本实用新型专利技术公开了一种反应器装置，属于生物工程、化学工程和环境工程领域。本实用新型专利技术的一种反应器装置的搅拌系统的主体是由多组径向流搅拌器和多组轴向流搅拌器组合构成。罐内传热装置兼具导流功能，通过其合理布置，结合圆锥台侧面多孔筛板的导流作用和径向流搅拌器的多次气液分散作用，使反应器内的传热装置与搅拌系统产生的流场相互贯通，传质过程和传热过程有机融合。在反应容器内多点布置空气分布器，既促进气液分散，又进一步强化反应流场的循环流动和混合。本实用新型专利技术克服大规模气液和气液固反应器装置中的高强度气液分散和热量移除难以同时满足的问题，能够在大规模气液和气液固反应器中实现高效传质和传热过程。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种反应器装置，属于生物工程、化学工程和环境工程领域。
技术介绍
气液两相分散和混合广泛应用于通风发酵、氧化反应、氢化反应、生物曝气等过程单元。目前能实现气液和气液固反应的装置主要有：鼓泡塔、气升式反应器、搅拌釜反应器和曝气池等。在通风发酵过程和生物转化过程中，通风搅拌釜反应器的应用极为普遍。无论是气液两相参与的化学反应还是好氧生物反应，气液分散过程往往伴随着传热过程，在小规模反应器装置中，传热过程往往不会成为技术瓶颈，工程师更多地关注气液分散效率。但在大规模发酵过程中，随着反应器体积的增大，单位体积所能安装的传热面积趋小，往往会使反应热(代谢热)的有效移除成为反应器放大的技术瓶颈。在高细胞密度通风发酵过程中，细胞代谢产生的放热强度可达到30kW/m3发酵液；单位体积所需的传热面积甚至达到3.0m2/m3发酵液，这种高强度传热需求在常规的大规模通风发酵罐中很难得到满足。常见的罐外传热装置有：普通整体式夹套、带螺旋导流带的整体式夹套、半圆管夹套、蜂窝式夹套、通道式夹套等。常见的罐内传热装置有：竖式盘管、大螺旋盘管、弹簧式盘管等。具体地讲，在小规模(<10m3)和中等规模(10～100m3)的通风生物反应器中，为满足反应过程中的高效传热需求，一般同时在罐外设置夹套和罐内设置盘管。以典型的中等规模通风发酵罐为例，单位体积的传热面积在1.2～2.0m2/m3发酵液范围之间，在大规模(＞100m3)通风发酵罐中，单位体积的传热面积不易超过2.0m2/m3发酵液。随着反应器体积的增大，罐外可安装的夹套面积非常有限，因此越来越依赖在罐内安装更多的盘管，导致盘管之间的间隙趋小，进而影响流体在罐内的流动速率、混合、传质和传热效率。虽然竖式盘管兼具有档板的功能，适当的盘管数量和密度有利于罐内的传质和传热过程，但随着反应器体积的增大，盘管装置越来越向罐中心区域延伸，搅拌桨与盘管的间距趋小，过宽的档板功能反而会不利于搅拌器分散和混合功能的发挥；盘管之间的间隙趋小，甚至会小于30～50mm，这将严重影响罐内传质和传热的效果和均匀性。由于大螺旋盘管和弹簧式盘管中的冷却水可以完全排尽，因此在发酵罐的灭菌过程中可以节省蒸汽消耗，但当反应器体积增大后，盘管之间的螺距趋小，盘管之间的间隙甚至小于30～50mm，这将导致在反应器内形成的不同分区：罐中心的充分湍流区、弹簧式盘管围成的内部滞流区、大螺旋盘管与器壁间的滞流区等，在滞流区内的传质和传热效率低下，反应器内的整体流场呈高度不均匀性。由于大规模气液和气液固反应器装置体积庞大，整体设备往往无法运输，一般需将反应器的各部件分别进行制造和运输，然后在业主所在地进行现场加工和组装。