气液双喷式气升式环流反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种气液双喷式气升式环流反应器，包括发酵罐，特征是：在所述发酵罐中设置导流筒，导流筒的内部为液体上升区，导流筒与发酵罐之间为液体下降区，在液体上升区的下部安装环形分布管，分布管上设有多个喷孔；在所述发酵罐的底部安装1个或多个静态螺旋切割装置，静态螺旋切割装置上具有气液混合物出口、发酵液输入口和压缩空气输入口，压缩空气输入口与空气气源连接，气液混合物出口与分布管连接，发酵液输入口通过管道与发酵罐底部的出液循环口连接。本发明专利技术克服了气升式生物发酵系统气液混输送和气液耦合的难点，最大限度地发挥气升式环流反应器的生物处理能力，提高了处理效率，降低了能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气液双喷式气升式环流反应器，尤其是一种基于气液体微纳米切割细化技术的气液双喷式气升式环流反应器。
技术介绍
气升式环流反应器（airlifeloopreactor，简称ALR），是一种以气源作为动力、使液体混合与循环流动的反应器。是目前应用最广泛的生物反应设备。其工作原理是把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶解氧传质。这类反应器具有结构简单、能耗低、剪切应力小、混合好等优点。气升式环流反应器对于反应物之间的混合和传质都是相当有利的。气升式环流反应器是由鼓泡反应器改进而来的新型反应器，它综合了鼓泡床和搅拌釜的性能，与鼓泡床反应器相比，环流反应器具有液体定向流动的特点，在较低的表观气速之下即可以实现固体颗粒的完全悬浮，并且目前被应用于诸多领域诸如费托合成、一步法合成甲醇与二甲醚、汽油脱硫、重油氢化、生物废发酵液处理及发酵工程等。已工业应用的ALR有内循环式和外循环式两种类型，无论哪种类型的反应器都由4个基本部位组成：上升段、下降段、器底和气液分离器。每一部位的液体流动特性各有差异，基质传递、产物形成、热量交换情况在各处也不一样。这两类反应器相比，外循环气升式反应器可在降液区安装换热器以加强传热，便于上升段与下降段的测量和控制，还可在上升段与下降段之间安装一个节流阀，以控制进气率和液体循环速度。内循环气升式反应器则结构比较紧凑，导流筒可做成多段的以加强局部及总体循环，导流筒内还可安装筛板，使气体分布得以改善，并可适当地抑制液体循环速度。与其他反应器相比，ALR具有结构简单、剪切力低、供气效率高、有效界面接触面积较大、流化效果极佳、各相都有明确的停留时间以及热质传递速率高等优点。但通过研究和实际应用发现，它也存在以下一些缺点：初始化投资较大；需要非常大的空气吞吐量；相间混合接触较差；当循环的有机体和操作条件发生变化时，底物、营养物和氧含量不能保持一致；当出现泡沫时，气液分离的效果很差；混合与气液耦合问题，也即很难在不改变通气的条件下得到改善。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种气液双喷式气升式环流反应器，克服了气升式生物发酵系统气液混输送和气液耦合的难点，最大限度地发挥气升式环流反应器的生物处理能力，提高了处理效率，降低了能耗。按照本专利技术提供的技术方案，一种气液双喷式气升式环流反应器，包括发酵罐，特征是：在所述发酵罐中设置导流筒，导流筒的内部为液体上升区，导流筒与发酵罐之间为液体下降区，在液体上升区的下部安装环形分布管，分布管上设有多个喷孔；在所述发酵罐的底部安装1个或多个静态螺旋切割装置，静态螺旋切割装置上具有气液混合物出口、发酵液输入口和压缩空气输入口，压缩空气输入口与空气气源连接，气液混合物出口与分布管连接，发酵液输入口通过管道与发酵罐底部的出液循环口连接。进一步的，在所述静态螺旋切割装置的发酵液输入口和发酵罐的出液循环口之间设置发酵液泵。进一步的，所述静态螺旋切割装置包括切割管，切割管中心设置芯轴，芯轴的进液端设置导液锥；在所述芯轴上设置若干片依次螺旋叠加的切割片；在所述切割管的进液端连接加气头，在加气头中安装轴向中心加气装置，轴向中心加气装置包括安装在加气头上的管座，管座中设置导气管，导气管的外端连接进气管，在导气管的内端安装节流座，节流座中设置节流阀芯，节流座上设置加气孔。进一步的，所述切割片上具有三个或多个叶片。进一步的，所述切割片沿芯轴长度方向依次螺旋叠加形成由芯轴长度方向布置的三条或多条螺旋，并且相邻两个切割片的叶片按照螺旋线方程错开一定角度，在螺旋形的侧面形成阶梯状切割刃口。进一步的，所述螺旋叠加的切割片形成的螺旋形采用变螺距，进液端的螺距大于出液端的螺距，螺距由进液端向出液端逐渐减小。进一步的，所述切割片的厚度为0.08～5mm。进一步的，所述加气孔与加气头、切割管的轴线同轴。进一步的，在所述加气头和切割管之间安装有静态混合器。本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术通过无旋转动力机构的静态螺旋切割装置将空气大分子团切割为微纳米量级的小分子团物质，几乎在常温常压下将其溶于发酵液中，溶解氧含量高，溶氧率比传统气升式发酵法增加4-5倍、稳定性好；静态螺旋切割装置无动力旋转机构，设备成本低，易维护，可实现大规模工业生产和应用。