氧传质在充气搅拌釜双叶轮:广义相关性包括间距的影响

文摘

由双叶轮搅拌曝气坦克在发酵和各种生物过程用于水处理,食品行业,药品生产。在这项研究中,一个广义相关性模型开发的相关参数()。空气的氧传质液体发生旋转双叶轮(IBRC和PBPU)充气柜。这个模型考虑雷诺数、弗劳德数、电力数字,液体高度,与叶轮之间的空间最重要的相关规范,充气柜性能。叶轮之间的间距被认为是一个设计因素的工业设备由于其显著影响氧传质。

1。介绍

激起了坦克,生成一个湍流流态通常用于各工业过程如需氧发酵和曝气污水处理来获得一个完整的氧传质(1]。氧传质在充气柜实际上发生在两个区域:液体表面和液体的身体。在液体表面,有两种类型的氧气传输:首先,氧气的直接转移到液体表面由于大漩涡由叶轮旋转,其次,氧转移预计水滴与空气的接触,虽然发生液体体内氧气传质主要由携入的空气泡沫的表面(2]。因为它是如此的困难和复杂来确定表面传质系数分别因为没有具体限制这两个区域之间。最后的氧传质液体体内被认为是总液体氧传质。因此,液体内的溶解氧身体会参考总溶解氧来自任何传质模式,上面,液面以下。

中的氧发生转移机制完全液体(水)的身体双膜理论(3]。水体中的氧气传输与许多参数,如水位、坦克和叶轮几何、转速、叶轮的数量,和许多操作条件(4- - - - - -6]。

氧转移的理论表面曝气坦克与坦克内发生的混合。因此,提高混合添加额外的叶轮的转轴,提高液体(水)之间的接触面积和空气阶段(7]。作为有效的抗氧传质发生主要存在于液体的气液传质膜、其他抵抗是被忽视的。氧传质系数的液体,,被认为是一个传质率指标(8]。气液接触界面区域氧气传质在气液设备的合理设计是非常重要的(9]。在液相体积氧传质批处理系统是由一个动态方法。进行了很多尝试找到一种通用的相关性对氧传质表面限。有各种趋势关联相关参数与氧传递系数。Fuchs et al。10提出了相关的与液体的能量耗散体()表面的每个槽卷(L)。坦克和叶轮的几何形状的影响已经在许多相关的相关性和氧转移模型。Zlokarnik [11)相关的各种表面的氧传质增氧机几何图形。他开发了一种广义氧传质参数,作为一个无量纲参数(),称为吸附相关的,在他的模型,他表面流动特性和湍流强度传输氧气。Zlokarnik [11)另外相关的传质性能和操作参数如弗劳德数、雷诺数等几何因素(数量和形式的叶轮叶片)。他得到一个无量纲公式相结合的表面通风装置效率()与曝气数量和弗劳德数(),比液体涡轮直径比(1.0): 在哪里浓度差(公斤米⁻³),是耗氧量(kgO₂h⁻¹),增氧机效率(kgO₂千瓦⁻¹h⁻¹)。

帕蒂尔et al。12已经测试了不同表面限最佳强调几何配置;他们认为影响参数液体高度、液体体积,油罐直径和叶轮间隙。他们派生一个普遍相关的氧传质取决于前面的曝气在同一领域工作,操作条件和电力消耗。体积功耗耗散的范围W / m³: Thakre et al。13)开发了一个氧转移模型弯曲转子表面曝气机在氧化沟后研究了液面效果。湍流条件和应用模型0.17和0.25之间的比率: 在哪里是叶尖角。

各种试图关联不同的氧转移在曝气过程中影响变量。这些尝试是由根据提出的相关几何、材料和工艺参数(14- - - - - -18]。

本研究的目的是开发一个氧传质模型的双叶轮气液(充气)系统显示流型的影响,电力消耗,间距两个叶轮,和液体的高度。这个模型的氧传质与相关因素没有被研究过在以前的作品到现在表面曝气坦克。

2。材料和方法

数字溶解氧探头用于实验。溶解氧测量实现了根据氧气分压与校正温度等影响因素。在毫克每升氧气浓度单位表达(毫克/升)的水。探测器读数的平均百分比误差最小二乘计算实验和理论数据之间的最佳匹配。平均百分比误差为3.49%。

在曝气过程中,传质主要从水面到液体的体内。主体的氧传质取决于氧传质阻力,这发生在液相。因此,气相中的氧传质系数是被忽视的。在每个测试之前,溶解氧应设置的初始浓度接近于零,然后水饱和了直接接触空气(22]。

实现计算氧传质()基于几个一般的假设:船舶高效混合;值在整个容器可以表示成一个值。此外,饱和溶解氧可以表示成一个值。假设没有其他质量传递发生在操作的其他成分,同样的氮气脱氧过程中使用。弱热梯度发生在曝气;以这种方式伴随着传热被忽略。

使用探针的响应时间是由根据溶解氧的实验和理论结果。理论的溶解氧值取决于(23,24] 的、响应时间、溶氧探头和决心为8.8秒。

溶解氧与时间之间的关系考虑在探针响应时间的影响可以用下面的方程表示(25- - - - - -27]: 通过重新排列, 探针响应时间的影响在曝气过程的溶氧浓度测量是由下列方程(28]: 溶解氧探针响应时间是隐含在应用传质方程表示实验考虑实验运行错误。它需要正确的液体中的氧传递系数衡量标准条件下,在以下(Van范霍夫,阿伦尼乌斯)方程应用29日]: 实验运行进行了在一个圆柱形平底船(由透明玻璃纤维)内径为0.8 m。系统的原理图如图1。三个挡板的宽度,,与我们的实验,用来防止或减少切向的循环流动。该船的挡板有相同的高度。