由于搅拌问题的复杂性，搅拌系统制造与反应容器(包括传热装置)制造往往是由不同的制造商来完成，因此很容易造成对传质和传热的不同理解，导致反应器传质和传热过程效率不能兼顾。目前大规模气液和气液固反应器的设计和制造技术仍主要依赖于各生产企业的经验，沿用中等规模反应器的设计和制造理念，对大规模反应器中出现的新问题认识不足，缺乏有效的解决方法和措施。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术从反应器的整体结构考虑，巧妙布置传热装置、通风管和导流元件在反应器内的空间位置，以及不同功能搅拌桨的空间组合，使传热装置与搅拌系统产生的流场贯通融合起来，提供一种针对大规模气液和气液固反应器中高效传质和传热的解决方案和设备装置。本技术采用反应器装置的部件组成与普通反应器基本相同，但有效优化了其空间结构和组合方式，使气液分散、传热和混合效率显著提高，具有较低的功率消耗，起到提高反应性能和节约能耗的效果。本技术提供了一种反应器装置，是适合高效传质、传热的大规模气液和气液固的反应器装置，也可应用于中等规模的气液和气液固反应器装置中。所述反应器装置主要包括反应容器、搅拌系统、传热装置、导流装置、空气分布器；所述搅拌系统的主体由多组径向流搅拌器和多组轴向流搅拌器组合构成，其中所述径向流搅拌器包括底层搅拌器、1～3个中部径向流搅拌器；安装于反应容器内部的传热装置由多组圆筒状传热元件同轴排列组成；所述空气分布器包括在反应容器内不同空间位置布置的多组通气管和圆锥台侧面多孔筛板；所述圆锥台侧面多孔筛板设置于反应容器的筒体中部，有1～3个；所述圆锥台侧面多孔筛板的下端面直径与反应容器直径相等，上端面直径在0.5～1.0D之间；其中D为反应容器内部圆筒状传热元件的直径。在一种实施方式中，所述安装于反应容器内部的传热装置由圆筒状传热元件同轴排列组成。在一种实施方式中，所述圆筒状传热元件可以是紧密排列的大螺旋盘管，也可以是内置的蜂窝式夹套或通道式夹套。在一种实施方式中，所述的圆筒状传热元件直径(D)与反应容器内径(T)之比在0.5～0.9之间。在一种实施方式中，所述的大螺旋盘管的管径在30～125mm之间，组内盘管间隙在0～50mm之间。在一种实施方式中，所述搅拌系统的中部径向流搅拌器与圆锥台侧面多孔筛板一一匹配，设置1～3对，中部径向流搅拌器设置在对应圆锥台侧面多孔筛板正上方。在一种实施方式中，所述的中部径向流搅拌器，其直径(dM)与反应容器内径(T)之比在0.15～0.5之间。在一种实施方式中，所述搅拌系统中的径向流搅拌器可以是Rushton搅拌器、箭叶圆盘搅拌器、CD-6搅拌器、BT-6搅拌器或其它径向流搅拌器，可以是多组相同的搅拌器组合，也可以是多组不同搅拌器组合。在一种实施方式中，所述搅拌系统中的轴向流搅拌器可以是四斜叶开式搅拌器、螺旋桨、三宽叶旋桨式搅拌器、四宽叶旋桨式搅拌器、三窄叶旋桨式搅拌器、四窄叶旋桨式搅拌器和其它类似的轴向流搅拌器，可以是多组相同的搅拌器组合，也可以是多组不同搅拌器组合。在一种实施方式中，所述径向流搅拌器的组数为1～3之间，轴向流搅拌器的组数为3～8组之间。在一种实施方式中，搅拌器直径(d)与反应容器内径(T)之比在0.2～0.5之间。在一种实施方式中，搅拌器直径(d)与圆筒状传热元件直径(D)之比在0.3～0.6之间。在一种实施方式中，不同搅拌器直径可以是相同的，也可以是不同的。