CN2813623Y - 多管外环流反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于化工设备领域，涉及一种多管外环流反应器，解决了现有技术中存在的问题和不足，提供了一种混合、传质、传热能力高，同时结构简单、应用成本低的多管外环流反应器；本实用新型的多管外环流反应器，包括有主体容器、进料口、卸料口，其反应器主体容器为圆柱体或者多边柱体，反应器主体容器上装有多根外环流管，外环流管上装有流体混合驱动装置，外环流管均匀分布于主体容器外侧。

Description

多管外环流反应器

技术领域

本实用新型属于化工设备领域，涉及一种反应器，更具体地说涉及一种多管外环流反应器。

背景技术

传统的培养好氧微生物或者进行其他多相反应的设备是已经标准化的机械搅拌式通风反应器(简称“标准罐”)，它广泛应用于食品、医药、环保等领域。但“标准罐”用于高粘度产品的通风发酵时，物料在远离搅拌桨的近壁区常出现滞流边界层，特别是在挡板后面会形成静止区或滞流区，气体通过罐中心形成倒漏斗形通道逃逸而不能均匀地和液体混合，影响反应器中的宏观混合效果；“标准罐”用于含油量高的生化反应体系，例如石油微生物发酵，由于反应液含油量高、氧在油中溶解性差等因素的影响，反应器中油水乳化状态和溶氧水平成为限制微生物培养的关键条件；“标准罐”也不能满足高密度微生物培养对传质、混合、传热，特别是对溶氧浓度的要求。综上所述，传统的机械搅拌式通风反应器不适用于高粘度、高含油、高密度微生物培养等混合传质困难的多相生化反应体系，使这些反应体系效率低、能耗高、产品收率低。此外，由于“标准罐”搅拌器受电机功率、轴的材料、加工能力等方面的限制，其尺寸大小和搅拌能力有限，限制了反应器的扩大；同时由于圆柱形容器中的液相物料会发生整体转动，导致体系混合不匀，需要在容器内壁上安装挡板才能防止这种液流的整体转动，而液流与挡板的撞击作用会消耗大量动能，另外挡板也会造成死角而带来其它问题，不仅增加设备的投资、能耗、维护费用，也使生产效率降低。

发明内容

本实用新型解决了上述现有技术中存在的问题和不足，提供一种混合、传质、传热能力高，同时结构简单、应用成本低的多管外环流反应器。

本实用新型的技术方案实现如下：

本实用新型的多管外环流反应器，包括有主体容器、进料口、卸料口，其反应器主体容器为圆柱体或者多边柱体，反应器主体容器上装有多根外环流管，外环流管上装有流体混合驱动装置，外环流管均匀分布于主体容器外侧。

所述的多边柱体为横截面形状为带圆角的正n边形，其中3≤n≤10；反应器主体容器装有m根外环流管，外环流管与主体容器法向、切向或者介于两者之间的其他角度相联通，其中3≤m≤20；每根外环流管上安装有p个流体混合驱动装置，其中1≤p≤3。

所述的流体混合驱动装置为液流式、气流式的一种或其组合，气流式流体混合驱动装置为气体喷射器，最好为单头喷嘴、多头喷嘴或气带液式文丘里管；液流式流体混合驱动装置为泵，最好为螺杆泵或离心泵。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的多管外环流反应器，通过灵活装配多根外环流管和流体混合驱动装置，使反应器内混合、传质、传热能力成倍增强，宏观混合效果明显优于传统的机械搅拌式通风发酵罐；通过改变外环流管的根数，改变驱动流体混合传质的方式和/或增减流体混合驱动装置的数量来改变整体循环周期，改变混合、传质、传热的强度，以满足不同生化反应体系的要求，不仅适用于一般的生化反应和微生物培养，还特别适用于高粘度、高含油、高密度微生物培养等混合传质困难的多相生化反应体系，可以提高反应速率和产品收率，节约能耗；同时反应器中不设搅拌桨和挡板，内部结构简单，死角少，反应器易于放大，便于大规模工业化生产，能广泛应用于生物工程、制药工程、食品工程及环保工程中的多相生化反应体系，会使这些领域的生产工艺带来变革。

