| 题名 | 新型生物浸出反应器的研究 |
| 作者 | 金建 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-06-20 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 丛威 |
| 关键词 | 转鼓生物反应器 质量传递 功耗 计算流体力学 颗粒碰撞强度 |
| 其他题名 | Researches on a new type bioleaching reactor |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 矿物生物浸出已成为矿物加工领域中发展最快、研究最为活跃的领域之一。现有搅拌式生物浸出反应器中矿物浓度一般不超过200 g/L。本论文为了提高生物浸出体系的矿浆浓度，设计出了新型的转鼓生物反应器。本文对该反应器的性能从实验方面和数值模拟方面进行了系统的研究，并与传统的搅拌罐进行了比较。 在转鼓生物反应器中引入微滤陶瓷膜作为气体分散装置，该膜能够有效分散气体，产生1.0 mm左右的微小气泡。转鼓生物反应器的气液传质性能良好，接近搅拌罐的kLa值。不通气时，转鼓生物反应器在3~6 r/min的转速下体积功耗不超过0.1 W/L。采用注射器取样法研究了固体颗粒在反应器径向上的分布，对直径范围0.01~0.15 mm的氧化铝颗粒，颗粒能够获得比较均匀的分布。表明转鼓生物反应器具有较好的气液传质性能、低功耗、固体颗粒易悬浮的特点。 通过CFD模拟了不通气状态下转鼓生物反应器内的流动，发现转鼓生物反应器中液体的整体流动形成一个大漩涡，而大漩涡内部又包含2个小漩涡。挡板穿过气液界面时挡板附近液体速度较大，呈湍流状态；其它部分液体速度较小，呈层流状态。对装有Rushton桨的标准搅拌罐，模拟结果显示其轴向截面上速度矢量形成典型的双环流动结构。转鼓生物反应器中液相湍流动能耗散速率在空间上分布不均匀，挡板通过气液界面时挡板附近湍流动能耗散速率大。转鼓生物反应器的湍流动能耗散速率(0.9 rad/s时)远小于搅拌罐(30~80 rad/s时)。 用硬球模型模拟了颗粒性质、操作参数对颗粒碰撞强度的影响。转速、颗粒密度以及颗粒大小对颗粒碰撞强度的影响较大，颗粒碰撞强度随转速、颗粒密度、颗粒半径的增大而升高。液体粘度对转鼓生物反应器中颗粒碰撞强度的影响不明显。转鼓生物反应器中颗粒与反应器壁碰撞所产生的最大颗粒碰撞强度较相同条件下颗粒之间的最大颗粒碰撞强度大；搅拌罐中颗粒与反应器壁碰撞所产生的最大颗粒碰撞强度较相同条件下颗粒之间的最大颗粒碰撞强度小。转鼓生物反应器内的颗粒碰撞强度总体上比搅拌罐中低一个数量级。 以Al2O3颗粒模拟矿物颗粒，研究了固体颗粒浓度对细菌氧化Fe2+的影响。当固体颗粒浓度达到200 g/L后，增加搅拌罐中固体颗粒浓度导致细菌氧化Fe2+过程的延滞期增加；而在转鼓生物反应器中再增加固体颗粒浓度对细菌氧化Fe2+过程没有明显影响。在转鼓生物反应器中进行生物浸出时，150 g/L 矿粉 + 150 g/L Al2O3和150 g/L 矿粉 + 300 g/L Al2O3两种固体颗粒浓度下生物浸出效果接近。上述结果表明转鼓生物反应器对固体颗粒浓度较搅拌罐不敏感，可以处理高固体颗粒浓度的浆态生物反应体系。 |
| 英文摘要 | Bioleaching of minerals has been one of the most active research fields in mineral processing. In bioleaching practice with stirred tank bioreactor, the limitation of pulp density (~200 g/L) is particularly an unsolved problem. A novel rotating drum bioreactor is designed in this work in order to overcome the limitation mentioned above. Researches on the characteristics and performance of the rotating drum bioreactor are carried out systematically both in experiment and numerical simulation, and a popular stirred tank used widely is selected for comparison. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-23 |
| 页码 | 131 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1649]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 金建. 新型生物浸出反应器的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2009. |
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