具有防堵塞布氣能力的環流反應器的製作方法

2024-01-29 19:14:15

專利名稱：具有防堵塞布氣能力的環流反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及環流反應器，它具有設置在環流反應器內腔中且用於循環 反應物的導流裝置，導流裝置具有至少一個中心供氣機構，在中心供氣機 構上裝^L有多個布氣機構，用於使氣體進入導流裝置。
背景技術：
環流反應器常被用於過程工程。此時，流體或可流動物質在反應器中 在反應物循環流動的情況下被處理。反應物在反應器內腔中通過中心導流 裝置如豎立的導管例如從下往上被引導並且在導管外向下繼續流動。為了 在導管中引入上升流，氣體在導管的下部區域被輸入。反應物因而能以環 流形式在反應器中^皮循環。
這種帶有內循環的環流反應器通常被用作全混型懸浮物厭氧反應器， 尤其用於從含生物可降解物的懸浮物中，如從生物垃圾或再生原材料中，
獲得生物氣體。此方法例如還在瑞士專利CH316767或德國專利申請公開 號DE19725823A1中加以描述了 。在這裡，生物氣體潛於液面下祐_吹入中 心導管。由於導管中的混合物密度相對外界液面是減小的，所以在液體中 產生壓差，此壓差導致導管中的上升流。吹入的生物氣體應在導管橫截面 內獲得儘量均勻 一致的微小氣泡分布，以保證有效地形成混合物。
當導管比較細時，通常會在外面加裝一條輸氣環路，氣體在導管周圍 在內側經過孔從輸氣環路流出。此工作原理不適用於較粗的導管，因為無 法實現在橫截面範圍內的布氣。在反應器底部上的位於導管入口下方的中 心噴嘴同樣不適用於大型發酵反應器，因為當在比液面下約14米更深的 深處噴入氣體時，大型發酵反應器因靜壓的緣故而不再對驅動壓差帶來顯 著貢獻。可是，在相應深度輸入氣體所需要的壓縮機功率是必須要付出的。
基於這些原因，在大型反應器中經常採用從反應器頂部潛沒的噴管， 該噴管優選在液面下7米到12米的深處輸入生物氣體。此時，現有技術 中存在具有以下優缺點的兩個可選方案
一個可選方案擬使用中心供氣管，其底部裝設有3根到7根且最好是 5根比較細的布氣管。這些布氣管保證氣體在導管內^^姿所期望的出氣圓圈
流出，因而應該有助於混合物的有效形成。此系統的優點是可採用大口徑 的供氣管，該供氣管可被構造成通過潛沒較深來防止彎曲和震動。但在實 踐中，側伸出的細的布氣管是不利的，從中期來看，這樣的布氣管對高濃 度懸浮物如爛汙泥而言會被粘著物和附著結殼堵塞。氣體由此以非對稱方 式從仍敞口的管中排出，這導致液力系統易受損。
在另一個可選方案中，單獨在一個圓圈上採用許多朝下延伸的單噴 管。這提供更好的清潔可能性，因為它們從反應器頂部到出氣口地在整個 長度範圍內被清潔。但此方案的問題是，較細的單管相對於工作中的動態 應力和由漂浮覆層所產生的剪切力而言無法提供足夠高的機械強度。

發明內容
因此，本發明的任務是在環流反應器中如此設計供氣機構和布氣機 構，即一方面保證抗縱彎強度和彎曲強度，另一方面，在不容易出現堵塞 的同時，保證有效布氣。
按照本發明，如此完成該任務，布氣機構以朝下開口的導氣件的形式 構成，所述導氣件布置在中心供氣機構的出氣口的上方。
迄今為止的構造的出發點在於，氣體通過管道被一直送往排氣點。然 而，本發明提出這樣一種構造，它具有至少一個中心供氣機構，中心供氣 機構例如可以由堅固的中心管構成，該中心管在環流反應器內 一直到達所 期望的通氣深度地伸至液面下方。與現有技術不同，氣體在導流裝置中按 所期望的出氣圓圏從中心供氣機構散布流出不是通過布氣管來實現，而是 通過不會被堵塞的、下開口的導氣件來實現。該導氣件最好以朝下開口且 彎成半圓形的金屬薄板的形式構成。中心供氣機構適當地呈豎直供氣管的 形式，它一直伸到環流反應器內的液面的下方。導氣件最好外裝在中心供 氣管上。例如，如果供氣管由金屬製成且導氣件以彎成半圓形的金屬薄板
