Интенсификация массообмена в газожидкостном аппарате с мешалкой

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследован новый способ диспергирования газа из открытой полости вихря в локальные зоны с пониженным давлением в жидкости за вращающимися лопатками мешалки. Установлено оптимальное расстояние между лопастными мешалками на валу, обеспечивающие интенсификацию массообмена при меньшей мощности на перемешивание. Показаны условия, позволившие увеличить значения коэффициента массоотдачи, которые подтверждены численным моделированием. Представлены экспериментальные значения мощности, газосодержания, диаметра пузырьков газа и величины коэффициента массоотдачи в аппарате с мешалкой, реализующем предложенный способ диспергирования.

About the authors

Н. А. Войнов

Сибирский государственный университет науки и технологии им. академика М.Ф. Решетнёва

Author for correspondence.
Email: n.a.voynov@mail.ru
Russian Federation, Красноярск

А. С. Фролов

Сибирский государственный университет науки и технологии им. академика М.Ф. Решетнёва

Email: n.a.voynov@mail.ru
Russian Federation, Красноярск

А. В. Богаткова

Сибирский государственный университет науки и технологии им. академика М.Ф. Решетнёва

Email: n.a.voynov@mail.ru
Russian Federation, Красноярск

О. П. Жукова

Сибирский государственный университет науки и технологии им. академика М.Ф. Решетнёва

