[实用新型]液体连续撞击流多相反应和耗氧发酵技术装备

说明书

所属技术领域：

属于化学和生物化学工艺设备。适用于各种生物质耗氧发酵和以液体为连续相的气液相反应和气液固三相反应过程。

背景技术：

在食品、轻工、医药等工业中，有许多产品如味精、青霉素等，通过生物质耗氧发酵方法生产。耗氧发酵属于气液固三相生物化学反应过程。此外，在化工、石油化工、轻工、医药等多种过程工业中，有许多产品通过以液体为连续相的气液相反应或气液固三相反应生产。这些类型的反应过程都属于以液体为连续相的涉气多相反应过程，具有下列共同特点：(1)反应基本上在液相或液固相界面上发生，凝聚相间的混合即液相的微观混合以及液相与固相的混合对促进反应过程具有重要意义。(2)参与反应的气体组分在气液相间传递对过程有重大影响，往往成为控制步骤。

根据工作原理，现有的用于上述这些类型反应过程的装置，包括耗氧发酵罐等，都属于鼓泡搅拌反应器(Bobbling stirred tank reactor，简记为BSTR)。尽管不同反应器的具体结构可能有某些差异；但有两个共同的要素：(1)在反应容器中设有搅拌桨，为凝聚相混合提供基本条件；(2)反应容器底部通入气体，经适当方式分散后以鼓泡形式通过反应混合物床层。尽管目前被普遍采用，但鼓泡搅拌反应器存在下述不足：(1)混合状况尤其是液相微观混合状况差，反应效率不高；(2)气液相接触面积小，传递速度不快，限制了化学或生物化学反应速度；(3)搅拌桨动力消耗大，能耗高；(4)气体反应器中停留时间短，气体消耗量偏大。

为克服上述现有装置的不足，在国家自然科学基金项目研究基础上，把液体连续相撞击流中相向撞击流体间强烈的相互作用、显著促进微观混合和能量效率高等突出优点用于上述类型反应过程，研发本实用新型。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种微观混合好、气液相接触面积较大、动力消耗小，可节能高效地完成以液体为连续相的气液相和气液固三相化学以及耗氧发酵过程的反应技术装备。

本实用新型液体连续撞击流多相反应和耗氧发酵技术装备，由一个中、下部为反应容积区、上部保持为气相空间、底部中心有卸料管6的锅形或锥形底直立圆筒1，垂直同轴安装在圆筒1反应容积区的上、下两个内壁装有若干垂直折流挡板5的导流筒2，同轴分别安装在上、下两个导流筒2中螺旋方向相反、分别从上部和下部推动流体通过上、下导流筒2向反应容积区中心流动撞击的上、下两个螺旋桨3和4，以及安装在下导流筒2下方、连接有进气管13的多孔壁气体分布环管12组成。多孔壁气体分布环管12也可以水平地放置在上、下两个导流筒2的中间即撞击区IZ中；它同样连接相应的进气管13。

与目前普遍使用的发酵罐或其它搅拌鼓泡反应器相比，本实用新型“液体连续撞击流多相反应和耗氧发酵技术装备”具有下列优点：(1)撞击流有效促进不同物质之间的混合接触，提高发酵生物化学反应或其它气液相反应、气液固三相反应过程的效率；(2)垂直同轴两流撞击流的流动结构安排显著节省动力，装机容量同比仅为现有装置的三分之一以下；(3)撞击区中撞击流二次分散气体增加了气液相界面积，利于提高气液相间传递速度，促进反应过程；(4)撞击流二次分散气体还因细小气泡跟随流体循环而提高气体在反应容器中的平均停留时间和其中气体反应组分的利用率，从而可以降低通气流量、减少输送气体的动力消耗。

附图说明：

图1是本实用新型液体连续撞击流多相反应和耗氧发酵技术装备的结构示意图。

本实用新型的基本部件包括直立圆筒型容器1、垂直同轴安装在容器1中的上、下两个导流筒2和同轴分别安装在两个导流筒2中的上螺旋桨3和下螺旋桨4，它们螺旋方向相反，即一个左旋，另一个右旋。容器1的中、下部是进行发酵或其它以液体为连续相的气液相反应或气液固三相反应的有效容积区，其中装发酵生物质在液体中的悬浮体或其它反应混合物；上部保持为气相空间，作气液分离之用。上、下两个导流筒2的内壁各装若干块沿圆周均布的垂直折流挡板5。为提高流动效率、防止出现死角，容器1底部可做成半球形(锅形)，也可以做成锥形；其底部中心连接卸料管6。下导流筒2下方设有多孔壁气体分布环管12，它与进气管13相连接。反应容器的有效容积区外可以设置换热夹套9，同时配备换热介质进、出口接管10和11。圆筒型容器1顶端设有拱形顶盖14，其上配备装料管7和排气管8。

多孔壁气体分布环管12也可以放置在两个导流筒2之间即撞击区IZ中；与之相连接的进气管13也作相应的移动。这两个部件位置移动不改变本实用新型的实施方法。

具体实施方式：