[实用新型]用于转鼓式生物浸出反应器的气体分布器

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物冶金和生物浸矿反应器设备领域，特别涉及一种用于转鼓式生物浸出反应器的气体分布器，在转鼓式生物浸出反应器中进行气体预分散与溶氧供应。

背景技术

用于微生物冶金的反应器有气升式反应器、搅拌式反应器和气泡柱反应器等，可用于金精矿和镍、钴、锌等硫化矿精矿的生物浸出。具体操作是将待浸矿石粉碎后置于反应器中浸出，浸出过程中需要使矿物与浸出液充分混合，同时也使气液接触，为浸矿细菌提供充足的O₂和CO₂。这些反应器内矿浆均匀混合和气液传质需要通过机械搅拌或空气搅拌方式来实现，由于存在较大的剪切力和矿物颗粒研磨等问题，这些反应器都无法适应高矿浆浓度。最近提出的用于微生物浸出的转鼓式反应器(CN200610144193)可适应高矿浆浓度下的生物浸出，仍需要专门设计合适的气体分布器，以促进气液传质和溶氧供应，改善转鼓式反应器内的气体分布状况。

最早的气体分布器是Foust(Ind Eng Chem，1944，36：517-522)采用的单孔垂直管分布器，把空气直接通入发酵罐的底部。随着气体分布器的研究进展和认识提高，开始采用开孔式环管式空气分布器，如Nienow等(Biotechnol Bioeng，1979，21：2341-2345)、Geldart等(Powder Technol，1985，42：67-78)、Rewatkar等(Chem Eng Comm，1991，102：1-33；Can J Chem Eng，1993，71：226-237)、Chyang等(Chem Eng Technol，2007，30：1700-1707)设计了开有许多小孔的多孔水平管分布器、水平分布环、同心分布环簇和锥型分布器，其中水平分布环被大量地用于气液两相和下沉颗粒的气液固三相中。对于鼓泡式反应器或搅拌鼓泡式反应器，常采用环管式气体分布器，使气体均匀分布在液体中。也有报道表明圆环多孔气体分布器比锥体气体分布器更适合应用于碳化塔内。这种气体分布器被大量用于带有搅拌桨的反应器中，通过结合搅拌作用来提高反应器内的颗粒分布和气体分散状况。

除了增加气液界面扰动，如增大表观气速和提高搅拌速度等来促进气液传质外，还可以通过减小气泡直径，增大气液传质面积，从而达到较高的传质速率。如特殊加工而成的烧结式分布器以其良好的气体分布效果而被深入研究并得到应用，如Chisti等(Chem Eng Comm，1987，60：195-242)使用Φ100μm的烧结板在2L气升罐中进行了单克隆抗体的培养；Wu(Bioprocess Eng，1992，8：185-187)在谷氨酸发酵中用Φ40-50μm的烧结板作为分布器，使气升式反应器的传质能力大为提高。郝建欣等(过程工程学报，2002，2：443-447)采用孔径80μm玻砂气体分布器的气升式光反应器培养盐藻生长快、周期短，可同时获得较高的细胞密度和胡萝卜素含量。Lin等(Chem Eng J，2004，102：51-59)表明在内循环气升式反应器中烧结多孔板比穿孔板式分布器对气体分布更有利。目前报道的这类微孔气体分布器大多是用于搅拌式或气升式反应器，由于表面微孔的孔径较大，用于转鼓式生物浸出反应器，容易被矿物颗粒堵塞。流化床反应器则采用气体预分布器或气体分布板，使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支承固体颗粒。

近年来有关气体分布器的专利，如CN1074837A公开了一种管状金属微孔膜构成的多管式膜气体分布器，可适用于化工生产与分离领域中的各种气液接触设备中。CN101497015A提出了一种流化床用锥体气体分布器，能有效减少压降、降低能耗，有效避免传统多孔板气体分布器的杂质堵塞问题。CN101480593A公开了一种结构新型的合成塔内件气体分布器，能很好解决流动气体的偏流现象，确保反应器内气体分布的均匀程度和在触媒筐内的均衡分布。CN101486466A公开了一种用于生产三氯氢硅的流化床反应器内的气体分布器，可以使反应器的结构更为简洁，流化质量更高，生产能力更大。以及气-液等多相体系的磁传动旋转气体分布装置(CN179573A)、合成式气体分布器(CN101607184A)、双层折流气体分布器(CN1887400A)等。然而，现有的气体分布器都无法直接应用于转鼓式生物浸出反应器中，需要专门研制适用的气体分布器。