的形式製成，則導氣件可被焊接在供氣管上。根據應用場合的不同，3個 至7個且一般是5個導氣件在出氣口高度上散布在管周圍地被安裝在供氣 管上。供氣管中的出氣口因而實現了氣體穿流到導氣件下方。這些導氣件 優選相對水平方向以介於5度到45度之間的角度向上傾斜，在這裡，介 於IO度到20度之間的傾斜角度是特別有利的。通過浮力，氣體在優選呈 隆凸形的導氣件的下方一直流到外邊沿，氣體在外邊沿處以連串氣泡的形
式中斷。這些導氣件具有側導向面是合適的，所述側導向面在中心供氣機 構的出氣口區域裡被向下拉長，由此避免氣體在氣體湍旋穿流區內在導氣 件下方側向流出。因而，氣體能可靠地順著導氣件的導流輪廓流動。
在大範圍的反應器循環流動開始後，導流裝置中的流體升流速度與過
程相關地介於0.5米/秒到約1.4米/秒之間，此流體升流速度促進導氣件下 方的氣體流動，並且在輪廓斷流邊緣上的剪切應力使所期望的10毫米到 約30毫米的小直徑氣泡範圍的形成變得穩定。與此同時，沿導氣件的液 體_氣體流動產生自清潔作用，藉此洗去導氣件的附著結殼和粘著物。
本發明裝置的主要優點尤其在於通氣系統的堅固耐用性和防堵塞能 力，這尤其在處理富含固體的懸浮物時允許經濟的長期運行。可以呈堅固 的中心管形式的中心供氣機構與安置在中心供氣機構上的下開口狀導氣 件的連同使用得到了 一種抗縱彎強度和彎曲強度都高的通氣系統。中心供 氣機構可以通過簡單方式例如通過伸入管刷或高壓清潔頭被清潔。下開口 的導氣件不會被堵塞，從而可以總體降低通氣系統的維護成本。
本發明適用於所有可想到的、其中的反應物通過導流裝置被循環的環 流反應器，上述導流裝置接受氣體以形成驅動氣流。本發明可以特別有利 地被用於生物氣體反應器，其用於處理含生物可降解物的懸浮物，在這種 反應器內，生物垃圾或再生原材料等被發酵。尤其當在生物氣體反應器中 處理再生原材料時，由於待處理的懸浮物富含固體，所以供氣系統被堵塞 的風險更高。此時，本發明顯示出重大的優勢。


以下，結合附閨示意所示的實施例來詳細說明本發明，其中 圖l是表示用於環流反應器的供氣系統的橫截面圖； 圖2是表示導氣件的局部的視圖。
具體實施例方式
圖l表示環流反應器的局部，此環流反應器例如可以被用作用於處理 生物垃圾或再生原材料的全混型懸浮物厭氧反應器。在環流反應器的局部 圖中示出了呈導管形狀的導流裝置7,用於在環流反應器內形成內部環流。 在導管7中設有中心供氣管1，用於將氣體通入導管7。供氣管1以噴管 形式從上方穿過反應器8。在位於環流反應器內的液面的下方，供氣管1
具有孔狀的出氣口 3。在此區域內，在供氣管1上焊接有多個導氣件2， 這些導氣件以朝下開口且彎成半圓形的金屬薄板的形式製成。通過這些導 氣件2，實現了氣體在導管7中按所期望的出氣圓圏9從中心供氣管1散 布流出。在此情況下，中心供氣管l上的出氣口 3實現了氣體流至導氣件 2的下方，這些導氣件以介於IO度到20度之間的角度向上指。氣體通過 浮力在隆凸狀導氣件的下方一直流到導氣件的外邊沿，氣體在外邊沿處以 連串氣泡的形式中斷。此時，沿著導氣件2的液體-氣體流動會產生自清 潔作用，藉此洗去導氣件上的附著結殼和粘著物。中心供氣管l以及在導 氣件2下方的出氣口 3區域在工作中容易清潔。為此，下開口的中心供氣 管1在出氣口 3的下方延長100毫米至300毫米，作為導向^R4。