附图说明

图1为主体容器为圆柱体带三根外环流管反应器的结构示意图

图2为主体容器为圆柱体带三根外环流管反应器的俯视结构示意图

图3为一种气流式混合驱动装置——多头喷嘴结构示意图

图4为图3中I处喷嘴局部结构放大示意图

图5、为主体容器为横截面是带圆角的正六边形的柱体并带六根外环流管反应器的结构示意图

图6为主体容器为横截面是带圆角的正六边形的柱体并带六根外环流管反应器的俯视结构示意图

图中：1为流体混合驱动装置，2为外环流管与主体容器底部法向联结部分，3为主体容器，4为外环流管，5为外环流管与主体容器上部切向联结部分

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3、图4所示，一种多管外环流反应器，主体容器为圆柱体，高度15m，直径为1500mm；配备三根外环流管，高度为12m，直径为350mm；外环流管下部与主体容器法向相联通，上部与主体容器切向相联通；流体混合驱动装置采用气流式多头喷嘴，每根外环流管底部安装一件多头喷嘴，由压缩空气驱动气液固三相之间的混合与传质；如图1、图2所示，空心箭头表示气相在反应器及外环流管中可能的流动方向及轨迹，实心箭头表示液相在反应器及外环流管中流动方向及轨迹。

以上结构的生化反应器用于高粘度微生物培养，能利用流体流变特性，强化气相与液固之间的混合传质，特别是氧的传递，克服高粘度体系的混合传质困难，反应器中的宏观混合效果好，能显著缩短培养周期，提高产品得率。用这种反应器进行一种微生物胞外多糖——黄原胶发酵，发酵周期缩短到60小时左右，发酵终了发酵液表观粘度达到10000厘泊以上(NDJ-1型旋转粘度计，3号转子)，黄原胶浓度达到35g/L左右。

实施例2

如图5、图6所示，一种多管外环流反应器，反应主体容器横截面形状为带圆角的正6边形的柱体，正6边形外接圆直径为5m，柱体高度为14m，圆角半径为300mm；采用6根外环流管，高度为12.5m，直径为325mm；外环流管下部与正6面柱体的各个面对称正交(即与正6边形的外接圆法向相联)，上部与主体容器上部切向相联；流体混合驱动装置采用单头喷嘴与单螺杆泵相结合，每根外环流管底部与主体容器相联的水平部位安装一台单螺杆泵，在单螺杆泵出口正上方安装一件单头喷嘴，加入气相；由低压风机鼓入的空气和螺杆泵推动的液流驱动气液固三相之间的混合与传质。如图5、图6所示，空心箭头表示气相在反应器及外环流管中可能的流动方向及轨迹，实心箭头表示液相在反应器及外环流管中流动方向及轨迹。单头喷嘴也可改为液带气式文丘里管，使反应器具备一定的自吸气能力，进一步降能耗。

用这种反应器进行含油量高传质困难的石油产品发酵，如微生物脱除油品中的石蜡，它的结构使得油和水周期性流过几个高剪切区，与引入的空气混和，强化混合和传质，发酵液快速整体循环，油、水和空气充分混和，水乳交融。使微生物脱蜡效率大大提高，生产周期比传统反应器缩短2～3倍，节能30％以上，该反应器便于放大，可解决特大型生化反应器中的混合传质问题，适用于大规模工业生产。

Claims (10)

1、一种多管外环流反应器，包括有主体容器、进料口、卸料口，其特征在于反应器主体容器为圆柱体或者多边柱体，反应器主体容器上装有多根外环流管，外环流管上装有流体混合驱动装置，外环流管均匀分布于主体容器外侧。

2、根据权利要求1所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的多边柱体为横截面形状为带圆角的正n边形，其中3≤n≤10；反应器主体容器装有m根外环流管，外环流管与主体容器法向、切向或者介于两者之间的其他角度相联通，其中3≤m≤20。

3、根据权利要求1所述的多管外环流反应器，其特征在于每根外环流管上安装有p个流体混合驱动装置，其中1≤p≤3。

4、根据权利要求1或3所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的流体混合驱动装置为液流式、气流式的一种或其组合。

5、根据权利要求4所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的气流式流体混合驱动装置为气体喷射器。

6、根据权利要求5所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的气体喷射器为单头喷嘴、多头喷嘴或气带液式文丘里管。

7、根据权利要求4所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的液流式流体混合驱动装置为泵。

8、根据权利要求7所述的多管外环流反应器，其特征在于所述的泵为螺杆泵或离心泵。

9、根据权利要求1、2或3所述的多管外环流反应器，其特征在于反应器主体容器为圆柱体，安装3根外环流管，外环流管下部与主体容器下部法向相联通，外环流管上部与主体容器上部切向相联通，每根外环流管的底部安装一个流体混合驱动装置，流体混合驱动装置为多头喷嘴。

10、根据权利要求1、2或3所述的多管外环流反应器，其特征在于反应器主体容器的横截面为带圆角的正6边形柱体，安装6根外环流管，外环流管下部与主体容器法向相联通，外环流管上部与主体容器切向相联通，每根外环流管的底部安装一个流体混合驱动装置，流体混合驱动装置为一件单头喷嘴与一台单螺杆泵相结合，单螺杆泵安装在每根外环流管底部与主体容器相联的水平部位，单头喷嘴安装在单螺杆泵出口正上方。

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