内循环厌氧反应器循环流量的计算
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第 28 卷 第 21 期 2012 年 11 月
中国给水排水
CHINA WATER ＆ WASTEWATER
Vol． 28 No． 21 Nov． 2012
试论内循环厌氧反应器循环流量的计算
1 2 胡纪萃 ， 胡雪涛
( 1． 清华大学 环境学院，北京 100084 ; 2． Hazen and Sawyer 环境工程咨询公司，美国) 内循环( IC ) 厌氧 反 应 器 设计计 算 的 主 要 核 心 问题， 是如何正确计算反应器的内循 环流量。建立反应器升流管内液体升流速度的计 算 公 式， 就 可以 确 定反 应 器 的 内 循 环流 量。 在分 析现有的关于表达 IC 反应器升流管内液体升流 速 度 计 算 公 式 的 基 础 上， 对现有 计 算 IC 反 应 器 内 液体升流速度的表达式进行了再修正， 并建立了在 稳 态条 件和 设计进 水 负荷 下求 升 流 管 内 沼 气持 通过具体例题给出了计算反应器循环流量的全过程。 气率的公式。最后采用数学上的迭代法， 关键词： 内循环厌氧反应器; 内循环流量; 迭代法 中图分类号： X703 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602 （ 2012 ） 21 － 0095 － 04 摘 要：
Baidu Nhomakorabea
· 95·
第 28 卷
第 21 期
中国给水排水
www． watergasheat． com
反应器的工作原理与空气提升液体循环反应器的工 借鉴这一理论， 笔者曾提出了在简 作原理十分相似， 化条件下 IC 反应器的升流管提升液体升流速度 u lr
3 ］ （ m / s） 的表达式［2， ： u lr =
Calculation of Internal Circulation Flow Rate of Internal Circulation Anaerobic Reactor
HU Jicui1 ， HU Xuetao2
（ 1 ． School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084 ，China； 2 ． Hazen and Sawyer，USA） Abstract： Proper calculation of the internal circulation flow rate is critical for a successful design of an internal circulation （ IC ） anaerobic reactor． The internal circulation flow rate is determined by the rising velocity of the fluid in the airlift column （ riser） ． The existing calculation formula of the rising velocity of the fluid in the riser was analyzed． The existing equation for liquid circulation velocity calculation was revised，and an equation that calculates the fractional gas holdup in the riser was developed． A design example was given to demonstrate the calculation of the final liquid circulation flow rate through a numerical iteration procedure． Key words： cedure 内循环厌氧反应器（ 以下简称 IC 反应器 ） 自 20 世纪 80 年代在荷兰开发应用以来， 获得了国内外水 处理界的高度重视， 并迅速得到了推广应用。 我国 1995 在 年由富仕达酿酒公司从荷兰帕克公司引进 ［1 ］ 了第一套 IC 反应器 ， 目前 IC 反应器在我国的酒 精、 淀粉、 造纸和啤酒等废水的处理中得到了广泛应 用。但目前对反应器设计计算方法的报道甚少 。 IC 反应器设计计算的主要核心问题， 是如何正 确计算 IC 反应器的内循环流量。确定了 IC 反应器 升流管内液体的升流速度， 就可以确定反应器的内 循环流量。一些学者对 IC 反应器升流管内液体升 流速度的计算方法进行了深入探讨， 并提出了计算 IC 反应器升流管内液体升流速度的公式。 笔者着 重讨论 IC 反应器升流管内液体升流速度的计算公 并对有关研究者提出的计算公式进行了再修正 ， 式， 建立了稳态条件和设计进水负荷下求升流管内沼气 持气率的公式， 进而采用迭代法计算出了 IC 反应器 求得了内循环流量。 升流管内液体的升流速度， 1 液体升流速度计算公式的修正 由于 IC 反应器的流态十分复杂， 变量很多， 这 为建立数学表达式求升流管内液体的升流速度带来 IC 了较大困难。在进行了大量研究的基础上发现， internal circulation anaerobic reactor； internal circulation flow rate； iterative pro-
p— — —气水分离器内的沼气压力 本修正公式能更加全面地反映 由式（ 3 ） 可知， 出 IC 反应器的实际工作状态， 可比较准确地求得 IC 反应器升流管提升液体的升流速度 。 2
IC 反应器内循环流量的计算
IC 反应器升流管提升液体的升流速度表达式
2 gh D （ ε r － ε d ） 0． 5 ［ ］ KT / （ 1 － εr ） 2 + KB （ Ar / Ad ） 2 / （ 1 － εd ） 2 （ 1） 式中 hD — — —沼气由升流管入口扩散至反应器顶液 m 面的高度， Ar 、 Ad — — —分别为升流管与回流管的断面积， m