表面曝气是由水滴获得的投影与叶轮的旋转和水面的更新由于漩涡的一代。实验,两个叶轮(IBRC + PBPU)是用于混合和曝气与泵操作,在旋转锥(IBRC)放置在水面。实现可接受的混合,它提供了一个良好的接触界面区域之间的内容,较低的四叶螺旋桨(PBPU)重定向液体流动对上部旋转锥(IBRC)以确保连续喂养旋转锥的摄入量。此外,螺旋桨(PBPU)参与成就溶解氧的均匀分布在整个船舶通过确保流循环通过整个容器特别是深好水平。

螺旋桨的几何比例,低于一般的应用比(轴流式叶轮)(0.2 - -0.7)。在我们的研究中混合过程的目的是支持的主要表面曝气过程,所以混合所需的性能。叶片旋转锥的数量是12(叶片宽度0.24米),直径比。水的高度保持不变。

图最影响限制在操作期间,各种参数被认为是独立的变量与氧传质,最重要的目的是验证和改进的地方,通过实验,间距与氧转移的影响。

在实验部分,之间的关系功耗,旋转速度(rps)和液面()进行了三用叶轮之间的水平间距()。

3所示。氧传质关联模型

在这项研究中,一个氧传质模型是根据实验结果由开发(30.和以前进行研究。通常在表面曝气过程中有几何,动态的,和材料控制系统性能的参数。这些参数可能包括转速、水粘度、重力加速度,叶轮直径(这些参数可以参考槽内的湍流强度和水面),水的高度在坦克,和许多其他人。这些参数的数量是根据每种情况不同,但总的来说,他们是相同的基本参数,适用于所有表面曝气情况。弗劳德数反映了重力加速度力和水通风装置产生的波浪作用。雷诺数是指液体的流动状态。电源数量指出电力消耗的增氧机考虑充气流体属性。最后传质无量纲参数形式(它并不局限于使用一个标准化的质量传递参数,但这取决于系统实现)的区别。根据实验结果,发现最现实的独立变量,可以影响氧气传输如下: 选择几何比例的标准设计比率通常隐含在表面曝气过程。

通过应用白金汉理论,(9)转换为以下关系: 在哪里,,,,是常数(不同)。

由于表面曝气过程主要是在紊流状态下,雷诺数可以忽略,空气下沉增氧机的价值总是(> 10⁴),所以再保险是无关紧要的过程目标(11]。

(10)改革 方程(11)是解决确定常数的值通过应用多元非线性回归。以下相关开发: 在这里,标准误差常数(12)如下:一个标准的错误,(标准错误),(标准错误),(标准错误),(标准错误)。传质关联(12适用于三个范围,瓦特/米³)= (22 - 100),(,rps) = (1.67 - -3.33), ()= (1.37 - -1.45)。

方程(12对氧传质)提供可接受的预测无量纲参数()确定系数(0.988)相比,实际的实验结果(见图2)。

许多关系发展到预测氧传质系数在充气和搅拌罐没有显示用叶轮之间的间距的影响的相关开发工作。预测的值系数不同的血管和叶轮几何图形表中列出1。表1显示了值通常表示相关性开发根据不同的相关参数。与比较发达的相关性在这项工作最常报道的相关性为多个叶轮在充气和搅拌坦克,所有给合理的预测结果。平均偏差为5.2%,14%,5.2%,这项工作中所开发的相关性,通过Moucha et al。19和罗et al。21),分别,而张et al。20.)指出,他们的相关性的确定系数为0.984。

4所示。结论

预测值的比较值与实验结果表明,通过应用相关系数确定为0.988,这是接受误差估计的框架(见图2)。相关模型为气液开发的氧传质系数与双叶轮搅拌釜(间隔为效应)显示指定的操作和几何范围内可接受的结果。

符号

术语:	界面面积,单位体积内的水体(m2/ m3)
:	液体中溶解氧浓度(毫克/升)
:	在饱和溶解氧的浓度(毫克/升)
:	溶解氧的浓度(毫克/升)
:	初始浓度溶解氧的时间(毫克/升)
:	旋转锥轮机或叶轮直径(米)
:	节桨叶螺旋桨直径(PBP U)(米)
:	弗劳德数(/ g)
:	重力加速度(9.80665)(m2/秒)
:	水位在船(m)
:	液体体积氧传质系数(身体质量传输区)(1 / s)
:	体积氧传质系数在20°C(液体体重转移区)(1 / s)
:	体积氧传质系数°C(液体体重转移区)(1 / s)
:	旋转速度(1 / s)
:	数量()
:	电源消耗(瓦特)
:	平均功率系数的搅拌器在喝醉酒的情况下(19)(W)
:	平均功率系数的搅拌器un-gassed条件下(19)(W)
:	意味着特定的能量耗散率(总21)(W /公斤)
:	具体的总平均功率耗散叶轮船(19)(W / m3)
:	雷诺数()
:	两个叶轮之间间距(m)
:	时间(年代)
:	容器直径(米)
:	表面气体速度(米/秒)
:	水量(m3)
:	涡轮叶片宽度(m)。

希腊符号

:	水的密度(公斤/米3)
:	调查时间常数(s)
:	水的动态粘度(公斤/ ms)
:	水的运动粘度(m2/秒)
:	温度(°C)。

叶轮类型缩写

IBRC:	倒搭旋转锥(发达尤其是表面曝气),泵
PBP U:	螺距螺旋桨叶片泵
PDT:	Parabolic-blade圆盘涡轮(21]
CBYN:	CBY狭窄的叶片(21]
LSB:	多空叶片(LSB)搅拌器20.]。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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