Abstract
本研究在探討氣-液-固同心圓管氣舉式反應器中整體及個別區域之氣體滯留量、液體流速、液體的混合及氣-液間質量傳送現象。60 升反應器外管之內徑和高度分別為18公分及250公分，內管之內徑為12公分，以使反應器中上升區域與下降區域之截面積相等。研究中使用之內管可拆卸組合成所需的高度，實驗所使用之氣體為空氣，液體為水，固體為聚苯乙烯及褐藻膠顆粒。上升區域及下降區域的氣體滯留量之變化，可由U型管壓力計所測得之壓力差而得。利用注入追蹤劑的方法，由pH 計測得在個別區域內追蹤劑濃度變化的情形，應用Time domain 方法分析濃度的變化情形可估算反應器中個別區域的Bo值。利用'氣出'之動態技術及Time domain分析方法可求得氣-液間之質量傳送。對於反應器中之水動力學方面，我們推廣兩相Drift-flux模式至三相系統中，推導出三相反應器中流動狀態預測模式。最後我們以固定化Penicillin acylase當成實際反應例子，比較在氣舉式反應器及攪拌槽反應器中之反應情況。由實驗結果得知 : (A).氣體滯留量與液體循環流速起始液體高度對氣體滯留量與液體流速之影響可忽略；而內管長度增加，則液體流速增加；除了疏水性之聚苯乙烯系統外，當固體負荷量增加，則氣體滯留量與液體循環流速減小，所提之數學模式可正確地預測氣體滯留量與液體循環流速。 (B).液體混合現象在氣舉式反應器中氣-液分離區之混合現象最佳；整體之D值隨內管長度及通氣量之增加而增加；三相系統之整體Bo值大於兩相系統；聚苯乙烯固體負荷量並不影響上升區域中之Bo值，而整體及下降區域之Bo值開始時隨固體負荷量之增加而增加，至一極大值後，再增加固體負荷量則Bo值降低；對D值作經驗式，結果與實驗值誤差在20%之內。 (C).氣-液間質量傳送係數在氣舉式反應器中上升區域為氣-液間質量傳送較佳之區域，氣體滯留量隨溶液溫度之升高而降低；固體粒徑增加則整體質量傳送係數有減小的趨勢；整體及個別區域之質量傳送係數隨固體負荷量的增加而減小。 (D).反應性比較比較在氣舉式反應器及攪拌槽反應器中固定化酵素反應能力得到氣舉式反應器有下列優點:(1)較佳之酵素穩定性(2)較低的能量消耗(3)較低之剪應力以避免酵素損害。