装配折流筛板的气升式反应器制造技术

本申请公开了装配折流筛板的气升式反应器，包括：具有上升段和气液分离区的反应罐；气体分布器，其设置在所述反应罐的下部，并用于将气体导入所述上升段，所述上升段内设置有多个开设有筛孔的折流筛板，所述折流筛板与水平面之间具有不为0°或90°的预设夹角，相邻的两个所述折流筛板交错排布。采用了倾斜的折流筛板，并留有部分开放区，能减少气泡尺寸，提高气液传质效率，气体不会在筛板下方积聚而形成气塞现象，拓宽了反应器的操作弹性区间。

Air lift reactor for assembling baffle plate

The invention discloses a baffle plate assembly of the airlift reactor, including: the reaction tank has a rising section and a gas-liquid separation zone; gas distributor, which is set in the lower part of the reaction tank, and used the gas into the ascent, the rising section is provided with a plurality of open mesh the baffle plate, the baffle plate and the horizontal plane is 0 degrees or 90 degrees of the preset angle, the two adjacent the baffle plate staggered. The tilt of the baffle plate, and a part of open area, can reduce the bubble size, increase the mass transfer efficiency, no gas in the plate accumulated below and forming a gas plug phenomenon, broaden the operation range of reactor.

【技术实现步骤摘要】
装配折流筛板的气升式反应器
本申请涉及化学工程、生物工程和环境工程领域，具体涉及气升式反应器。
技术介绍
气升式反应器(AirliftReactor，AR)是在鼓泡反应器(BubbleColumn，BC)的基础上发展起来的用于气-液或气-液-固的多相流反应器。传统的气升式反应器从结构上可分为内循环气升式反应器(InternalLoopAirliftReactor，ILAR)和外循环式气升式反应器(ExternalLoopAirliftReactor，ELAR)。内循环式气升式反应器是在鼓泡反应器的基础上加入导流筒或隔板；外循环式气升式反应器则是由两个顶部和底部相联通的外循环管组成。一般气升式反应器主要包括上升段、下降段、顶部气液分离区和气体分布器。在上升段底部，气体经过气体分布器进入到反应器内，在上升段内气泡带动液体一起向上流动，到达气液分离区后，大部分气体穿过气液界面排出，另一部分气体被液相带入下降段，由于上升段和下降段内的气含率不同造成两区域的密度差异，最终引起气液两相在反应器内的循环流动。这种反应器中气体的搅动比鼓泡反应器更加剧烈，所以传质、混合效果更佳。气升式反应器综合了鼓泡反应器和搅拌式反应器的优点，具有结构简单、能耗低、混合性能好、传质传热效率高，剪切温和和对细胞损伤小等优点。在过去几十年间，气升式反应器在生物工程、能源化工和环境保护的诸多领域得到了广泛的应用。工业应用统计结果表明，与相同规模的传统机械搅拌式反应器相比，设备制造成本降低30％以上，平均节能30～50％。但是目前在通风发酵工业领域广泛使用的仍以机械搅拌式发酵罐为主，主要是由于气升式反应器的操作弹性区间相对较小，大通风量时气泡在上升过程中容易发生聚并，体积传质系数不能随通风量增加而线性提高，导致传质速率不及机械搅拌式发酵罐。尤其在高密度细胞培养时不能满足细胞的高耗氧需求，因而如何设计更高效的气升式反应器、提升传质速率和效率成为一个非常现实和迫切的问题。申请内容为解决上述技术问题，本申请的目的在于提供装配折流筛板的气升式反应器，当喷射出的气体带动液体做循环流动时，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，本申请提供以下的技术方案：装配折流筛板的气升式反应器，包括：具有上升段和气液分离区的反应罐；气体分布器，其设置在所述反应罐的下部，并用于将气体导入所述上升段，所述上升段内设置有多个开设有筛孔的折流筛板，所述折流筛板与水平面之间具有不为0°或90°的预设夹角，相邻的两个所述折流筛板交错排布。