多管外環流反應器的製作方法
2023-05-27 20:16:56 1
專利名稱：多管外環流反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於化工設備領域，涉及一種反應器，更具體地說涉及一種多管外環流反應器。
背景技術：
傳統的培養好氧微生物或者進行其他多相反應的設備是已經標準化的機械攪拌式通風反應器(簡稱「標準罐」)，它廣泛應用於食品、醫藥、環保等領域。但「標準罐」用於高粘度產品的通風發酵時，物料在遠離攪拌槳的近壁區常出現滯流邊界層，特別是在擋板後面會形成靜止區或滯流區，氣體通過罐中心形成倒漏鬥形通道逃逸而不能均勻地和液體混合，影響反應器中的宏觀混合效果；「標準罐」用於含油量高的生化反應體系，例如石油微生物發酵，由於反應液含油量高、氧在油中溶解性差等因素的影響，反應器中油水乳化狀態和溶氧水平成為限制微生物培養的關鍵條件；「標準罐」也不能滿足高密度微生物培養對傳質、混合、傳熱，特別是對溶氧濃度的要求。綜上所述，傳統的機械攪拌式通風反應器不適用於高粘度、高含油、高密度微生物培養等混合傳質困難的多相生化反應體系，使這些反應體系效率低、能耗高、產品收率低。此外，由於「標準罐」攪拌器受電機功率、軸的材料、加工能力等方面的限制，其尺寸大小和攪拌能力有限，限制了反應器的擴大；同時由於圓柱形容器中的液相物料會發生整體轉動，導致體系混合不勻，需要在容器內壁上安裝擋板才能防止這種液流的整體轉動，而液流與擋板的撞擊作用會消耗大量動能，另外擋板也會造成死角而帶來其它問題，不僅增加設備的投資、能耗、維護費用，也使生產效率降低。
發明內容
本實用新型解決了上述現有技術中存在的問題和不足，提供一種混合、傳質、傳熱能力高，同時結構簡單、應用成本低的多管外環流反應器。
本實用新型的技術方案實現如下本實用新型的多管外環流反應器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其反應器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應器主體容器上裝有多根外環流管，外環流管上裝有流體混合驅動裝置，外環流管均勻分布於主體容器外側。
所述的多邊柱體為橫截面形狀為帶圓角的正n邊形，其中3≤n≤10；反應器主體容器裝有m根外環流管，外環流管與主體容器法向、切向或者介於兩者之間的其他角度相聯通，其中3≤m≤20；每根外環流管上安裝有p個流體混合驅動裝置，其中1≤p≤3。
所述的流體混合驅動裝置為液流式、氣流式的一種或其組合，氣流式流體混合驅動裝置為氣體噴射器，最好為單頭噴嘴、多頭噴嘴或氣帶液式文丘裡管；液流式流體混合驅動裝置為泵，最好為螺杆泵或離心泵。
本實用新型的有益效果是本實用新型的多管外環流反應器，通過靈活裝配多根外環流管和流體混合驅動裝置，使反應器內混合、傳質、傳熱能力成倍增強，宏觀混合效果明顯優於傳統的機械攪拌式通風發酵罐；通過改變外環流管的根數，改變驅動流體混合傳質的方式和/或增減流體混合驅動裝置的數量來改變整體循環周期，改變混合、傳質、傳熱的強度，以滿足不同生化反應體系的要求，不僅適用於一般的生化反應和微生物培養，還特別適用於高粘度、高含油、高密度微生物培養等混合傳質困難的多相生化反應體系，可以提高反應速率和產品收率，節約能耗；同時反應器中不設攪拌槳和擋板，內部結構簡單，死角少，反應器易於放大，便於大規模工業化生產，能廣泛應用於生物工程、製藥工程、食品工程及環保工程中的多相生化反應體系，會使這些領域的生產工藝帶來變革。
圖1為主體容器為圓柱體帶三根外環流管反應器的結構示意圖圖2為主體容器為圓柱體帶三根外環流管反應器的俯視結構示意圖圖3為一種氣流式混合驅動裝置——多頭噴嘴結構示意圖圖4為圖3中I處噴嘴局部結構放大示意圖圖5、為主體容器為橫截面是帶圓角的正六邊形的柱體並帶六根外環流管反應器的結構示意圖圖6為主體容器為橫截面是帶圓角的正六邊形的柱體並帶六根外環流管反應器的俯視結構示意圖圖中1為流體混合驅動裝置，2為外環流管與主體容器底部法向聯結部分，3為主體容器，4為外環流管，5為外環流管與主體容器上部切向聯結部分具體實施方式
實施例1如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種多管外環流反應器，主體容器為圓柱體，高度15m，直徑為1500mm；配備三根外環流管，高度為12m，直徑為350mm；外環流管下部與主體容器法向相聯通，上部與主體容器切向相聯通；流體混合驅動裝置採用氣流式多頭噴嘴，每根外環流管底部安裝一件多頭噴嘴，由壓縮空氣驅動氣液固三相之間的混合與傳質；如圖1、圖2所示，空心箭頭表示氣相在反應器及外環流管中可能的流動方向及軌跡，實心箭頭表示液相在反應器及外環流管中流動方向及軌跡。
