内置板翅式换热器的内循环气升式反应器及控温方法技术

本发明专利技术涉及一种内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，包括内循环气升式反应器；所述的内循环气升式反应器内上部设置有板翅式换热器，板翅式换热器上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰通过管道一把板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰通过管道二把板翅换热片连成一个整体。本发明专利技术还提供了利用内置板翅式换热器的内循环气升式反应器的控温方法。本发明专利技术克服了夹套或蛇形管传热方式的不足，使得传热效率大大提高，有利于对温度的精确控制，同时，多个板翅换热片也有助于促进流体湍流，增加反应器的传质系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内循环气升式反应器领域，涉及一种。
技术介绍
气升式反应器主要分成两大类，即内循环气升式反应器和外循环气升式反应器。两种反应器主要是根据不同的流体循环路径来区分的。当在升流区内曝气，由于升、降流区内空气含率不同造成的表观流体密度的差异，最终导致流体在反应器内循环。内循环气升式反应器被认为是气液鼓泡床内引入了一个升流管或一个挡板使流体在不同的区域内循环。 细胞反应是对温度变化十分敏感的放热反应。因此，生物反应器的设计对温度控制的要求较高。特别是随着反应器体积的增大、其热量移去和温度控制将成为反应器设计的一项重要内容。在细胞反应过程中，反应器以产生热量为主，需要采用有效的冷却方式来降低温度。例如，在发酵过程中，菌体分解营养物质而产生能量，其中一部分能提供菌体生长和生成代谢产物，另一部分以热量形式释放出来，一般把在发酵过程中所释放出来的热量称为发酵热。根据所用菌种和工艺的不同，发酵热的峰值有所偏差，如谷氨酸生产过程中发酵热的峰值约为1. 17 X IO4 kcal/(m3 · h),赖氨酸发酵热的峰值约为1. 8 X IO4kcal/(m3*h);而酵母的发酵热更大，如酒精发酵过程中发酵热的峰值约为2. 2 X IO4 kcal/(m3 · h),有的毕赤酵母在发酵过程中的发酵热的峰值可达到2. 4X IO4 kcal/(m3 · h)。上述产品在发酵过程中生物产热大，尤其在炎热的夏天，降温十分困难，往往导致生物产热高峰阶段的发酵温度失控。若发酵温度超出最适温度范围的时间持续较长，生产菌的生长、代谢均受到严重的影响。目前可以通过人工控制或自动控制，将冷却水通入反应器的夹套或蛇形管中，通过热交换来降温，保持反应器中温度的相对恒定。板翅式换热器是一种新兴的热设计技术，相比于夹套或蛇形管的降温方式，板翅式换热器的优势在于传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固、适应性大、经济性好等，但目前尚未有将板翅式换热器应用于内循环气升式反应器的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，解决目前夹套或蛇形管传热效率比较低，不利于调节温度的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种利用上述内置板翅式换热器的内循环气升式反应器控制温度的方法，主要用于发酵产赖氨酸、酵母扩大培养、柠檬酸液体发酵等方面。本专利技术通过以下技术方案来实现一、内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，包括内循环气升式反应器；所述的内循环气升式反应器内上部设置有板翅式换热器，板翅式换热器上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰通过管道一把板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰通过管道二把板翅换热片连成一个整体。所述的板翅式换热器的板翅换热片为板形，管道一和管道二为直管。所述的板翅式换热器的板翅换热片为扇形，管道一和管道二为环管。所述的板翅式换热器与内循环气升式反应器之间为活动连接。所述的活动连接为支撑件和螺栓相连接。二、一种利用内置板翅式换热器的内循环气升式反应器控制温度的方法，该方法包括加热和冷却两部分，具体步骤如下(1)加热过程蒸汽从板翅式换热器的上端的蒸汽进口进入，通过管道一到达板翅式换热器的板翅换热片，交换热量后进入管道二，然后从下端的蒸汽冷凝水出口排出；(2)冷却过程冷却水从板翅式换热器的下端的冷却水进口进入，通过管道二到达板翅式换热器的板翅换热片，交换热量后进入管道一，然后从上端的冷却水出口排出。采用上述技术方案的积极效果本专利技术将板翅式换热器应用于内循环气升式反应器，利用板翅式换热器的多个板翅换热片进行热量交换，克服了夹套或蛇形管传热方式的不足，使得传热效率大 大提高，有利于对温度的精确控制，有利于降低冷却水用量，甚至利用常温水即可达到控温的效果，同时，多个板翅换热片也有助于促进流体湍流，增加反应器的传质系数；另外，将板翅式换热器与内循环气升式反应器之间改为活动连接，可以大大方便拆卸检修。附图说明图1是内循环气升式反应器中安装板形板翅式换热器的结构示意图2是图1中A-A向的俯视图3是内循环气升式反应器中安装扇形板翅式换热器的结构示意图4是图3中A-A向的俯视图。图中，I内循环气升式反应器，2板翅式换热器，3蒸汽进口和冷却水出口法兰，4管道一，5支撑件，6蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰，7管道二。