旋转叶片式机械消泡器的特性研究

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目前工业生产应用中的消泡方式主要有三种:即物理消泡方式、化学消泡方式和机械消泡方式。机械消泡器种类多,成本低,可用于多种生物发酵体系。本文所述旋转叶片式机械消泡器是一种安装于罐外的消泡器,依靠独立电机带动,利用高速旋转叶片产生的撞击力、剪切力等物理力使泡沫破碎,完全可以从发酵体系中独立出来。本文主要从三个方面对旋转叶片式机械消泡器的特性进行研究:(1)对影响消泡器消泡率的主要因素进行实验研究;(2)对0.55kW、0.75kW、1.1kW、2.2kW、和3 kW的消泡器进行消泡研究;(3)对旋转叶片式消泡器直板式叶片和带挡板式叶片进行数值模拟研究。结果如下:  ⑴影响消泡器消泡率的因素主要有消泡器转速、通气量、起泡物质浓度和消泡叶片结构:转速对消泡器的消泡率有明显影响,1000 rpm左右是消泡器的消泡率快速上升区域;通气量对消泡率的影响分为高消泡转速区和低消泡转速区,实验结果表明在900~1020 rpm转速区,通气量对消泡率影响较大,而在1020~1140 rpm转速区,不同通气量所对应的消泡率均在90%左右,且差别较小;起泡物质浓度对起泡量有一定影响,对消泡率的影响较小;对消泡器结构进行改造研究。本文分别对直板式、带锯齿式和带挡板式三种消泡器叶片进行实验比较。结果表明直板叶片消泡率最低(70~90%);带挡板叶片的效率最高,在90%左右;带锯齿叶片的消泡率略高于直板叶片,但远低于带挡板叶片的消泡率。  ⑵对系列消泡器的实验研究,分析通气量、转速对系列消泡器消泡率的影响。本文从工程应用的角度对5种不同功率的消泡器进行实验研究,结果发现:随着通气量的增加,消泡率呈下降趋势,随着转速的增加,消泡率呈上升趋势。  ⑶依据旋转叶片式机械消泡器消泡的力学原理,结合泡沫特性,运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)对消泡器直板叶片和带挡板叶片的消泡效果进行数值模拟研究,结果显示:添加挡板后的消泡器可在入口处就将泡沫破碎,消泡效果明显高于直板式消泡器。表明CFD技术可以很好的应用于旋转叶片式机械消泡器的研究。
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