中心供 氣管1以眾所周知的方式以無孔法蘭盤5結束於反應器8的上方，在無孔 法蘭盤5的下面，氣體供應管道6從側面^皮4妄入供氣管1中。在清潔作業 的情況下，此管道可以通過閥門與氣體系統隔斷開。然後，經因取掉無孔 法蘭盤5而露出的入口探入清潔工具，如管刷或高壓清潔頭， 一直下探到 出氣口 3區域。通過這種方式，可以採用機械方式/液壓方式可靠除去堵塞。 在清潔過程中，不會發生大量氣體從供氣管1逸出，因為氣體在下部區域 內通過環流反應器的液面被可靠封閉。中心供氣管l上的下開口的導向段 4防止了清潔工具在出氣口 3高度進行清潔作業時掛住。清掃下來的固體 不會堆積在供氣管l中，而是通過下開口沉入反應液中。在這裡，在工作 狀態下不會出現氣體的排出，因為靜液柱迫4吏通入的氣體從高位的出氣口 3流到導氣件2的下方。
圖2涉及導氣件的局部視圖。在這裡，導氣件是彎成隆凸形狀的朝下 開口的金屬薄板。在出氣口區域內，導氣件的側導向面10被向下拉長。 這樣一來，避免氣體在氣體湍旋穿流區內在導氣件2的下面經出氣口 3側 向流出。因此，氣體可靠地順著導氣件2的導流輪廓流動。
權利要求
1.一種環流反應器，具有設置於所述環流反應器的內腔中且用於循環反應物的導流裝置(7)，所述導流裝置(7)具有至少一個中心供氣機構(1)，所述中心供氣機構上裝設有多個布氣機構(2)，用於使氣體進入所述導流裝置(7)，其特徵在於，所述布氣機構(2)以朝下開口的導氣件的形式構成，所述導氣件布置在所述中心供氣機構(1)的出氣口(3)的上方。
2. 根據權利要求1所述的環流反應器，其特徵在於，所述導氣件(2) 以朝下開口且彎成半圓形的金屬薄板的形式構成。
3. 根據權利要求l或2所述的環流反應器，其特徵在於，所述中心供 氣機構(l)以 一直延伸到所述環流反應器內的液面的下方的豎直的供氣管 的形式構成。
4. 根據權利要求3所述的環流反應器，其特徵在於，所述導氣件(2) 外裝在所述供氣管(l)上。
5. 根據權利要求4所述的環流反應器，其特徵在於，3至7個導氣 件(2)在所述出氣口(3)的高度分散於管周圍地安裝在所述供氣管(1)上。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的環流反應器，其特徵在於，所
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的環流反應器，其特徵在於，所 述導氣件(2)具有側導向面(10),所述側導向面(IO)在所述中心供氣機構(I) 的出氣口 (3)的區域內被向下拉長。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的環流反應器，其特徵在於，所 述環流反應器以用於處理含生物可降解物的懸浮物尤其是生物垃圾或再 生原材料的生物氣體反應器的形式構成。
全文摘要
本發明提供環流反應器，它具有設置在環流反應器內腔中的用於循環反應物的導流裝置(7)。導流裝置(7)具有至少一個中心供氣機構(1)，中心供氣機構上裝設有多個布氣機構(2)，用於使氣體進入導流裝置(7)。這種環流反應器例如被用作用於處理生物垃圾或再生原材料的生物氣體反應器。布氣機構(2)以朝下開口的導氣件的形式構成，所述導氣件布置在所述中心供氣機構(1)的出氣口(3)的上方。
文檔編號B01J4/00GK101360551SQ200680051245
公開日2009年2月4日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年12月5日
發明者G·蘭漢斯, T·邁耶 申請人:林德-Kca-德勒斯登有限公司