在一种实施方式中，相邻搅拌器间距(M)与搅拌器直径(d)之比在1.5～3之间。在一种实施方式中，搅拌系统的搅拌可以是定速搅拌，也可以是无级调速搅拌，搅拌转速可根据反应体系的耗氧速率而定，也可以根据反应体系的溶氧值反馈控制和调节。在一种实施方式中，所述反应器装置中，搅拌器的类型、空间位置、直径与圆筒状传热元件的安装位置、圆筒状传热元件直径、组间间距相互配合，底层搅拌器和中部圆锥台侧面多孔筛板附近的搅拌器多为径向流搅拌器，其它搅拌器多为轴向流搅拌器。圆筒状传热元件的组间距是控制流体导向的重要参数，在反应器下半部分，组间距(CB)宜小，其间距在0～100mm之间，起到增加传热面积，同时起到局部隔离鼓泡区和搅拌区的功能，但在靠近中部圆锥台侧面多孔筛板的圆锥台时，中部圆筒状传热元件间距CM需足够大，为0.4～1.6dM，才能将流体导向至中部的径向流搅拌器下方，促进气液流产生二次分散作用。在中部径向流搅拌器的上方，可以设置多层轴向流搅拌器，可以是上翻式的，也可以是下压式的，也可以自下而上设置下压式和上翻式搅拌器。若本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种反应器装置，其特征在于，所述反应器装置主要包括反应容器、搅拌系统、传热装置、导流装置、空气分布器；所述搅拌系统的主体由多组径向流搅拌器和多组轴向流搅拌器组合构成，其中所述径向流搅拌器包括底层搅拌器、1～3个中部径向流搅拌器；安装于反应容器内部的传热装置由多组圆筒状传热元件同轴排列组成；所述空气分布器包括在反应容器内不同空间位置布置的多组通气管和圆锥台侧面多孔筛板；所述圆锥台侧面多孔筛板设置于反应容器的筒体中部，有1～3个；所述圆锥台侧面多孔筛板的下端面直径与反应容器直径相等，上端面直径在0.5～1.0D之间；其中D为反应容器内部圆筒状传热元件的直径。
【技术特征摘要】
1.一种反应器装置，其特征在于，所述反应器装置主要包括反应容器、搅拌系统、传热装置、导流装置、空气分布器；所述搅拌系统的主体由多组径向流搅拌器和多组轴向流搅拌器组合构成，其中所述径向流搅拌器包括底层搅拌器、1～3个中部径向流搅拌器；安装于反应容器内部的传热装置由多组圆筒状传热元件同轴排列组成；所述空气分布器包括在反应容器内不同空间位置布置的多组通气管和圆锥台侧面多孔筛板；所述圆锥台侧面多孔筛板设置于反应容器的筒体中部，有1～3个；所述圆锥台侧面多孔筛板的下端面直径与反应容器直径相等，上端面直径在0.5～1.0D之间；其中D为反应容器内部圆筒状传热元件的直径。2.根据权利要求1所述的一种反应器装置，其特征在于，所述搅拌系统的中部径向流搅拌器与圆锥台侧面多孔筛板一一匹配，中部径向流搅拌器在对应圆锥台侧面多孔筛板的正上方。3.根据权利要求1所述的一种反应器装置，其特征在于，所述圆锥台的底角在20～60°之间，孔隙率在15～40％之间，孔径在5～30mm之间。4.根据权利要求1所述的一种反应器装置，其特征在于，所述圆锥台侧面多孔筛板的圆锥平台上端面与其上相邻圆筒状传热元件下端面之间的垂直距离在0.2～0.8dM之间；其中dM为中部径向流搅拌器的直径。5.根据权利要求1所述的一种反...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑志永，王子凡，詹晓北，高敏杰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。