【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物反应器和合成气发酵，尤其涉及一种双循环u型回流式生物反应器及模拟方法。
技术介绍
1、合成气发酵是一种新型的第二代生物燃料生产方式，是将工业废气,专用能源作物，城市固体垃圾和农业废料在内的有机质在气化炉中通过高温气化后，生成含有co、co2和h2的混合气；该混合气经洗涤器净化后，通入生物反应器中，在厌氧条件下，产乙酸菌通过固定气体中的碳原子和利用其中的还原当量，合成自身的生物质并生成生物燃料。合成气发酵因为气态底物(co/h2)的低溶解度和低通气率造成的气液传质限制而很难进行放大和商业化现阶段，用于合成气生物发酵的主流反应器可以分为以下几类：1)搅拌式生物反应器；2)气泡塔，气举式等气升式生物反应器；3)移动床，中空纤维等膜式生物反应器。
2、搅拌式生物反应器在低通气量条件下，要提供较高的传质和混合能力，必然会伴随大量的能量输入，不仅造成较大的能源成本，发酵过程也会对细胞影响，不利于合成气发酵反应器的放大和工业生产。气升式反应器虽然简单和能源成本低，在工业过程中具有吸引力，但是其混合较差，气体利用率低，使得合成气发酵尾气处理成本较大。膜式反应器虽然可以加强气液混合，但不易清洗，容易发生污染，且不易放大。
3、研究一种能够提供高气含率和传质的新型反应器在合成气发酵中非常有必要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种双循环u型回流式生物反应器及模拟方法，以解决上述问题，达到提高气体利用率的目的。
2、为实现上述目的，本专利技
3、一种双循环u型回流式生物反应器，包括：罐体，所述罐体侧壁固定连通有u型管路的两端，所述u型管路上设有气液混合结构、轴流泵，所述轴流泵的出液端与所述气液混合结构的进液端相对应，所述罐体顶端固定连通有出气管。
4、优选的，所述气液混合结构包括导流罐，所述导流罐的一端与所述u型管路固定连通，所述导流罐内侧固定套设有导流筒，所述轴流泵的出液端穿过所述导流罐的另一端延伸至所述导流筒顶部内侧，所述导流罐、导流筒竖直设置，所述导流罐、导流筒之间设有曝气间隙，所述导流筒顶端、底端均与所述导流罐连通，所述导流筒底部外侧固定套设有环形空气分布器。
5、优选的，所述环形空气分布器包括环形管路，所述环形管路固定套设于所述导流筒底部外侧，所述环形管路顶面开设有若干个出气孔，所述环形管路一侧固定连通有进气管，所述进气管远离所述环形管路的一端贯穿所述导流罐并连通有通气设备。
6、优选的，所述轴流泵的出液端设有喷射器，所述喷射器延伸至所述导流筒内侧，所述喷射器的外侧与所述导流筒内侧之间设有回水间隙。
7、优选的，所述导流罐上设有ph电极接口。
8、优选的，所述罐体上设有温度电极接口、溶氧电极接口。
9、优选的，所述u型管路上设有质量流量计。
10、优选的，所述u型管路底端设有取样排液口。
11、一种双循环u型回流式生物反应器的模拟方法，包括：
12、s1、构建反应器的三维模型；
13、s2、设置模型参数与轴流泵的输入情况；
14、s3、进行模拟实验；
15、s4、计算模拟结果，得出试验数据。
16、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
17、通过在u型管路上设置气液混合结构，可以对罐体内的液体进行气液混合，其中，气液混合结构采用特殊的内循环结构，让部分气体与液相在气液混合结构进行循环，显著提高了气体利用率。通过在罐体顶端固定连通出气管，可以排出循环液中的多余气体，避免罐体内的气压过大，对装置整体造成损坏。通过设置轴流泵，可以实现良好的循环效果，将轴流泵设于气液混合结构上方，可以直接将液体充入气液混合结构内，使液体具有一定的惯性，提高混合的效果。
18、利用这些结构，实现了一种能够使气体在反应器中的停留时间大幅度增加，能够使反应器拥有更高的气含率和传质能力，对于合成气发酵过程中气态底物的低溶解度和低通气率造成的气液传质限制有着极大的改善的双循环u型回流式生物反应器。
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1.一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，包括：罐体(1)，所述罐体(1)侧壁固定连通有U型管路(2)的两端，所述U型管路(2)上设有气液混合结构、轴流泵(6)，所述轴流泵(6)的出液端与所述气液混合结构的进液端相对应，所述罐体(1)顶端固定连通有出气管(13)。
2.根据权利要求1所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述气液混合结构包括导流罐(4)，所述导流罐(4)的一端与所述U型管路(2)固定连通，所述导流罐(4)内侧固定套设有导流筒(5)，所述轴流泵(6)的出液端穿过所述导流罐(4)的另一端延伸至所述导流筒(5)顶部内侧，所述导流罐(4)、导流筒(5)竖直设置，所述导流罐(4)、导流筒(5)之间设有曝气间隙，所述导流筒(5)顶端、底端均与所述导流罐(4)连通，所述导流筒(5)底部外侧固定套设有环形空气分布器(8)。
3.根据权利要求2所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述环形空气分布器(8)包括环形管路，所述环形管路固定套设于所述导流筒(5)底部外侧，所述环形管路顶面开设有若干个出气孔，所述环形管路一侧固定连通有进
4.根据权利要求2所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述轴流泵(6)的出液端设有喷射器(14)，所述喷射器(14)延伸至所述导流筒(5)内侧，所述喷射器(14)的外侧与所述导流筒(5)内侧之间设有回水间隙。
5.根据权利要求2所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述导流罐(4)上设有pH电极接口(11)。
6.根据权利要求1所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述罐体(1)上设有温度电极接口(9)、溶氧电极接口(10)。
7.根据权利要求1所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述U型管路(2)上设有质量流量计(3)。
8.根据权利要求1所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，所述U型管路(2)底端设有取样排液口(12)。
9.一种双循环U型回流式生物反应器的模拟方法，基于权利要求1-8任一项所述的一种双循环U型回流式生物反应器，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种双循环u型回流式生物反应器，其特征在于，包括：罐体(1)，所述罐体(1)侧壁固定连通有u型管路(2)的两端，所述u型管路(2)上设有气液混合结构、轴流泵(6)，所述轴流泵(6)的出液端与所述气液混合结构的进液端相对应，所述罐体(1)顶端固定连通有出气管(13)。
2.根据权利要求1所述的一种双循环u型回流式生物反应器，其特征在于，所述气液混合结构包括导流罐(4)，所述导流罐(4)的一端与所述u型管路(2)固定连通，所述导流罐(4)内侧固定套设有导流筒(5)，所述轴流泵(6)的出液端穿过所述导流罐(4)的另一端延伸至所述导流筒(5)顶部内侧，所述导流罐(4)、导流筒(5)竖直设置，所述导流罐(4)、导流筒(5)之间设有曝气间隙，所述导流筒(5)顶端、底端均与所述导流罐(4)连通，所述导流筒(5)底部外侧固定套设有环形空气分布器(8)。
3.根据权利要求2所述的一种双循环u型回流式生物反应器，其特征在于，所述环形空气分布器(8)包括环形管路，所述环形管路固定套设于所述导流筒(5)底部外侧，所述环形管路顶面开设有若干个出气孔，所述环形管路一侧固...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，柳永强，顾庆峰，庄英萍，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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