Fig。 8。 Comparisons of dissolved oxygen between SRT and DRT: (a) point 1, 0。4 m3 · h−1; (b) point 1, 0。6 m3·h−1; (c) point 2, 0。4 m3·h−1; (d) point 2, 0。6 m3·h−1。

F。 Yang et al。 / Chinese Journal of Chemical Engineering 23 (2015) 1746–1754 1753

Table 3

Power number of SRT and DRT

ε turbulent dissipation rate, m2 · s−3

μ dynamic viscosity, Pa · s

μ t,l turbulent liquid viscosity, Pa · s

ρ density, kg · m−3

These differences may be due to the weakness of the k-ε model。 After gassing, the numerically determined power numbers for SRT and DRT are 4。83 and 4。73, and the PRD are 0。66 and 0。68。 Correspondingly, the experimentally measured PRD for SRT and DRT are 0。53 and 0。55。 This is in correspondence with the conclusion of McFarlane and Nienow [41], who pointed out that SRT experiences a power drop of 50%-65% after gassing。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com

5。 Conclusions

In this work, DRT was employed in the gas–liquid mixing operation in a baffled stirred vessel。 Numerical simulations of the flow field, gas hold-up, dissolved oxygen and power consumption were performed。 Results were compared with their counterparts of SRT and good improvements were observed。 Generally, the flow field generated by DRT is more chaotic。 The flow fields in the top region of the stirred vessel as well as in the region between the upper and lower impellers are promoted。 Gas can be dispersed more uniformly and the gas hold-up can be increased up to 18%。 The dissolved oxygen performance of DRT also outperforms SRT and the increase is up to 16%。 The power consumption of DRT is about 5% lower than SRT。 Besides, the power drop after gassing is also a little lower。 However, in view of the experimental and numerical errors, the differences await further confirmations。 In general, these results indicate promising potential of DRT in the application of gas–liquid mixing in stirred vessels。

摘要：为了改善气体分散性能，将位移叶片式涡轮桨搅拌釜应用于在挡板搅拌容器中的气液混合。并使用计算流体动力学（CFD）技术研究流场，气体滞留，溶解氧，放气前后的功率消耗。气体在液体中的扩散使用欧拉 - 欧拉方法以及分散的k-ε湍流模型建模。使用多参考框架法模拟叶轮的旋转。包括湍流效应的修正阻力系数用于说明动量交换。将预测与标准涡轮桨搅拌釜的对应物进行比较，并用实验结果验证。结论，在气液混合操作中，位移叶片涡轮桨搅拌釜优于标准涡轮桨搅拌釜，并且这里得到的发现为其在工艺工业中的应用奠定了基础。

1简介

在过去几十年中，随着科学研究的进一步深入，人们已经进行了相当大的努力来改善细菌和细胞培养效率。但是，这些需氧生物工艺大多在含有离子盐的水性介质中进行，其中氧的溶解度有限。在这种情况下，必须连续提供氧气，并且氧气传质速率是关键任务。因此，针对改进气体分散均匀性的研究的愿望吸引了许多科学研究人员和工程师。

在生化工业中最广泛使用的进行细菌和细胞培养操作的反应器是搅拌容器，其中流体由叶轮搅拌是其中的主要控制。对于气液混合，优良的气体分散性能是叶轮的基本要求。它是气泡破碎和分散的原因。存在许多种类的叶轮并且不断地发明以满足各种需要。传统上，对于气液分散的操作，标准的涡轮桨搅拌釜自1950年代以来已被广泛使用。该叶轮具有高的气体 - 液体传质系数。 到目前为止，它已经作为主题测量的标准，对其他类型的叶轮进行比较。然而，尽管其多功能性，标准的涡轮桨搅拌釜不是完美的，并且已经确定了许多弱点。例如，轴向泵送能力低。 通常不足以诱导必要的体积流量以满足氧吸收要求。它只能有效地在邻近叶轮的区域中分散气体。 难以实现搅拌容器体内气体的均匀分散状态。可能产生大的剪切应力，这对于没有保护细胞壁的动物细胞的培养是不利的。由于叶轮的扫掠作用，在叶片的后部存在低压拖尾涡流。这导致在引入气体之后大的功率下降，并且气体处理能力由于溢流而被阻碍。