[实用新型]内置板翅式换热器的外循环气升式反应器

说明书

技术领域

    本发明属于外循环气升式反应器领域，涉及一种内置板翅式换热器的外循环气升式反应器及控温方法。 

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。外循环气升式反应器可看成是由两个气液鼓泡床以及两者顶部与底部连接部分组成。 

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1.17×10⁴ kcal/(m3·h)，赖氨酸发酵热的峰值约为1.8×10⁴ kcal/(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2.2×10⁴ 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2.4×10⁴ 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外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内置板翅式换热器的外循环气升式反应器，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。 

本发明的另一个目的是提供一种利用上述内置板翅式换热器的外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。 

本发明通过以下技术方案来实现： 

一、内置板翅式换热器的外循环气升式反应器，包括外循环气升式反应器；所述的外循环气升式反应器的上升区和下降区内分别设置具有多个扇形板翅换热片的板翅式换热器一和板翅式换热器二；板翅式换热器一上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰一，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰一，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰一通过环管一把扇形的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一通过环管二把扇形的板翅换热片连成一个整体；板翅式换热器二上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰二，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰二，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰二通过环管三把扇形的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二通过环管四把扇形的板翅换热片连成一个整体。

所述的板翅式换热器一与外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一和螺栓相连接。 

所述的板翅式换热器二与外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二和螺栓相连接。 

二、一种利用上述内置板翅式换热器的外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一和板翅式换热器二的上端的蒸汽进口进入，通过环管一和环管三到达板翅式换热器一和板翅式换热器二的板翅换热片，交换热量后进入环管二和环管四，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一和板翅式换热器二的下端的冷却水进口进入，通过环管二和环管四到达板翅式换热器一和板翅式换热器二的板翅换热片，交换热量后进入环管一和环管三，然后从上端的冷却水出口排出。