好氧发酵过程微界面传质耦合模拟分析

作者：冯尧成; 任厉泰; 张锋^*; 张志炳

来源：化工学报, 2020, 71(11): 4936-4944.

• 多相反应
• 气泡
• 耦合模型
• 好氧发酵
• 能耗

微生物好氧发酵过程是一个多相生化反应体系,空气中的氧在气液两相间的传质速率对生化发酵过程有重要影响。而气泡中氧的传递特性是气泡的形态、运动及体系温度、压力和物性综合影响的结果。通过建立两组分空气气泡上升及其氧传质耦合模型,进而采用数值模拟描述好氧发酵体系中微界面体系的强化效果。利用能量耗散理论评价制造微气泡体系的能耗,以获得高性价比的气泡形态和较高的氧利用率。计算结果表明,在预设的工况下,液面高度一定的反应器内,初始半径大于500μm的气泡会在短时间内逸出体系,造成物料浪费;而气泡初始半径小于100μm时,其停留时间、传质效率和氧利用率会显著提升。小气泡的生成需要较大的能耗,需要综合生产成本考虑。在不考虑其他因素影响的情况下,体系中的DO值如果维持在20%～30%,可以获得最大的氧气传质速率。

• 单位
  化学化工学院; 南京大学