气相流量变化的三相浆态床流体力学特性研究及其在污水处理中的应用

【摘要】：浆态床鼓泡反应器(Slurry bubble column reactor, SBCR)因其具有良好的传热、传质特性以及操作上的灵活简单等特点被广泛应用于石油化工、生物化工等工业过程中。 浆态床反应器内的流体力学特性研究对于其设计、放大和操作非常重要,但在诸多研究方法中,研究者往往认为在浆态床反应器中自下而上的气体质量流量不变,但在实际的浆态床反应器内有化学反应发生,因而,在整个反应器内部自下而上的气体的质量流量会因反应的不同而发生变化,这就使所得到的结论很难应用于实际生产中。由于气体在浆态床内的分布是决定反应是否充分和稳定的关键因素之一,因此有必要在冷模实验中考察气体在浆态床中的质量流量变化。本文的主要目的是建立一种在浆态床冷模实验中实现气体质量流量变化的方法,研究其流体力学特性的变化规律,将得出的理论数据对浆态床进行优化改进,并在实际情况中对其进行效果考察。 本实验在高2m,由内外两筒构成的新型内循环式浆态床反应器中进行,采用C02气体作为气相,NaOH溶液作为液相来实现气体质量流量的变化,用差压法计算出体系中气含率的变化规律,对所得数据进行回归分析得到气含率随各个参数变化的计算关联式。另外,为使气体在反应器中更好地进行分布,课题采用了升气管式气体分布器,升气管的加入能将新鲜的原料气体直接注入到反应器中上部,提高了反应器的空间利用效率,实验证明升气管式气体分布器适用于表观气速较高的情况；平均气含率随着开孔率的增加而稍有增大。 总结实验结论和经验,对浆态床反应器进行了完善,结合新式升气管气体分布器的使用,将新制的浆态床反应器投入到生物水处理技术的应用中,采用活性污泥法对的模拟生活污水进行曝气处理,考察浆态床反应器的实际应用效果,得出：COD浓度随时间的变化而呈下降趋势,随空气流量的增大而降低,进口COD浓度越大,COD的去除效率越高。证明了改进后的多重循环式三相生物浆态床反应器具有良好的去除污水COD的能力。NH3-N的浓度总体上随时间的变化呈下降的趋势,去除效效率达到94.4%,实验表明反应器具有良好的脱除氨氮能力。 【关键词】：浆态床反应器 差压法 气含率 升气管 生物浆态床
【学位授予单位】：五邑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-23
• 1.1 课题来源及研究背景8-9
• 1.2 浆态床反应器的研究现状9-20
• 1.2.1 测量技术9-11
• 1.2.2 流体力学特性研究11-17
• 1.2.3 三相生物浆态床的研究现状17-20
• 1.3 课题的研究意义20-21
• 1.4 课题的研究内容21-22
• 1.5 课题的特色与创新之处22-23
• 第二章 实验装置及测量方法23-34
• 2.1 实验装置及条件23-28
• 2.1.1 实验装置及工艺流程23-27
• 2.1.2 实验研究方法的建立27
• 2.1.3 实验条件27-28
• 2.2 实验方法28-34
• 2.2.1 实验过程28-29
• 2.2.2 测量方法29-30
• 2.2.3 CO_2混合气—NaOH溶液体系的分析和计算方法30-31
• 2.2.4 污水处理实验中化学需氧量的分析和计算方法31-34
• 第三章 气含率及其分布的研究34-54
• 3.1 升气管气体分布器的设计及其对气含率的影响34-40
• 3.1.1 升气管式气体分布器的设计34-36
• 3.1.2 普通气体分布器与升气管式气体分布器的比较36-38
• 3.1.3 升气管式气体分布器开孔率对气含率的影响38-39
• 3.1.4 分布器对比实验小结39-40
• 3.2 气含率沿反应器的轴向分布40-42
• 3.3 影响气含率及其分布的因素42-48
• 3.3.1 静止液面高度的影响42-43
• 3.3.2 表观气速的影响43-45
• 3.3.3 固体颗粒浓度的影响45-48
• 3.4 CO_2混合气—NaOH溶液体系气含率及其分布48-52
• 3.4.1 CO_2进气含量和NaOH溶液浓度对全床平均气含率的影响48-49
• 3.4.2 CO_2混合气—NaOH溶液体系下气含率的轴向分布49-51
• 3.4.3 CO_2混合气—NaOH溶液体系下表观气速对气含率的影响51-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 浆态床反应器在污水处理中的应用54-66
• 4.1 实验装置与流程54-59
• 4.1.1 浆态床反应器的改进54-56
• 4.1.2 实验流程56-59
• 4.2 内循环式三相浆态床反应器处理生活污水的特性研究59-64
• 4.2.1 COD去除率随时间的变化59-60
• 4.2.2 空气流量对COD去除率的影响60-61
• 4.2.3 进口COD浓度对COD去除率的影响61
• 4.2.4 NH_3-N的去除效果61-63
• 4.2.5 污泥含量的轴向分布规律63
• 4.2.6 实验结果与讨论63-64
• 4.3 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-73
• 硕士期间撰写和发表的论文情况73-74
• 致谢74

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