專利名稱：多管外環(huán)流反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于化工設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種反應(yīng)器，更具體地說涉及一種多管外環(huán)流反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的培養(yǎng)好氧微生物或者進行其他多相反應(yīng)的設(shè)備是已經(jīng)標準化的機械攪拌式通風(fēng)反應(yīng)器(簡稱“標準罐”)，它廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域。但“標準罐”用于高粘度產(chǎn)品的通風(fēng)發(fā)酵時，物料在遠離攪拌槳的近壁區(qū)常出現(xiàn)滯流邊界層，特別是在擋板后面會形成靜止區(qū)或滯流區(qū)，氣體通過罐中心形成倒漏斗形通道逃逸而不能均勻地和液體混合，影響反應(yīng)器中的宏觀混合效果；“標準罐”用于含油量高的生化反應(yīng)體系，例如石油微生物發(fā)酵，由于反應(yīng)液含油量高、氧在油中溶解性差等因素的影響，反應(yīng)器中油水乳化狀態(tài)和溶氧水平成為限制微生物培養(yǎng)的關(guān)鍵條件；“標準罐”也不能滿足高密度微生物培養(yǎng)對傳質(zhì)、混合、傳熱，特別是對溶氧濃度的要求。綜上所述，傳統(tǒng)的機械攪拌式通風(fēng)反應(yīng)器不適用于高粘度、高含油、高密度微生物培養(yǎng)等混合傳質(zhì)困難的多相生化反應(yīng)體系，使這些反應(yīng)體系效率低、能耗高、產(chǎn)品收率低。此外，由于“標準罐”攪拌器受電機功率、軸的材料、加工能力等方面的限制，其尺寸大小和攪拌能力有限，限制了反應(yīng)器的擴大；同時由于圓柱形容器中的液相物料會發(fā)生整體轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致體系混合不勻，需要在容器內(nèi)壁上安裝擋板才能防止這種液流的整體轉(zhuǎn)動，而液流與擋板的撞擊作用會消耗大量動能，另外擋板也會造成死角而帶來其它問題，不僅增加設(shè)備的投資、能耗、維護費用，也使生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，提供一種混合、傳質(zhì)、傳熱能力高，同時結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用成本低的多管外環(huán)流反應(yīng)器。
本實用新型的技術(shù)方案實現(xiàn)如下本實用新型的多管外環(huán)流反應(yīng)器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其反應(yīng)器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應(yīng)器主體容器上裝有多根外環(huán)流管，外環(huán)流管上裝有流體混合驅(qū)動裝置，外環(huán)流管均勻分布于主體容器外側(cè)。
所述的多邊柱體為橫截面形狀為帶圓角的正n邊形，其中3≤n≤10；反應(yīng)器主體容器裝有m根外環(huán)流管，外環(huán)流管與主體容器法向、切向或者介于兩者之間的其他角度相聯(lián)通，其中3≤m≤20；每根外環(huán)流管上安裝有p個流體混合驅(qū)動裝置，其中1≤p≤3。
所述的流體混合驅(qū)動裝置為液流式、氣流式的一種或其組合，氣流式流體混合驅(qū)動裝置為氣體噴射器，最好為單頭噴嘴、多頭噴嘴或氣帶液式文丘里管；液流式流體混合驅(qū)動裝置為泵，最好為螺桿泵或離心泵。
本實用新型的有益效果是本實用新型的多管外環(huán)流反應(yīng)器，通過靈活裝配多根外環(huán)流管和流體混合驅(qū)動裝置，使反應(yīng)器內(nèi)混合、傳質(zhì)、傳熱能力成倍增強，宏觀混合效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的機械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐；通過改變外環(huán)流管的根數(shù)，改變驅(qū)動流體混合傳質(zhì)的方式和/或增減流體混合驅(qū)動裝置的數(shù)量來改變整體循環(huán)周期，改變混合、傳質(zhì)、傳熱的強度，以滿足不同生化反應(yīng)體系的要求，不僅適用于一般的生化反應(yīng)和微生物培養(yǎng)，還特別適用于高粘度、高含油、高密度微生物培養(yǎng)等混合傳質(zhì)困難的多相生化反應(yīng)體系，可以提高反應(yīng)速率和產(chǎn)品收率，節(jié)約能耗；同時反應(yīng)器中不設(shè)攪拌槳和擋板，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，死角少，反應(yīng)器易于放大，便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，能廣泛應(yīng)用于生物工程、制藥工程、食品工程及環(huán)保工程中的多相生化反應(yīng)體系，會使這些領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝帶來變革。


