利用 CFD對(duì)氣升式反應(yīng)器內(nèi)部流態(tài)進(jìn)行模擬,獲取不同結(jié)構(gòu)或不同運(yùn)行條件下氣升反應(yīng)器內(nèi)詳細(xì)的流場(chǎng)信息,進(jìn)而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行控制參數(shù),對(duì)新型反應(yīng)器的研發(fā)及提高反應(yīng)器的運(yùn)行效率將具有十分重要的意義[16,17]。

1 氣升式環(huán)流反應(yīng)器的主要技術(shù)參數(shù)

氣升式環(huán)流反應(yīng)器的相關(guān)技術(shù)參數(shù)是其設(shè)計(jì)和放大的基礎(chǔ),也是對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)和依據(jù)。……