（2）本专利技术所述静态螺旋切割装置可实现气液体微纳米化切割细化，气液体在切割腔XYZ三个方向均受到剪切力；流场边界为切割叶片螺旋形成的阶梯状切割刃，在一定的流动场和离心力的作用下，气液受到阶梯状切割刃的切割力，理论上可实现无限小尺度的切割。（3）本专利技术把空气通过静态离散化的螺旋切割装置，快速、高效地切割细化为微纳米量级的小气泡，大大提高氧气的溶解效率，发酵液中溶氧量可达传统发酵罐加气法的4-5倍，溶氧稳定性好。（4）本专利技术所述加气装置采用特殊设计的加气头、出气口，根据层流流体绕流圆柱体的流体力学理论分析可知，加气孔附近区域发酵液的流速接近于0，氧气可以顺利散逸到发酵液中，实现螺旋切割器四个切割腔均匀加气，这种加气法效率高，切割细化均匀。（5）本专利技术克服了传统气升式生物发酵系统气液混输送和气液耦合的难点，可实现1－10VVM的通气速率和气液混合输送。附图说明图1为本专利技术所述气液双喷式气升式环流反应器的结构示意图。图2为所述静态螺旋切割装置的结构示意图。图3为所述切割片的示意图。图4为所述静态螺旋切割装置的工作状态示意图。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作进一步说明。如图1～图4所示：所述气液双喷式气升式环流反应器包括发酵罐1、导流筒2、发酵液泵3、分布管4、静态螺旋切割装置5、喷孔6、加气头3-1、管座3-2、导气管3-3、密封圈3-4、密封块3-5、节流座3-6、节流阀芯3-7、加气孔3-8、法兰5-1、切割管5-2、芯轴5-3、导液锥5-4、切割片5-5、压块5-6、锁紧螺母5-7、叶片5-8等。如图1所示，本专利技术所述气液双喷式气升式环流反应器，包括发酵罐1，发酵罐1采用的材质为SUS316L，公称容积选用500L；在所述发酵罐1中设置导流筒2，导流筒2采用现有市售的钼制导流筒；所述导流筒2的内部为液体上升区，导流筒2与发酵罐1之间为液体下降区，在液体上升区的下部安装环形分布管4，分布管4上设有多个喷孔6。在所述发酵罐1的底部安装1个或多个静态螺旋切割装置5，静态螺旋切割装置5上具有气液混合物出口、发酵液输入口和压缩空气输入口，压缩空气输入口与空气气源连接，气液混合物出口与分布管4连接，发酵液输入口通过管道与发酵罐1底部的出液循环口连接；在所述静态螺旋切割装置5的发酵液输入口和发酵罐1的出液循环口之间设置发酵液泵3，发酵液泵3采用市售的卫生级不锈钢自吸泵。如图2所示，所述静态螺旋切割装置5包括切割管5-2，切割管5-2中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气液双喷式气升式环流反应器，包括发酵罐（1），其特征是：在所述发酵罐（1）中设置导流筒（2），导流筒（2）的内部为液体上升区，导流筒（2）与发酵罐（1）之间为液体下降区，在液体上升区的下部安装环形分布管（4），分布管（4）上设有多个喷孔（6）；在所述发酵罐（1）的底部安装1个或多个静态螺旋切割装置（5），静态螺旋切割装置（5）上具有气液混合物出口、发酵液输入口和压缩空气输入口，压缩空气输入口与空气气源连接，气液混合物出口与分布管（4）连接，发酵液输入口通过管道与发酵罐（1）底部的出液循环口连接。

【技术特征摘要】
1.一种气液双喷式气升式环流反应器，包括发酵罐（1），其特征是：在所述发酵罐（1）中设置导流筒（2），导流筒（2）的内部为液体上升区，导流筒（2）与发酵罐（1）之间为液体下降区，在液体上升区的下部安装环形分布管（4），分布管（4）上设有多个喷孔（6）；在所述发酵罐（1）的底部安装1个或多个静态螺旋切割装置（5），静态螺旋切割装置（5）上具有气液混合物出口、发酵液输入口和压缩空气输入口，压缩空气输入口与空气气源连接，气液混合物出口与分布管（4）连接，发酵液输入口通过管道与发酵罐（1）底部的出液循环口连接。
2.如权利要求1所述的气液双喷式气升式环流反应器，其特征是：在所述静态螺旋切割装置（5）的发酵液输入口和发酵罐（1）的出液循环口之间设置发酵液泵（3）。
3.如权利要求1所述的气液双喷式气升式环流反应器，其特征是：所述静态螺旋切割装置（5）包括切割管（5-2），切割管（5-2）中心设置芯轴（5-3），芯轴（5-3）的进液端设置导液锥（5-4）；在所述芯轴（5-3）上设置若干片依次螺旋叠加的切割片（5-5）；在所述切割管（5-2）的进液端连接加气头（3-1），在加气头（3-1）中安装轴向中心加气装置，轴向中心加气装置包括安装在加气头（3-1）上的管座（3-2），管座（3-2）中设置导气管（3-3），导气管...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋建忠，杨传芳，程坤，落克雨，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32