基于仿生學原理的小腸模型反應器的設計和研究.pdf

1、傳統(tǒng)化工反應器是剛性的，反應器壁不可伸縮或運動，因此反應器內(nèi)物料的輸送、混合等過程需借助于諸如泵、攪拌器等其他輔助設備。然而，傳統(tǒng)機械攪拌的方法在處理高粘性物料時有很大的局限性，尤其在低雷諾數(shù)的情況下，反應器內(nèi)物料往往存在嚴重的濃度分布不均的現(xiàn)象。此外，由于傳統(tǒng)硬式反應器的器壁是固定不動的，因而物料很容易粘附或沉積于反應器壁上產(chǎn)生結垢問題。從某種意義上來說，人體小腸可以看作是一種功能復雜的管式反應器。該“反應器”利用其獨特的蠕動功能實現(xiàn)

2、了高粘性物料的混合、運輸和反應，且有效避免了物料在“反應器壁”上的結垢。
　　基于以上提到的諸多原因，本研究便利用仿生方法學的原理，模仿人體小腸生理結構及功能，設計和制作了一種新型的軟管式反應器，即小腸模型反應器(SIMR)。該反應器的器壁具有良好的韌性和彈性，可伸縮，因此可模擬人體小腸的蠕動作用。本文研究了SIMR在蠕動作用下流體的輸送過程;測量和闡述了流體在SIMR內(nèi)的停留時間及其分布特性;考察了蠕動作用對于SIMR內(nèi)高粘性物

3、料傳熱過程的影響以及在加入惰性熱源或冷源物質(zhì)后，SIMR內(nèi)高粘性物料的溫度變化及響應;詳細探討了反應器內(nèi)高粘性物料的混合效果及淀粉水解的反應結果，并將其與可比擬條件下攪拌釜式反應器內(nèi)的實驗結果進行了比較。此外，本文還研究了SIMR內(nèi)碳酸鈣微粒的結垢過程，并詳細探討了蠕動作用對碳酸鈣污垢形成及污垢清洗的影響。
　　實驗結果表明，借助于SIMR的蠕動功能，可實現(xiàn)流體在反應器內(nèi)的主動輸送過程，其體積流量受蠕動位置、振幅、頻率等因素的影響

4、;通過調(diào)節(jié)蠕動頻率及位置可調(diào)控流體粒子在SIMR內(nèi)的停留時間分布及混合效果;蠕動作用可顯著促進反應器內(nèi)物料的傳熱過程，提高傳熱效率，使得相同條件下物料的升溫速率及降溫速率比未引入蠕動作用時的快，且系統(tǒng)因外界干擾引起溫度突變時的穩(wěn)定性增強;SIMR內(nèi)的淀粉水解程度要比在傳統(tǒng)攪拌釜式反應器內(nèi)高很多，即表明該新型軟式反應器相比于傳統(tǒng)的硬式反應器在處理高粘性物料時更有優(yōu)越性;此外，研究結果還表明SIMR利用其蠕動功能不僅可起到減少反應器內(nèi)污垢形