重庆三峡学院：《化学反应工程》教学资源（电子教案）第三章 理想反应器（平推流反应器2）

第一章 绪论 第二章 菌种的扩大培养 第三章 灭菌 第四章 酶催化反应动力学 第五章 微生物生长动力学 第六章 发酵动力学与发酵过程控制 第七章 生物反应器中的物质传递 第八章 生物反应器

对我国某高硅低品位镍磁黄铁矿进行直接酸浸、焙烧——酸浸和细菌浸出比较,并考察硫酸用量及氧化亚铁硫杆菌对浸出率的影响.以稻壳为硫酸盐还原菌固定化载体构建连续上升流固定填充床反应器,以连续上升流方式处理浸出液.结果表明:焙烧使矿物发生烧结,镍被包裹,不利于浸出;细菌浸出Ni2+浸出率为92.16%,质量浓度可达973.22 mg·L-1·T·f.菌在矿物表面形成生物膜,直接与矿物发生作用使矿物溶解,将浸液中Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+进一步溶解矿物·浸出液以2200~3600 mL·L-1·d-1的速率经过反应器,Ni2+以NiS的形式吸附于稻壳上,回收率在98%以上,使原矿中NiO质量分数由1.69%上升至稻壳中的11.84%.浸液中98%的Mg2+留在溶液中,利于金属分离

生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一

射频等离子体反应器适用于气相法快速合成高纯纳米微晶.针对小流量TiCl4氧化合成TiO2纳米微晶反应体系,在Matlab软件中采用有限差分法,以求解温度场的二阶偏微分方程模拟出反应器内的温度分布.通过将温度场与长大过程动力学方程偶联,沿每条气体流线计算,模拟出最终TiO2纳米微晶粒径及其粒度分布.不同进料浓度条件下的数值解与实验结果基本吻合.由于流动状态和浓度分布过于理想以及未考虑长大过程中传质因素的影响等,数值解与实验结果还存在一定的差距

本文在对铁矿石还原动力学特性进行了较详细的实验研究基础上,提出了一个移动床还原一维数学模型,模型描述了矿石还原度,气相成份、温度、压力等沿反应器轴向变化的规律。通过实验室规模的移动床还原实验证明此模型能正确反映铁矿石在移动床中的还原过程,实验测定值与模型计算值很好吻合。应用此模型能更确切地说明移动床还原过程的规律性,对改进高炉和直接还原竖炉的操作及设计反应器都有指导作用

针对地埋式污水处理系统的特点,将一种高浓度微生物制剂用于生物膜反应器的挂膜,研究了其在处理模拟家庭生活污水过程中的启动特性.在进水化学耗氧量、氨氮和总磷分别为750、48和7.5 mg·L-1的条件下,装置运行10 d后,对三者的去除率分别达到85%、58%和35%.光学显微镜、环境扫描电镜观察显示,随着系统的去除率逐渐升高,微生物的种类也在逐渐改变;聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳的检测结果则表明,火山岩填料和悬浮填料表面生长的微生物种类较为丰富,虽然不同条件下微生物群落发生了不同程度变化,但是整个微生物系统仍保持相对的稳定性

为了研究铁基载氧体的反应特性,基于未反应缩核模型建立了移动床内铁基载氧体颗粒还原过程的一维数学模型.模型中考虑了铁基载氧体与H2、CO的多级还原反应,气体组分体积分数模拟值与实验值的平均误差为6.9%,总还原度的平均误差为11.2%.研究表明：铁基载氧体在移动床反应器内最终还原度约为23%,主要进行的反应是第一级和第二级还原反应,第一级和第二级还原度分别为95%和40%;提高反应器内温度、选择合适的载氧体粒径及气固比有助于增加反应的深度,提高合成气及铁基载氧体的利用率,载氧体粒径建议取1~2 mm

作者从连续式反应器体系中,反应速度与反应介质在反应器内停留时间这一基本矛盾出发,用数学模型对含铌铁水连续处理脱硅阶段的硅—铌分离氧化过程进行模拟,同时预报铁水和炉渣中多个组元的行为,并对影响硅—铌分离程度的主要因素进行了分析讨论,由模型得到的结果与实际过程相吻合

为了研究工艺参数对连续流化床内铁矿粉还原效果的影响规律,建立了两级连续流化床内氧化铁还原及煤气氧化耦合动力学模型.R1级流化床主要为FeO的还原,采用优质煤气作为还原剂,FeO来自R2级反应器;R2级流化床主要将Fe2O3还原到FeO,Fe2O3来自预热的R3流化床反应器,还原气来自R1还原尾气.模型主要计算结果与文献吻合.并以此为模型研究了矿粉粒度、流化床内压力等参数对流化床还原效果的影响.为了取得矿粉平均金属化率不小于85%、煤气利用率不低于38%和气矿比950~1050 m3·t-1的还原效果,流化床应满足如下工艺条件:矿粉平均粒度1.5 mm以下,流化床温度780~800℃,煤气还原势不低于93%,惰性气体体积分数小于5%,R1流化床内煤气平均压力3.5×105~4.0×105 Pa,停留时间的倒数ug/H=1.0~1.1 s-1,R1流化床矿粉平均停留时间30 min,R2流化床矿粉平均停留时间20 min