中国给水排水
CHINA WATER ＆ WASTEWATER
Vol． 28 No． 21 Nov． 2012
试论内循环厌氧反应器循环流量的计算
1 2 胡纪萃 ， 胡雪涛
( 1． 清华大学 环境学院，北京 100084 ; 2． Hazen and Sawyer 环境工程咨询公司，美国) 内循环( IC ) 厌氧 反 应 器 设计计 算 的 主 要 核 心 问题， 是如何正确计算反应器的内循 环流量。建立反应器升流管内液体升流速度的计 算 公 式， 就 可以 确 定反 应 器 的 内 循 环流 量。 在分 析现有的关于表达 IC 反应器升流管内液体升流 速 度 计 算 公 式 的 基 础 上， 对现有 计 算 IC 反 应 器 内 液体升流速度的表达式进行了再修正， 并建立了在 稳 态条 件和 设计进 水 负荷 下求 升 流 管 内 沼 气持 通过具体例题给出了计算反应器循环流量的全过程。 气率的公式。最后采用数学上的迭代法， 关键词： 内循环厌氧反应器; 内循环流量; 迭代法 中图分类号： X703 文献标识码： C 文章编号： 1000 － 4602 （ 2012 ） 21 － 0095 － 04 摘 要：
Baidu Nhomakorabea
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反应器的工作原理与空气提升液体循环反应器的工 借鉴这一理论， 笔者曾提出了在简 作原理十分相似， 化条件下 IC 反应器的升流管提升液体升流速度 u lr
3 ］ （ m / s） 的表达式［2， ： u lr =
Calculation of Internal Circulation Flow Rate of Internal Circulation Anaerobic Reactor
HU Jicui1 ， HU Xuetao2
（ 1 ． School of Environment，Tsinghua University，Beijing 100084 ，China； 2 ． Hazen and Sawyer，USA） Abstract： Proper calculation of the internal circulation flow rate is critical for a successful design of an internal circulation （ IC ） anaerobic reactor． The internal circulation flow rate is determined by the rising velocity of the fluid in the airlift column （ riser） ． The existing calculation formula of the rising velocity of the fluid in the riser was analyzed． The existing equation for liquid circulation velocity calculation was revised，and an equation that calculates the fractional gas holdup in the riser was developed． A design example was given to demonstrate the calculation of the final liquid circulation flow rate through a numerical iteration procedure． Key words： cedure 内循环厌氧反应器（ 以下简称 IC 反应器 ） 自 20 世纪 80 年代在荷兰开发应用以来， 获得了国内外水 处理界的高度重视， 并迅速得到了推广应用。 我国 1995 在 年由富仕达酿酒公司从荷兰帕克公司引进 ［1 ］ 了第一套 IC 反应器 ， 目前 IC 反应器在我国的酒 精、 淀粉、 造纸和啤酒等废水的处理中得到了广泛应 用。但目前对反应器设计计算方法的报道甚少 。 IC 反应器设计计算的主要核心问题， 是如何正 确计算 IC 反应器的内循环流量。确定了 IC 反应器 升流管内液体的升流速度， 就可以确定反应器的内 循环流量。一些学者对 IC 反应器升流管内液体升 流速度的计算方法进行了深入探讨， 并提出了计算 IC 反应器升流管内液体升流速度的公式。 笔者着 重讨论 IC 反应器升流管内液体升流速度的计算公 并对有关研究者提出的计算公式进行了再修正 ， 式， 建立了稳态条件和设计进水负荷下求升流管内沼气 持气率的公式， 进而采用迭代法计算出了 IC 反应器 求得了内循环流量。 升流管内液体的升流速度， 1 液体升流速度计算公式的修正 由于 IC 反应器的流态十分复杂， 变量很多， 这 为建立数学表达式求升流管内液体的升流速度带来 IC 了较大困难。在进行了大量研究的基础上发现， internal circulation anaerobic reactor； internal circulation flow rate； iterative pro-
p— — —气水分离器内的沼气压力 本修正公式能更加全面地反映 由式（ 3 ） 可知， 出 IC 反应器的实际工作状态， 可比较准确地求得 IC 反应器升流管提升液体的升流速度 。 2
IC 反应器内循环流量的计算
IC 反应器升流管提升液体的升流速度表达式
2 gh D （ ε r － ε d ） 0． 5 ［ ］ KT / （ 1 － εr ） 2 + KB （ Ar / Ad ） 2 / （ 1 － εd ） 2 （ 1） 式中 hD — — —沼气由升流管入口扩散至反应器顶液 m 面的高度， Ar 、 Ad — — —分别为升流管与回流管的断面积， m