圖1為主體容器為圓柱體帶三根外環(huán)流管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為主體容器為圓柱體帶三根外環(huán)流管反應(yīng)器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖圖3為一種氣流式混合驅(qū)動裝置——多頭噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖圖4為圖3中I處噴嘴局部結(jié)構(gòu)放大示意圖圖5、為主體容器為橫截面是帶圓角的正六邊形的柱體并帶六根外環(huán)流管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖圖6為主體容器為橫截面是帶圓角的正六邊形的柱體并帶六根外環(huán)流管反應(yīng)器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖圖中1為流體混合驅(qū)動裝置，2為外環(huán)流管與主體容器底部法向聯(lián)結(jié)部分，3為主體容器，4為外環(huán)流管，5為外環(huán)流管與主體容器上部切向聯(lián)結(jié)部分具體實施方式
實施例1如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種多管外環(huán)流反應(yīng)器，主體容器為圓柱體，高度15m，直徑為1500mm；配備三根外環(huán)流管，高度為12m，直徑為350mm；外環(huán)流管下部與主體容器法向相聯(lián)通，上部與主體容器切向相聯(lián)通；流體混合驅(qū)動裝置采用氣流式多頭噴嘴，每根外環(huán)流管底部安裝一件多頭噴嘴，由壓縮空氣驅(qū)動氣液固三相之間的混合與傳質(zhì)；如圖1、圖2所示，空心箭頭表示氣相在反應(yīng)器及外環(huán)流管中可能的流動方向及軌跡，實心箭頭表示液相在反應(yīng)器及外環(huán)流管中流動方向及軌跡。
以上結(jié)構(gòu)的生化反應(yīng)器用于高粘度微生物培養(yǎng)，能利用流體流變特性，強化氣相與液固之間的混合傳質(zhì)，特別是氧的傳遞，克服高粘度體系的混合傳質(zhì)困難，反應(yīng)器中的宏觀混合效果好，能顯著縮短培養(yǎng)周期，提高產(chǎn)品得率。用這種反應(yīng)器進行一種微生物胞外多糖——黃原膠發(fā)酵，發(fā)酵周期縮短到60小時左右，發(fā)酵終了發(fā)酵液表觀粘度達到10000厘泊以上(NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計，3號轉(zhuǎn)子)，黃原膠濃度達到35g/L左右。
實施例2如圖5、圖6所示，一種多管外環(huán)流反應(yīng)器，反應(yīng)主體容器橫截面形狀為帶圓角的正6邊形的柱體，正6邊形外接圓直徑為5m，柱體高度為14m，圓角半徑為300mm；采用6根外環(huán)流管，高度為12.5m，直徑為325mm；外環(huán)流管下部與正6面柱體的各個面對稱正交(即與正6邊形的外接圓法向相聯(lián))，上部與主體容器上部切向相聯(lián)；流體混合驅(qū)動裝置采用單頭噴嘴與單螺桿泵相結(jié)合，每根外環(huán)流管底部與主體容器相聯(lián)的水平部位安裝一臺單螺桿泵，在單螺桿泵出口正上方安裝一件單頭噴嘴，加入氣相；由低壓風(fēng)機鼓入的空氣和螺桿泵推動的液流驅(qū)動氣液固三相之間的混合與傳質(zhì)。如圖5、圖6所示，空心箭頭表示氣相在反應(yīng)器及外環(huán)流管中可能的流動方向及軌跡，實心箭頭表示液相在反應(yīng)器及外環(huán)流管中流動方向及軌跡。單頭噴嘴也可改為液帶氣式文丘里管，使反應(yīng)器具備一定的自吸氣能力，進一步降能耗。
