[发明专利]补充反应器氧的直接注入稳态涡流系统

说明书

技术领域

本发明一般涉及使用由空气供应氧的反应，如氧化或发酵反应，更具体地说，涉及在搅拌的反应器容器内进行的反应。

背景技术

在许多的有机氧化和发酵工艺过程中，使用能提供氧源的空气。为了提高生产率，可以增加流入反应器容器中的空气，除此之外，还可减小反应混合物中形成的空气泡尺寸，如借助于叶轮或涡轮的作用，增加流入反应器的空气可以增加对氧化或发酵反应有效的氧气量，而尺寸较小的空气泡可提高空气泡的表面积与体积的比值，借此可用来提高来自空气泡的氧在反应混合物的溶解以及随后的反应的传质速率。

然而，通入反应器多少空气是有限制的，因为，超过某一流速，会使叶轮充斥气体。

为了解决这个难题，可向反应器供应氧气以补充空气。因为从市场上买到的氧气氧浓度数倍于空气，所以为提供补充基本空气可比水平的附加氧，只需使用的补充氧体积，与用另外的方法所需的附加空气体积相比低得多。这一点有助于解决充斥问题，尤其是在离供应空气的叶轮有一段距离处向反应混合物中提供补充氧的时候。

然而空气是比较便宜的，所以氧的使用会使氧化或发酵工艺成本提高。减轻这种较高成本的一种方法是改进补充氧的使用效率，达到这一点的一种手段是减小反应混合物中氧气泡与空气泡聚结形成富氧空气大气泡的倾向。典型地做法是在离开向反应混合物提供空气有一段距离处向反应混合物提供补充氧。

因此可以明白由于若干理由，采用氧气来补充作为反应源氧的空气的工业化氧化或发酵反应工艺，往反应器提供氧是在离开提供空气有一段距离处，因而是在离开用来打碎空气流成为较小气泡的叶轮有一段距离处。往反应混合物提供这种补充氧通常是在反应器容器内部的下游区域中，以保证提供的氧远离上升的空气泡。

尽管这种常规系统能有效地免除氧与空气的聚结，但该系统在很大程度上消除了使用补充氧的优点，使这种方法形成其固有的缺点。就离开提供空气有一段距离处向反应器提供补充氧而言，反应器内的循环作用由于设法在反应混合物的下游区内升起的补充氧气泡的制动作用而降低。这就使工艺的整个效率都降低。此外，即使使用向下抽吸的叶轮，氧气泡在湍流混合的反应器内也会很快地逸散至反应混合物的表面上。这样在远离引入空气的反应器底部注入氧气会降低对氧溶解有用的停留时间。

因此，本发明的目的在于提供一种往用于氧化或发酵场合下的反应混合物中供给补充氧也向其中供给空气的改进方法。

发明概述

基于阅读本发明公开上述和其它目的由本发明予以实现对本领域的技术人员来说将是明显的。本发明在于：

往反应混合物提供补充氧的方法，该方法包括：

(A)往盛有反应混合物的反应器容器中提供空气，并且使呈空气泡形状的空气在反应混合物内通过；

(B)搅拌该反应混合物以产生静态涡流；

(C)以氧气泡的形式直接往静态涡流中供给氧；和

(D)氧气由氧气泡中流出，并溶入反应混合物中。

本文所用的术语“氧”意指含有至少70％摩尔氧分子的流体。

本文所用的术语“静态涡流”意指在液体旋转体的中心点上几乎没有或完全没有横向或轴向移动的液体旋转体。当液体靠着机械搅拌系统运动但不偏移时，由于反应器几何图形的抑制作用会使稳态涡流形成稳定的旋转运动。稳态涡流确实在旋转，但对比由叶轮诱发的紧靠稳态涡流外侧快速运动的液体，其线性或切线速度是低的。稳态涡流不同于其它类型的涡流，差别在于它不约束在液体表面、叶轮或挡板上。

本文所使用的涉及反应器容器的术语“底部”意指反应器容器，最低搅拌器的下边。

附图的简要说明

唯一的一幅图是用于实施本发明的一个反应器容器横截面图。

详细说明

本发明可有利的用于完成大量的氧化或发酵反应。例如，在发酵反应情况下，反应混合物或发酵肉汤通常含水、营养物或可发酵的成分如玉米糖浆、糖蜜和葡萄糖以及生物试剂如细菌、真菌和酵母。发酵混合物还可含有添加剂如防沫剂、硝酸盐、pH调节化学药品和诸如此类。由本发明方法产生的发酵产品包括抗生素如青霉素、红霉素和四环素，有机化学药品如乙醇、山梨醇和香茅醇，有机酸如柠檬酸、洒石酸和乳酸，氨基酸如左旋-赖氨酸和谷氨酸单钠盐，多糖如发面酵母和汉生胶，维生素如抗坏血酸和核黄素，以及其它的产品包括酶、杀虫剂、生物碱、激素、颜料、甾族化合物、疫苗、干扰素和胰岛素。本发明还可用于液相氧化反应，其实例包括甲苯氧化成苯甲酸、对二甲苯氧化成对甲苯甲酸，经氢醌氧化生产过氧化氢、甲苯氧化成苯酚以及对二甲苯氧化成对苯二酸。