优选地，一部分的多个所述折流筛板位于一侧且沿竖直方向间隔排布，另一部分的折流筛板位于另一侧且沿竖直方向间隔排布，位于一侧的所述折流筛板与位于另一侧的所述折流筛板沿竖直方向交错排布。优选地，所述折流筛板具有朝向所述反应罐内壁面的一端和远离所述反应罐内壁面的另一端，所述折流筛板自其一端向另一端逐渐向上倾斜。优选地，所述折流筛板呈板状，所述折流筛板与水平面之间形成的夹角大于0°且小于或等于60°。优选地，所述气升式反应器包括下降段。优选地，所述装配折流筛板的气升式反应器包括用于形成下降段的外循环管，所述外循环管的上端与所述反应罐的中上部连通，所述外循环管的下端与所述反应罐的下部连通；其中位于一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的一侧内侧壁，位于另一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的另一侧内侧壁。优选地，位于最上方的所述折流筛板的最高点不高于所述外循环管进液口。优选地，位于最下方的所述折流筛板的最低点不低于所述外循环管出液口。优选地，所述反应罐内设置有沿竖直方向延伸的隔板，所述隔板的一侧为上升段，所述隔板的另一侧为下降段，其中位于一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的内侧壁，位于另一侧的多个折流筛板连接于所述隔板上。优选地，位于最上方的所述折流筛板的最高点不高于所述隔板顶线。优选地，位于最下方的所述折流筛板的最低点不低于所述隔板底线。优选地，所述反应罐内设置有导流筒，所述导流筒的上部和下部分别与所述反应罐连通，所述上升段形成于所述反应罐与所述导流筒之间，所述下降段形成于所述导流筒内，所述气液分离区形成于所述反应罐位于所述导流筒上方的区域，所述折流筛板套设在所述导流筒上，所述折流筛板分为沿竖直方向交错排布的第一折流筛板和第二折流筛板，所述第一折流筛板自其内缘逐渐向其外缘逐渐向上倾斜，所述第二折流筛板自其内缘逐渐向其外缘逐渐向下倾斜，且所述第一折流筛板的外缘与所述反应罐内壁具有第一部分开放区，所述第二折流筛板的内缘与所述导流筒外壁具有第二部分开放区。优选地，所述折流筛板呈圆锥台形。优选地，位于最上方的所述折流筛板的最高点不高于所述导流筒顶线。优选地，位于最下方的所述折流筛板的最低点不低于所述导流筒底线。优选地，所述气升式反应器为鼓泡反应器，所述鼓泡反应器的多个折流筛板连接于所述反应罐的内侧壁，位于另一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的另一侧内侧壁。优选地，所述折流筛板的顶部留有部分开放区，所述的折流筛板在水平面上的投影面积与所述上升段的横截面积之比在0.5-0.9之间。优选地，所述的折流筛板的开孔率在20％-80％之间。优选地，所述筛孔的截面为圆形、椭圆形、月亮形、星形、三角形、四边形或多边形。优选地，所述筛孔的截面为圆形，所述筛孔的孔径在2-50mm之间。优选地，在竖直方向交错相邻的两个所述折流筛板之间的垂直间距与所述折流筛板的垂直高度之比在1-5之间。优选地，所述气体分布器为环形管分布器或单喷嘴分布器或多喷嘴分布器或旋切喷嘴分布器。优选地，位于一侧的多个折流筛板自其一端向另一端逐渐向上倾斜，位于另一侧的多个折流筛板自其一端向另一端逐渐向上倾斜。优选地，所述反应罐的高径比在2:1～8:1之间。优选地，所述的上升段的横截面的面积与所述的下降段的横截面的面积的比值在1:0.1～1:2之间。优选地，所述的反应罐的顶部设置有进料口、出气口，底部设置有出料口和进气口。优选地，所述的装配折流筛板的气升式反应器包括设置在所述反应罐内部和反应罐外壁的换热装置，以控制反应过程的温度。优选地，所述气升式反应器内的上升段内的液体呈S形流动，气体向上流动的轨迹与液体流动方向相互影响。由于上述技术方案运用，本申请与现有技术相比具有下列优点：(1)本申请的折流筛板安装于鼓泡反应器或气升式反应器的上升段，当气体从气体分布器喷出，向上运动遇到折流筛板时，部分气液两相流向上流动穿过筛板并破裂成小气泡，另一部分气液两相流沿着筛板倾斜向上运动，两部分流体相互影响形成错流，有效的阻止了气泡的聚并，减小了气泡尺寸，增加了体积传质系数。(2)部分气液两相流会沿着折流筛板呈折线流动，运动路径延长，增加了气泡停留时间和气含率。(3)采用了倾斜的折流筛板，并在折流筛板顶部留有部分开放区，过载气体不会在筛板下方积聚而形成气塞现象，逸出的气体被下一块交错布置的筛板优先分散，拓宽了反应器的操作弹性区间。附图说明图1为本申请中装配折流筛板的气升式反应器中的一个具体实施方式的示意图。图2为本申请中装配折流筛板的气升式反应器中的一个具体实施方式的结构示意图。图3为图1和图2中的装配折流筛板的气升式反应器的折流筛板的结构示意图。图4为图1和图2中的装配本文档来自技高网...

