一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器，包括反应罐体，反应罐体中设置有导流筒和气体分布器，气体分布器设置在导流筒的上升段的下方，导流筒的上升段内还安装有螺旋多孔筛板，螺旋多孔筛板的板体呈螺旋上升状，以对上升段内的部分两/三相流进行导流，螺旋多孔筛板的板体开设有若干筛孔，以对上升段内的其余两/三相流进行导流和破碎气泡。本发明专利技术兼顾宏观混合和微观混合过程，利用喷射出的气体带动液体做循环流动之外，能使上升的大气泡破碎成小气泡，有效阻止气泡聚并，增加气含率，提高体积传质系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学工程、生物工程和环境工程领域，具体涉及一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器。
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、植物细胞和藻类细胞光反应等过程单元。目前能实现气液两相混合和分散的装置主要有：(1)鼓泡塔反应器；(2)气升式反应器；(3)搅拌釜反应器；(4)基于旋转喷嘴的混合系统。20世纪70年代开始，许多工程师开始研究鼓泡塔反应器。鼓泡塔是在反应器底部安装了气体分布器，压缩空气从小孔中喷射出来，将气体分散在液体中进行传质和传热的一种塔式反应器。以其结构简单、无机械传动部件、易密封、传热效率高、操作稳定、能耗低等优点，被广泛应用于加氢、脱硫、废气废水处理以及微生物培养等工业过程。但是鼓泡塔反应器也存在一定的缺点，如鼓泡塔内气液分散效率不高、操作参数可调区间较窄，且容易发生气泡聚并，故混合效率较低。在鼓泡塔的基础上，许多工程师在鼓泡塔内加入导流筒，使液体形成有规律的循环流动，即气升式反应器。气升式反应器是利用空气喷嘴喷出高速的气体，气体以气泡的形式分散于液体中，在通气的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，导致上述两侧流体产生密度差，在反应器内形成环流。这种反应器能强化宏观混合而提高传质效果，其中气流的搅动比鼓泡塔更强烈，混合效果也更显著。气升式反应器具有结构简单、传质传热效果好、能耗低、剪切温和、对细胞损伤小等优点，在生物化工单元操作过程中尤其是好氧生物反应过程中得到越来越广泛的应用。工业应用统计结果表明，与相同规模的传统机械搅拌发酵反应器相比，平均节能30～50％。但是目前工业上广泛使用的仍以机械搅拌式发酵罐为主，因为在工业实际应用的气升式反应器中，气泡在上升过程中容易发生聚并，操作参数调节的范围比较窄，因此设备的通用性和灵活性受到一定限制，改造气升式反应器结构、提升反应速率成为一个非常现实和迫切的问题。一些工程师和研究者在气升式反应器内的上升管内设置了不锈钢丝网或水平筛板，可以促进多次破碎气泡、减少气泡直径和提高气含率，与无填充的条件相比较，体积传质系数可提高2倍左右。但在上升管内安装了丝网或水平筛板，将会减少气升式反应器的操作参数的有效范围，当气流速率过高时，易在丝网或水平筛板下方形成气塞，不利于气液两相的高效传质。再则，在安装了丝网或水平筛板时，不易进行反应器的清洗操作，因而影响了丝网或水平筛板装置在气升式反应器的实际工业应用。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器，兼顾宏观混合和微观混合过程，利用喷射出的气体带动液体做循环流动之外，能使上升的大气泡破碎成小气泡，有效阻止气泡聚并，增加气含率，提高体积传质系数。为实现上述目的，本专利技术提供以下的技术方案：一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器，包括反应罐体，所述反应罐体中设置有导流筒和气体分布器，所述导流筒的内侧空间和外侧空间分别构成圆柱形导流通道和环隙形导流通道，所述圆柱形导流通道和所述环隙形导流通道中，其中一个设置为上升段，另一个设置为下降段，所述气体分布器设置在所述上升段的下方，其特征在于，所述导流筒的上升段内还安装有螺旋多孔筛板，所述螺旋多孔筛板的板体呈螺旋上升状，以对上升段内的部分两/三相流进行导流，所述螺旋多孔筛板的板体开设有若干筛孔，以对上升段内的其余两/三相流进行导流和破碎气泡。