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本专利技术的限制实施例1图1是内循环气升式反应器中安装板形板翅式换热器的结构示意图，图2是图1中A-A向的俯视图，图3是内循环气升式反应器中安装扇形板翅式换热器的结构示意图，图4是图3中A-A向的俯视图，结合图1、图2、图3、图4所示，1、一种内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，包括内循环气升式反应器1，内循环气升式反应器I内上部设置有板翅式换热器2，板翅式换热器2上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰3，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰6，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰3通过管道一 4把板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰6通过管道二 7把板翅换热片连成一个整体，便于蒸汽或者冷却水的流动。在实际应用中，板翅式换热器2的板翅换热片为板形，相应的管道一 4和管道二 7为直管；也可以是板翅式换热器2的板翅换热片为扇形，相应的管道一 4和管道二 7为环管。为了方便拆卸检修，板翅式换热器2与内循环气升式反应器I之间为活动连接，只要能够实现便于拆装的活动连接均可，本实施例中为支撑件5和螺栓相连接。当需要加热时，蒸汽从板翅式换热器2的上端的蒸汽进口进入，通过管道一 4到达板翅式换热器2的板型或扇形换热片，交换热量后进入管道二 7，然后从下端的蒸汽冷凝水出口排出；当需要冷却时，冷却水从板翅式换热器2的下端的冷却水进口进入，通过管道二7到达板翅式换热器2的板型或扇形板翅换热片，交换热量后进入管道一 4，然后从上端的冷却水出口排出即可。实施例2本实施例用于说明利用10 Hl3的内置板翅式换热器的内循环气升式反应器发酵生产L-赖氨酸的方法在培养基和管道灭菌操作中，先使蒸汽从板翅式换热器2的上端的蒸汽进口进入，通过管道一 4到达板翅式换热器2的板型或扇形换热片，交换热量后进入管道二 7，然后从下端的蒸汽冷凝水出口排出，当反应器内温度达到90、5 1时，换热器中停止通蒸汽，接着进行培养基和管道灭菌的操作。发酵培养与结果按10%的接种量将产L-赖氨酸的大肠杆菌接入装有5 m3发酵培养基的10 m3内置板翅式换热器的内循环气升式反应器中(IL发酵培养基含葡萄糖20 40 g/L，(NH4)2SO41. 5 1. 8 g, KH2PO41. 2 g，玉米浆 I 2 g, L-苏氨酸 O. 2 O. 4 g)，通气量为200 250 m3/h，搅拌转速100 200 r/min，发酵温度35 37 °C，流加氨水以控制pH在6. 5^6. 8，每隔2 4 h 检测残糖浓度，并流加700 g/L的葡萄糖，维持残糖浓度在l(Tl5 g/L,发酵结束前4 5 h，停止流加糖液，当残糖降至5 7 g/L时，即发酵结束，整个发酵周期约72h。发酵过程中，使冷却水从板翅式换热器2的下端的冷却水进口进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，包括内循环气升式反应器（1），其特征在于：所述的内循环气升式反应器（1）内上部设置有板翅式换热器（2），板翅式换热器（2）上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰（3），下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰（6），其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰（3）通过管道一（4）把板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰（6）通过管道二（7）把板翅换热片连成一个整体。

【技术特征摘要】
1.一种内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，包括内循环气升式反应器(I)，其特征在于所述的内循环气升式反应器(I)内上部设置有板翅式换热器(2)，板翅式换热器(2)上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰(3)，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰(6)，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰(3)通过管道一(4)把板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰(6)通过管道二(7)把板翅换热片连成一个整体。2.根据权利要求1所述的内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，其特征在于所述的板翅式换热器(2)的板翅换热片为板形,管道一(4)和管道二(7)为直管。3.根据权利要求1所述的内置板翅式换热器的内循环气升式反应器，其特征在于所述的板翅式换热器(2)的板翅换热片为扇形，管道一(4)和管道二(7)为环管。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李干禄，朱皓，韦策，陈可泉，李晖，张庆文，凌翔，欧阳平凯，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：