Bilim adamları, endüstriyel gaz dağıtıcılarının ilk kabarcık çapını tahmin edebilen matematiksel bir model önerdiler.
Gaz-sıvı ve gaz-sıvı-katı reaktörler (fermantasyon tankları, karıştırmalı tanklar ve bulamaç yataklı reaktörler vb.) Endüstriyel işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve bunların kabarcık boyutları ve dağılımı, bu tür reaktörün performansını etkileyen anahtar parametrelerdir. Birincisi, ayrıca reaktörün çalışma akış modelini, kütle transferini ve gaz ve sıvı fazlar arasındaki ısı transferini doğrudan etkiler ve sonuçta reaksiyon hızını ve seçiciliği etkileyebilir. Bu nedenle kabarcık çapı, gaz-sıvı ve gaz-sıvı-katı reaktörlerin tasarımı, optimizasyonu ve ölçeklendirilmesi için önemli bir parametredir. Kabarcıkları reaktör içinde eşit olarak dağıtmak için, gaz dağıtıcısı anahtardır. Son yıllarda, birçok araştırmacı ilk kabarcık çapı için birçok tahmin modeli önermiş olsa da, birçok etkileyen faktör nedeniyle, elde edilen modeller yalnızca küçük bir aralık için geçerli değildir (çoğu yalnızca laminer akış veya küçük havalandırma hızları için geçerlidir, ancak Endüstriyel işlemlerin çıkış hava hızı çoğu kez birçok kez veya hatta birkaç büyüklük sırasındadır) ve birçok sonuç çelişkilidir ve gerçek endüstriyel uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayamaz. Çeşitli etki faktörlerini (çıkış gazı hızı, dağıtıcı çapı, yüzey gerilimi, akışkan viskozitesi ve yoğunluğu vb. Dahil) hesaba katabilen ve endüstriyel uygulama ve sayısal simülasyon araştırmasına rehberlik edecek iyi bir genelliğe sahip matematiksel bir modele acil ihtiyaç vardır.
Gaz-sıvı reaktörlerde gaz dağıtıcılarında kabarcık çapı oluşumu yasasını ortaya çıkarmak için Çin Bilimler Akademisi Qingdao Biyoenerji ve Süreçler Enstitüsü Çok Fazlı Reaksiyon Mühendisliği Araştırma Grubu, araştırmacı Yang Chao'nun önderliğinde detaylı araştırma yaptı. Birincisi, 4 farklı gaz dağıtıcı açıklığı, 5 farklı endüstriyel çalışma gaz hızı, 4 farklı sıvı faz viskozitesi ve 4 farklı yüzey gerilimi altında kabarcık oluşturma sürecinin yüksek hızlı bir kamera ile fotoğraflarını çekerek, çok sayıda yüksek çözünürlüklü balon resmi ( Şekil (a) 'da gösterildiği gibi). Daha sonra, araştırma grubu tarafından bağımsız olarak geliştirilen ve yazılım telif hakkı tescili elde edilen MATLAB görüntü işleme programı ile birleştirilerek çok sayıda resim doğru bir şekilde tanımlandı ve farklı çalışma sistemleri ve çalışma koşulları altında gaz dağıtıcısının ilk kabarcık çapının bir veritabanı oluşturuldu. Son olarak, büyük miktarda veriden sonra (216 çalışma koşulu vardır, her çalışma koşulu 20'den fazla görüntü işler, kabarcıkların sayısı dahil her çalışma koşulu binler kadar yüksektir) önce analiz edin ve ustaca modelleyin ve ardından en az ikisini gerçekleştirin Çarpımlı bağlantı, basit hesaplama, geniş uygulama aralığı ve yüksek doğruluk ile bir kabarcık çapı tahmin modeliyle sonuçlanır.
Ek olarak, araştırma grubu ayrıca diğer araştırmacıların mevcut verilerini farklı işletim fiziksel özellikleri ve deneysel koşullar altında özetledi ve sıraladı ve modeli daha ileri doğrulama için uyguladı. Şekil (b) 'den, 657 veri noktası arasında, veri noktalarının sadece% 22.70'inin% 20'den fazla bir tahmin hatasına sahip olduğu ve veri noktalarının yalnızca% 0.91'inin% 40'tan fazla bir tahmin hatasına sahip olduğu ve bu da mühendisliği tam olarak karşılayabileceği görülebilir. Tasarım ihtiyacı, bu araştırmada önerilen matematiksel modelin geniş bir çalışma aralığına ve iyi bir güvenilirliğe sahip olduğunu doğrulamıştır.
Yukarıda belirtilen araştırma sonuçları, kimya mühendisliği alanında uluslararası bir dergi olan Chemical Engineering Science'da yayınlandı.Bu çalışma, Çin Bilimler Akademisi'nin pilot projesi olan Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Çin Petrol Enerjisi ve Kimyasal Ortak Ar-Ge Merkezi projesi tarafından desteklendi.
(a) İlk kabarcık oluşturma şeması (b) Model doğrulama şeması
Kaynak: Qingdao Biyoenerji ve Süreçler Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