一种实施方式中，所述导流筒的下降段还安装有若干挡板，所述若干挡板设置在所述下降段的入口处以阻止或减弱上升两/三相分离时形成的漩涡。一种实施方式中，所述若干挡板沿圆周方向均布设置，所述挡板的块数在2～8之间。一种实施方式中，所述挡板的宽度与所述导流筒的直径的比值在0.05:1～0.15:1之间，所述挡板的高度与所述导流筒的直径的比值在0.1:1～0.5:1之间。一种实施方式中，所述导流筒的侧壁上还开设若干侧孔，所述若干侧孔均布于所述导流筒中下部分的带状区域内，以使上升段的少量小气泡进入到下降段。一种实施方式中，所述带状区域呈水平环状或螺旋状。一种实施方式中，所述带状区域的宽度为50～300mm，所述侧孔的孔径为3～10mm，所述侧孔相对所述带状区域的开孔率为20～50％，所述带状区域面积与导流筒横截面面积之比为0.2:1～1:1。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺距与所述筛板螺旋面的外轨迹线直径的比值在1～4之间。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的板间距与所述筛板螺旋面的外轨迹线直径的比值在0.5～2之间。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺距为所述螺旋多孔筛板的板间距的整数倍。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的下边缘线距离所述导流筒的底部的间距与所述反应罐体的内径的比值在0.5～2之间。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的上边缘线距离所述导流筒的顶部的间距与所述反应罐体的内径的比值在0.1～0.5之间。一种实施方式中，所述导流筒的底部距离所述反应罐体的底部封头上缘的距离与所述反应罐体的内径的比值在0～0.3之间。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺旋面为正螺旋面，同一半径方向上，其外轨迹线在所述导流筒上的投影与其内轨迹线在所述导流筒上的投影相重合。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺旋面为向内倾斜螺旋面，同一半径方向上，其外轨迹线在所述导流筒上的投影高于其内轨迹线在所述导流筒上的投影。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺旋面为向外倾斜螺旋面，同一半径方向上，其外轨迹线在所述导流筒上的投影低于其内轨迹线在所述导流筒上的投影。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的螺旋面的外轨迹线为等螺距螺旋线或者变螺距螺旋线。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板向左螺旋或者向右螺旋。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板的开孔率范围在20％～70％之间。一种实施方式中，所述筛孔为多边形孔或圆形孔或异形孔。一种实施方式中，所述筛孔的孔径在2～50mm之间。一种实施方式中，所述气体分布器采用环形管，所述环形管设有沿环向均布开设在其上部的若干出气口，所述出气口正对所述上升段；或者一种实施方式中，所述气体分布器采用沿圆周方向排列的若干喷嘴，所述喷嘴采用单口喷嘴或多口喷嘴，所述喷嘴采用气体喷嘴或者气液混合喷嘴。所述喷嘴正对所述上升段或者所述喷嘴为斜向下弯曲45°的旋切喷嘴。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板为适用于小型气升式反应器的整体式结构。