以上結構的生化反應器用於高粘度微生物培養，能利用流體流變特性，強化氣相與液固之間的混合傳質，特別是氧的傳遞，克服高粘度體系的混合傳質困難，反應器中的宏觀混合效果好，能顯著縮短培養周期，提高產品得率。用這種反應器進行一種微生物胞外多糖——黃原膠發酵，發酵周期縮短到60小時左右，發酵終了發酵液表觀粘度達到10000釐泊以上(NDJ-1型旋轉粘度計，3號轉子)，黃原膠濃度達到35g/L左右。
實施例2如圖5、圖6所示，一種多管外環流反應器，反應主體容器橫截面形狀為帶圓角的正6邊形的柱體，正6邊形外接圓直徑為5m，柱體高度為14m，圓角半徑為300mm；採用6根外環流管，高度為12.5m，直徑為325mm；外環流管下部與正6面柱體的各個面對稱正交(即與正6邊形的外接圓法向相聯)，上部與主體容器上部切向相聯；流體混合驅動裝置採用單頭噴嘴與單螺杆泵相結合，每根外環流管底部與主體容器相聯的水平部位安裝一臺單螺杆泵，在單螺杆泵出口正上方安裝一件單頭噴嘴，加入氣相；由低壓風機鼓入的空氣和螺杆泵推動的液流驅動氣液固三相之間的混合與傳質。如圖5、圖6所示，空心箭頭表示氣相在反應器及外環流管中可能的流動方向及軌跡，實心箭頭表示液相在反應器及外環流管中流動方向及軌跡。單頭噴嘴也可改為液帶氣式文丘裡管，使反應器具備一定的自吸氣能力，進一步降能耗。
用這種反應器進行含油量高傳質困難的石油產品發酵，如微生物脫除油品中的石蠟，它的結構使得油和水周期性流過幾個高剪切區，與引入的空氣混和，強化混合和傳質，發酵液快速整體循環，油、水和空氣充分混和，水乳交融。使微生物脫蠟效率大大提高，生產周期比傳統反應器縮短2～3倍，節能30％以上，該反應器便於放大，可解決特大型生化反應器中的混合傳質問題，適用於大規模工業生產。
權利要求1.一種多管外環流反應器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其特徵在於反應器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應器主體容器上裝有多根外環流管，外環流管上裝有流體混合驅動裝置，外環流管均勻分布於主體容器外側。
2.根據權利要求1所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的多邊柱體為橫截面形狀為帶圓角的正n邊形，其中3≤n≤10；反應器主體容器裝有m根外環流管，外環流管與主體容器法向、切向或者介於兩者之間的其他角度相聯通，其中3≤m≤20。
3.根據權利要求1所述的多管外環流反應器，其特徵在於每根外環流管上安裝有p個流體混合驅動裝置，其中1≤p≤3。
4.根據權利要求1或3所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的流體混合驅動裝置為液流式、氣流式的一種或其組合。
5.根據權利要求4所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的氣流式流體混合驅動裝置為氣體噴射器。
6.根據權利要求5所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的氣體噴射器為單頭噴嘴、多頭噴嘴或氣帶液式文丘裡管。
7.根據權利要求4所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的液流式流體混合驅動裝置為泵。
8.根據權利要求7所述的多管外環流反應器，其特徵在於所述的泵為螺杆泵或離心泵。
9.根據權利要求1、2或3所述的多管外環流反應器，其特徵在於反應器主體容器為圓柱體，安裝3根外環流管，外環流管下部與主體容器下部法向相聯通，外環流管上部與主體容器上部切向相聯通，每根外環流管的底部安裝一個流體混合驅動裝置，流體混合驅動裝置為多頭噴嘴。
10.根據權利要求1、2或3所述的多管外環流反應器，其特徵在於反應器主體容器的橫截面為帶圓角的正6邊形柱體，安裝6根外環流管，外環流管下部與主體容器法向相聯通，外環流管上部與主體容器切向相聯通，每根外環流管的底部安裝一個流體混合驅動裝置，流體混合驅動裝置為一件單頭噴嘴與一臺單螺杆泵相結合，單螺杆泵安裝在每根外環流管底部與主體容器相聯的水平部位，單頭噴嘴安裝在單螺杆泵出口正上方。
專利摘要本實用新型屬於化工設備領域，涉及一種多管外環流反應器，解決了現有技術中存在的問題和不足，提供了一種混合、傳質、傳熱能力高，同時結構簡單、應用成本低的多管外環流反應器；本實用新型的多管外環流反應器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其反應器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應器主體容器上裝有多根外環流管，外環流管上裝有流體混合驅動裝置，外環流管均勻分布於主體容器外側。
文檔編號C12M1/00GK2813623SQ2005200705
公開日2006年9月6日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者洪厚勝, 張繼民, 張慶文, 王鴻祺, 歐陽平凱 申請人:洪厚勝