Email: n.a.voynov@mail.ru
Russian Federation, Красноярск

References

  1. Scargiali F., Busciglio A., Grisafi F., Brucato A. Oxygen transfer performance of unbaffled stirred vessels in view of their use as biochemical reactors for animal cell growth // Chem. Eng. Trans. 2012. V. 27. P. 205. https://doi.org/10.3303/CET1227035
  2. Tsao G.T.N. Vortex behavior in the waldhof fermentor // Biotechnol. Bioeng. 1968. V. 10. № 2. P. 177. https://doi.org/10.1002/bit.260100206
  3. Соколов В.Н., Яблокова М.А. Аппаратура микробиологической промышленности. Л.: Машиностроение, 1988.
  4. Rao A., Kumar B., Patel A. Vortex behavior in an unbaffled surface aerator // Sci. Asia. 2009. V. 35. P. 183. https://doi.org/10.2306/scienceasia1513-1874.2009.35.183
  5. Scargiali F., Busciglio A., Grisafi F., Brucato A. Gas–liquid–solid operation of a high aspect ratio self-ingesting reactor // Int. J. Chem. Reactor Eng. 2012. V. 10. № 1. Р. 839–845. https://doi.org/10.1515/1542-6580.3011
  6. Poncin S., Nguyen C., Midoux N., Breysse J. Hydrodynamics and volumetric gas–liquid mass transfer coefficient of a stirred vessel equipped with a gas-inducing impeller // Chem. Eng. Sci. 2002. V. 57. № 16. P. 3299. https://doi.org/10.1016/S0009-2509(02)00200-2
  7. Saravanan K., Mundale V.D., Joshi J.B. Gas Inducing Type Mechanically Agitated Contactors // Ind. Eng. Chem. Res. 1994. V. 33. № 9. P. 2226. DOI: https://doi.org/10.1021/ie00033a029
  8. Newell R., Grano S. Hydrodynamics and scale up in Rushton turbine flotation cells: Part 2. Flotation scale-up for laboratory and pilot cells // Int. J. Min. Process. 2006. V. 81. № 2. P. 65. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2006.07.002
  9. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение, 1976.
  10. Busciglio A., Caputo G., Scargiali F. Free-surface shape in unbaffled stirred vessels: Experimental study via digital image analysis // Chem. Eng. Sci. 2013. V. 104. P. 868. https://doi.org/10.1016/j.ces.2013.10.019
  11. Deshpande S.S., Kar K.K., Walker J., Pressler J., Su W. An experimental and computational investigation of vortex formation in an unbaffled stirred tank // Chem. Eng. Sci. 2017. V. 168. P. 495. https://doi.org/.1016/j.ces.2017.04.002
  12. Ciofalo M., Brucato A., Grisafi F., Torraca N. Turbulent flow in closed and free-surface unbaffled tanks stirred by radial impellers // Chem. Eng. Sci. 1996. V. 51. № 14. P. 3557. https://doi.org/10.1016/0009-2509(96)00004-8
  13. Rielly C.D., Evans G.M., Davidson J.F., Carpenter K.J. Effect of vessel scaleup on the hydrodynamics of a self-aerating concave blade impeller // Chem. Eng. Sci. 1992. V. 47. № 13–14. P. 3395. https://doi.org/10.1016/0009-2509(92)85050-L
  14. Hsu Y.C., Chen T.Y., Chen J.H., Lay C.W. Ozone Transfer into Water in a Gas-Inducing Reactor // Ind. Eng. Chem. Res. 2002. V. 41. № 1. P. 120. https://doi.org/10.1021/ie0101341
  15. Conway K., Kyle A., Rielly C. Gas–liquid–solid operation of a vortex-ingesting stirred tank reactor // Chem. Eng. Res. Des. 2002. V. 80. № 8. P. 839. https://doi.org/10.1205/026387602321143372
  16. Hsu Y.C., Huang C.J. Characteristics of a new gas-induced reactor // AIChE J. 1994. V. 42. № 11. P. 3146.
  17. Joshi J.B., Sharma M.M. Mass transfer and hydrodynamic characteristics of gas inducing type of agitated contactors // Can. J. Chem. Eng. 1977. V. 55. № 6. P. 683. https://doi.org/10.1002/cjce.5450550609
  18. Forrester S.E., Rielly C.D. Modelling the increased gas capacity of self-inducing impellers // Chem. Eng. Sci. 1994. V. 49. № 24. P. 5709. https://doi.org/10.1016/0009-2509(94)00322-X
  19. Heim A., Krasawski A., Rzyski E., Stelmach J. Aeration of bioreactors by self-aspirating impellers // The Chem. Eng. J. Biochem. Eng. J. 1995. V. 58. № 1. P. 59. https://doi.org/10.1016/0923-0467(94)06093-2
  20. Хультхольм С-Э., Юсела М., Лилья Л., Нюман Б. Перемешивающий аппарат и способ перемешивания газа в закрытом реакторе. Пат. ЕА003815В1. 2003.
  21. Войнов Н.А., Земцов Д.А., Фролов А.С. Способ насыщения жидкости газом в аппарате с мешалкой. Пат. 2790167 РФ. 2023
  22. Voinov N.A., Frolov A.S., Bogatkova A.V., Zemtsov D.A., Zhukova O.P. Method for Intensive Gas–Liquid Dispersion in a StirredTank // Chem. Eng. 2023. V. 7. № 2. P. 30. https://doi.org/10.3390/chemengineering7020030
  23. Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками // Изв. вузов. Прикл. химия и биотехнол. 2019. Т. 9. № 4. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749 [Khabibrakhmanov R.B., Mu- khachev S.G. Features of the powerful and mass exchange characteristics of a bioreactor with disk perforated mixers // Izv. universities. Graff. Chemistry and biotechnology. 2019. T. 9. № 4. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749]
  24. Scargiali F., Busciglio A., Grisafi F., Brucato A. Simplified dynamic pressure method for measurement in aerated bioreactors // Biochem. Eng. J. 2010. V. 49. № 2. P. 165. https://doi.org/10.1016/j.bej.2009.12.008
  25. Scargiali F., Russo R., Grisafi F., Brucato A. Mass transfer and hydrodynamic characteristics of a high aspect ratio self-ingesting reactor for gas–liquid operations // Chem. Eng. Sci. 2007. V. 62. № 5. P. 1376. https://doi.org/10.1016/j.ces.2006.11.040
  26. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976.
  27. Вознесенский А.С. Компьютерные методы в научных исследованиях. Часть 2. М.: МГГУ, 2010.
  28. El-Behery S.M., Hamed M.H. A comparative study of turbulence models performance for separating flow in a planar asymmetric diffuser // Comput. Fluids. 2011. V. 44. № 1. P. 248. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2011.01.009

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences