[发明专利]采用膜管曝气的内循环气升式反应器

说明书

技术领域

    本发明属于内循环气升式反应器领域，涉及一种采用膜管曝气的内循环气升式反应器。

背景技术

    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。

氧在水中的溶解度较低，在常温常压下，纯水中氧的溶解度为0.2mmol/L，在发酵液中的溶解度则更低。然而在发酵过程发酵液中氧气浓度是限制微生物生长的重要因素，所以生物反应器的设计对其传质性能要求较高。特别是随着反应器体积的增大，其内部各区域的局部气含率及传质性能将成为反应器设计的一项重要内容。氧传递的强化在生物发酵过程中十分重要，尤其在高密度发酵中氧的传递常常成为限制性因素。

单位体积发酵液每小时的耗氧量，一般为25-100mmol/(L*h)。谷氨酸发酵18h耗氧速率为51mmol/(L*h)，同一类微生物的耗氧速率还受温度、发酵液成分和浓度的影响，如当供氧不足，葡萄糖浓度为1%时，酵母的耗氧速率为15-18mmol/(L*h），而供氧充足，葡萄糖浓度为15%时，耗氧速率则达342-396mmol/(L*h)。所以提高反应器传质性能可以大大提高微生物发酵好氧速率，提高生产菌的生长、代谢速率。

采用纳米孔径的膜管进行曝气，一方面由于产生的气泡直径较小，比表面积较小，导致气液接触面积较大。另一方面，小气泡能够随着液体流动进入降流区，提高降流区的溶氧浓度。所以采用膜管曝气得到的体积传质系数要大于一般喷嘴式和孔板式。这样既可以节约能源，也可以提高气液反应器的传质。例如，在实际的搅拌桨发酵罐发酵过程中，通常是利用搅拌桨来提高混合效果和提高传质效果，然而，搅拌桨的能耗很大，其能够占到总能耗的1/3。

采用膜管曝气是一种技术手段，相比于喷嘴式和孔板式，采用膜管曝气的优势在于传质性能好、能耗低、适应性大、经济性好等，但目前尚未有将膜管应用于内循环气升式反应器的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用膜管曝气的内循环气升式反应器，解决现有的内循环气升式反应器中采用喷嘴式和孔板式布气得到的体积传质系数较低，不利于好氧微生物发酵、限制菌体生长、代谢的问题。

本发明通过以下技术方案来实现：采用膜管曝气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；所述的内循环气升式反应器的底部装有气体分布器，气体分布器上连接有多根具有纳米级孔径的膜管。

所述的气体分布器和膜管之间为螺纹连接。

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。

采用上述技术方案的积极效果：本发明将膜管应用于内循环气升式反应器，利用膜管的纳米级孔径，使得从膜管中逸出的气泡直径小，数量多，克服了喷嘴式和板孔式分布器气泡较大，使得传质性能大大提高，有利于对发酵液中溶氧的控制；另外，膜管与气体分布器之间是通过螺纹来连接的，可以大大方便拆卸检修。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向的俯视图；

    图中，1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管道二，8气体分布器，9膜管。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本发明的限制：

实施例1