一种实施方式中，所述螺旋多孔筛板为适用于中大型气升式反应器的组装式结构，所述组装式结构由若干块预制好的螺旋多孔筛板拼接构成并且采用焊接或铆接的固定方式。一种实施方式中，所述反应罐体的内部空间的高径比在2:1～6:1之间。一种实施方式中，所述反应罐体包括位于下侧的两/三相混合区和位于上侧的两/三相分离区，与所述两/三相分离区对应部分的反应罐体的内径不小于与所述两/三相混合区对应的反应罐体的内径。一种实施方式中，所述上升段的横截面的面积与所述下降段的横截面的面积的比值在1:0.4～1:1之间。一种实施方式中，所述气升式反应器用于气液两相反应。一种实施方式中，所述气升式反应器用于气液固三相反应。一种实施方式中，所述气升式反应器用于通风培养微生物、动物细胞以及植物细胞，在通风培养微生物、动物细胞以及植物细胞时，其空气流量与培养液体积的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器，包括反应罐体，所述反应罐体中设置有导流筒和气体分布器，所述导流筒的内侧空间和外侧空间分别构成圆柱形导流通道和环隙形导流通道，所述圆柱形导流通道和所述环隙形导流通道中，其中一个设置为上升段，另一个设置为下降段，所述气体分布器设置在所述上升段的下方，其特征在于，所述导流筒的上升段内还安装有螺旋多孔筛板，所述螺旋多孔筛板的板体呈螺旋上升状，以对上升段内的部分两/三相流进行导流，所述螺旋多孔筛板的板体开设有若干筛孔，以对上升段内的其余两/三相流进行导流和破碎气泡。

【技术特征摘要】
1.一种带螺旋多孔筛板的气升式反应器，包括反应罐体，所述反应罐体中设置有导流筒和气体分布器，所述导流筒的内侧空间和外侧空间分别构成圆柱形导流通道和环隙形导流通道，所述圆柱形导流通道和所述环隙形导流通道中，其中一个设置为上升段，另一个设置为下降段，所述气体分布器设置在所述上升段的下方，其特征在于，所述导流筒的上升段内还安装有螺旋多孔筛板，所述螺旋多孔筛板的板体呈螺旋上升状，以对上升段内的部分两/三相流进行导流，所述螺旋多孔筛板的板体开设有若干筛孔，以对上升段内的其余两/三相流进行导流和破碎气泡。2.根据权利要求1所述的气升式反应器，其特征在于，所述导流筒的下降段还安装有若干挡板，所述若干挡板设置在所述下降段的入口处以阻止或减弱上升两/三相分离时形成的漩涡。3.根据权利要求2所述的气升式反应器，其特征在于，所述若干挡板沿圆周方向均布设置，所述挡板的块数在2～8之间。4.根据权利要求2所述的气升式反应器，其特征在于，所述挡板的宽度与所述导流筒的直径的比值在0.05:1～0.15:1之间，所述挡板的高度与所述导流筒的直径的比值在0.1:1～0.5:1之间。5.根据权利要求1所述的气升式反应器，其特征在于，所述导流筒的侧壁上还开设若干侧孔，所述若干侧孔均布于所述导流筒中下部分的带状区域内，以使上升段的少量小气泡进入到下降段。6.根据权利要求5所述的气升式反应器，其特征在于，所述带状区域呈水平环状或螺旋状。7.根据权利要求5所述的气升式反应器，其特征在于，所述带状区域的宽度为50～300mm，所述侧孔的孔径为3～10mm，所述侧孔相对所述带状区域的开孔率为20～50％，所述带状区域面积与导流筒横截面面积之比为0.2:1～1:1。8.根据权利要求1至7任一所述的气升式反应器，其特征在于，所述螺旋多孔筛板的螺距与所述筛板螺旋面的外轨迹线直径的比值在1～4之间，所述螺旋多孔筛板的板间距与所述筛板螺旋面的外轨迹线直径的比值在0.5～2之间，所述螺旋多孔筛板的螺距为所述螺旋多孔筛板的板间距的整数倍。9.根据权利要求1至7任一所述的气升式反应器，其特征在于，所述螺旋多孔筛板的下边缘线距离所述导流筒的底部的间距与所述反应罐体的内径的比值在0.5～2之间，所述螺旋多孔筛板的上边缘线距离所述导流筒的顶部的间距与所述反应罐体的内径的比值在0.1～0.5之间，所述导流筒的底部距离所述反应罐体的底部封头上缘的距离与所述反应罐体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志永，陈瑜琦，詹晓北，高敏杰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32