【摘 要】
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采用数值计算对鼓泡塔反应器内部的流体流动、化学反应以及传质行为进行研究,可为反应器的优化和设计提供有效指导。在对鼓泡塔内浓度场进行模拟时,经常采用实验测得的弥散系数或湍流施密特数对湍流传质扩散系数进行计算,但这些方法都是经验性的,并且可靠性较差。为了克服以上问题,本文采用近年来提出的计算传质学（?）-εc两方程模型对鼓泡塔反应器内的浓度分布进行模拟。采用该模型可同时通过理论计算得到反应器内的湍流传
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采用数值计算对鼓泡塔反应器内部的流体流动、化学反应以及传质行为进行研究,可为反应器的优化和设计提供有效指导。在对鼓泡塔内浓度场进行模拟时,经常采用实验测得的弥散系数或湍流施密特数对湍流传质扩散系数进行计算,但这些方法都是经验性的,并且可靠性较差。为了克服以上问题,本文采用近年来提出的计算传质学（?）-εc两方程模型对鼓泡塔反应器内的浓度分布进行模拟。采用该模型可同时通过理论计算得到反应器内的湍流传质扩散系数以及湍流粘度分布,所以可对鼓泡塔反应器中传质和传动的相似性进行研究。本文首先讨论了计算传质学（?）-εc两方程模型在鼓泡塔反应器氢氧化钠水溶液化学吸收二氧化碳过程的模拟中的应用。其中采用气泡群平衡模型计算鼓泡塔中气泡的尺寸分布。模拟得到了反应器内气相含率、气泡尺寸、液相速度及液相各组分浓度的分布。通过将模拟结果与文献报道的实验结果进行比较,验证了计算传质学（?）-εc两方程模型用于模拟鼓泡塔化学吸收过程的可靠性。本文将计算传质学（?）-εc两方程模型用于鼓泡塔和气升式环流反应器生物降解甲苯废气过程的模拟。对鼓泡塔生物降解过程中传质与传动的相似性进行了研究,并与第二部分中的化学吸收过程进行了比较,研究结果表明反应速率对该相似性的影响很大。本文采用熵产极值原理对鼓泡塔反应器生物降解甲苯废气过程中的传质过程进行了优化。以液相溶氧传质引起的熵产作为目标函数,建立了基于熵产极值原理的优化模型,通过变分法得到了起优化作用的附加体积场力的表达式。经过优化后鼓泡塔内液相溶氧的传质能力得到了提升,使得出口处气相甲苯的去除率从79.6%提升到了85.5%。本文最后对主要研究结论进行了总结,并对传质模型和优化方法的改进作出了展望。本文的创新点包括:（1）.将计算传质学（?）-εc两方程模型成功应用于鼓泡塔及气升式环流反应器中化学吸收过程和生物降解甲苯废气过程的模拟。（2）.根据模型计算结果,对化学吸收过程和生物降解过程中传质与传动的相似性进行了研究,结果表明反应速率对该相似性的影响很大。（3）.采用熵产极值原理对鼓泡塔反应器生物降解甲苯过程中的传质过程进行了优化,经过优化后液相溶氧的传质性能得到了提升,使得出口处气相甲苯的去除率显著提高。
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