【技术保护点】
装配折流筛板的气升式反应器，包括：具有上升段和气液分离区的反应罐；气体分布器，其设置在所述反应罐的下部，并用于将气体导入所述上升段，其特征在于，所述上升段内设置有多个开设有筛孔的折流筛板，所述折流筛板与水平面之间具有不为0°或90°的预设夹角，相邻的两个所述折流筛板交错排布。

【技术特征摘要】
1.装配折流筛板的气升式反应器，包括：具有上升段和气液分离区的反应罐；气体分布器，其设置在所述反应罐的下部，并用于将气体导入所述上升段，其特征在于，所述上升段内设置有多个开设有筛孔的折流筛板，所述折流筛板与水平面之间具有不为0°或90°的预设夹角，相邻的两个所述折流筛板交错排布。2.根据权利要求1所述的装配折流筛板的气升式反应器，一部分的多个所述折流筛板位于一侧且沿竖直方向间隔排布，另一部分的折流筛板位于另一侧且沿竖直方向间隔排布，位于一侧的所述折流筛板与位于另一侧的所述折流筛板沿竖直方向交错排布。3.根据权利要求2所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述折流筛板具有朝向所述反应罐内壁面的一端和远离所述反应罐内壁面的另一端，所述折流筛板自其一端向另一端逐渐向上倾斜。4.根据权利要求2所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述折流筛板呈板状，所述折流筛板与水平面之间形成的夹角大于0°且小于或等于60°。5.根据权利要求2所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述气升式反应器包括下降段。6.根据权利要求5所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述装配折流筛板的气升式反应器包括用于形成下降段的外循环管，所述外循环管的上端与所述反应罐的中上部连通，所述外循环管的下端与所述反应罐的下部连通；其中位于一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的一侧内侧壁，位于另一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的另一侧内侧壁。7.根据权利要求6所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，位于最上方的所述折流筛板的最高点不高于所述外循环管进液口。8.根据权利要求6所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，位于最下方的所述折流筛板的最低点不低于所述外循环管出液口。9.根据权利要求5所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述反应罐内设置有沿竖直方向延伸的隔板，所述隔板的一侧为上升段，所述隔板的另一侧为下降段，其中位于一侧的多个折流筛板连接于所述反应罐的内侧壁，位于另一侧的多个折流筛板连接于所述隔板上。10.根据权利要求9所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，位于最上方的所述折流筛板的最高点不高于所述隔板顶线。11.根据权利要求9所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，位于最下方的所述折流筛板的最低点不低于所述隔板底线。12.根据权利要求5所述的装配折流筛板的气升式反应器，其特征在于，所述反应罐内设置有导流筒，所述导流筒的上部和下部分别与所述反应罐连通，所述上升段形成于所述反应罐与所述导流筒之间，所述下降段形成于所述导流筒内，所述气液分离区形成于所述反应罐位于所述导流筒上方的区域，所述折流筛板套设在所述导流筒上，所述折流筛板分为沿竖直方向交错排布的第一折流筛板和第二折流筛板，所述第一折流筛板自其内缘逐渐向其外缘逐渐向上倾斜，所述第二折流筛板自其内缘逐...

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