固态发酵反应器流场数值分析及搅拌参数优选

向 闯,李莉莉，王 琨，赵庆良，姜珺秋，魏亮亮，汤云榕

(1.城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学),哈尔滨 150090; 2.哈尔滨工业大学 环境学院,哈尔滨 150090)

厌氧发酵产沼气是最有前景的垃圾处理与资源化方法之一.厌氧发酵根据含固率的不同分为湿式和干式工艺.其中物料含固率在20%～30%的称为干发酵，也叫固态发酵.与传统的湿式发酵相比，干发酵可用于处理秸秆、生活垃圾和畜禽粪便等固体的有机废物，具有原料利用范围广、容积负荷大、污水产生量低、更加节能降耗、节省基建面积等优势[1-2].但是干发酵物料含固率高，属于高黏度假塑性流体，混合极为困难，大大降低了酶、微生物、底物之间的传质效率[3-5].搅拌有助于优化传热传质，但针对不同流体的具体搅拌方式与搅拌强度上仍有许多争议[6].Wu等通过模拟证明对于低黏度非牛顿流体，气动搅拌混合效率较高[7-8]；Karim等通过实验证明低强度机械搅拌是对含固率为15%的牛粪最有效的搅拌方式[9].为了评价搅拌效果和优化搅拌装置设计，反应器流场研究通常是必须的，但传统实验如激光多普勒测速、粒子示踪法等限制条件较多且成本高昂[10-11].计算液体力学(CFD)方法基于有限容积法能对流场精确模拟计算，且成本低廉，越来越受到重视而广泛用于搅拌装置设计的研究中.Wu等[12]建立了畜禽粪便非牛顿流体的数学模型，并模拟对比了6种搅拌桨型的高含固流场特性.Yu等[13]比较了A-310和螺带搅拌桨对TS<5%和TS=10%物料的搅拌特性，证明了螺带搅拌桨搅拌高含固物料的优越性.曹亚东等[14]考察了卧式干发酵反应器中搅拌转速、桨叶直径和搅拌桨层数等因素对流场和混合时间的影响.但是针对高径比较大的垂直流高含固反应器流场的研究仍极为有限.

针对厨……