用這種反應(yīng)器進行含油量高傳質(zhì)困難的石油產(chǎn)品發(fā)酵，如微生物脫除油品中的石蠟，它的結(jié)構(gòu)使得油和水周期性流過幾個高剪切區(qū)，與引入的空氣混和，強化混合和傳質(zhì)，發(fā)酵液快速整體循環(huán)，油、水和空氣充分混和，水乳交融。使微生物脫蠟效率大大提高，生產(chǎn)周期比傳統(tǒng)反應(yīng)器縮短2～3倍，節(jié)能30％以上，該反應(yīng)器便于放大，可解決特大型生化反應(yīng)器中的混合傳質(zhì)問題，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
權(quán)利要求1.一種多管外環(huán)流反應(yīng)器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其特征在于反應(yīng)器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應(yīng)器主體容器上裝有多根外環(huán)流管，外環(huán)流管上裝有流體混合驅(qū)動裝置，外環(huán)流管均勻分布于主體容器外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的多邊柱體為橫截面形狀為帶圓角的正n邊形，其中3≤n≤10；反應(yīng)器主體容器裝有m根外環(huán)流管，外環(huán)流管與主體容器法向、切向或者介于兩者之間的其他角度相聯(lián)通，其中3≤m≤20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于每根外環(huán)流管上安裝有p個流體混合驅(qū)動裝置，其中1≤p≤3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的流體混合驅(qū)動裝置為液流式、氣流式的一種或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的氣流式流體混合驅(qū)動裝置為氣體噴射器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的氣體噴射器為單頭噴嘴、多頭噴嘴或氣帶液式文丘里管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的液流式流體混合驅(qū)動裝置為泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于所述的泵為螺桿泵或離心泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器主體容器為圓柱體，安裝3根外環(huán)流管，外環(huán)流管下部與主體容器下部法向相聯(lián)通，外環(huán)流管上部與主體容器上部切向相聯(lián)通，每根外環(huán)流管的底部安裝一個流體混合驅(qū)動裝置，流體混合驅(qū)動裝置為多頭噴嘴。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的多管外環(huán)流反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器主體容器的橫截面為帶圓角的正6邊形柱體，安裝6根外環(huán)流管，外環(huán)流管下部與主體容器法向相聯(lián)通，外環(huán)流管上部與主體容器切向相聯(lián)通，每根外環(huán)流管的底部安裝一個流體混合驅(qū)動裝置，流體混合驅(qū)動裝置為一件單頭噴嘴與一臺單螺桿泵相結(jié)合，單螺桿泵安裝在每根外環(huán)流管底部與主體容器相聯(lián)的水平部位，單頭噴嘴安裝在單螺桿泵出口正上方。
專利摘要本實用新型屬于化工設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種多管外環(huán)流反應(yīng)器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，提供了一種混合、傳質(zhì)、傳熱能力高，同時結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用成本低的多管外環(huán)流反應(yīng)器；本實用新型的多管外環(huán)流反應(yīng)器，包括有主體容器、進料口、卸料口，其反應(yīng)器主體容器為圓柱體或者多邊柱體，反應(yīng)器主體容器上裝有多根外環(huán)流管，外環(huán)流管上裝有流體混合驅(qū)動裝置，外環(huán)流管均勻分布于主體容器外側(cè)。
文檔編號C12M1/00GK2813623SQ2005200705
公開日2006年9月6日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者洪厚勝, 張繼民, 張慶文, 王鴻祺, 歐陽平凱 申請人:洪厚勝