纤维素酶水解反应器的开发与放大

摘要

以木质纤维素生产燃料乙醇为背景，在考察玉米秸秆同步糖化与发酵反应特征基础上，给出了合适的反应器构型:螺带型搅拌槽;直径0.2～0.8 m，高径比1～2，转速20～120 r/min，着重从冷模实验对搅拌槽性能进行了考察，为反应器放大提供必要的基础。实验结果发现，层流流动条件下，随流体剪切稀化性质增强，搅拌功率(Np)显著降低，而无因次混合时间(Ntm)则变化不大;给出适用于强剪切稀化流体的Metzner常数Ks关联式，且Ks与搅拌槽直径无关;对于几何相似的螺带桨，随着搅拌槽直径增大，若保持相同的单位体积功率，Ntm是相同的，这为人们提供了一个螺带型搅拌槽的放大准则;搅拌槽功耗及Ntm随着搅拌槽高径比的增大而增大;最后采用数值计算方法对搅拌槽内分散混合效率进行了考察，发现，根据混合效率的不同，可将螺带型搅拌槽分成几个不同的区域，搅拌槽内体积平均分散混合效率接近于0.5(简单剪切流)。纤维素酶水解反应器的放大，小试给出关键参数(单位体积生产能力)，冷模实验提供混合性能、几何结构设计基础，经验判据与CFD相结合，关注基本流型的尺寸效应，兼顾单位体积功率及最大剪切速率。