具有垂直桨的高固体酶反应器混合器及方法_3

文档序号:8926605阅读:来源:国知局
流动锥的外表面移动。流动锥可以将进入容器的生物质和酶的浆料材料的流引导到混合室主体的所有部分。流动锥还可以将浆料材料和酶的流沿着混合室的圆形区域分布而没有优先分布到混合室的任一区域。结果,流动锥可以沿着混合室的表面形成厚垫状层以避免未完全结合在浆料中的液体沿着混合室的内核聚集。流动锥的切口部分允许一些生物质和酶的浆料材料落入桨的区域,而其它的生物质和酶的浆料材料可以被导向混合室壁。流动锥的较短部分提供了至桨区的开口,而流动锥的较长部分向着混合室墙移动生物质和酶的浆料材料。
[0048]流动锥的使用可以促进生物质和酶的浆料材料遍及混合室的圆形横截面的均匀分布。流动锥因此可以提高生物质和酶的浆料材料内酶的反应能力并且以活塞流方式促进期望的粘度变化。在这种方式中,流动锥可以促进期望的活塞流和生物质的液化。
[0049]在此公开的反应器容器的特征包括:在容器的混合室中垂直定向的桨,所述桨在桨的上端和下端由支撑杆支撑并附着到支撑杆上而且附着到混合室的旋转中心轴上。所述桨可以具有水翼横截面形状并且沿着它们的长度可以具有不一致的横截面形状以使浆引起生物质和酶材料在混合室内改变高度的倾向最小化。水翼横截面是被设计用来移动通过生物质和酶材料的形状并且包括例如翼型、翅膀或鳍的横截面形状,而且可以具有形状如水滴、钻石、新月或椭圆的横截面。桨可以以缓慢的、恒定的、单向的方式旋转,例如,每分钟低于10转,以在同一高度促进生物质和酶材料的混合。桨的缓慢的、恒定的、单向运动降低了混合作用改变生物质和酶材料高度的倾向。这个运动还允许生物质和酶材料在它们被混合时以一致的、缓慢的、连续的方式向下移动。
[0050]在一些实施方式中,反应器容器还可以包括由从中心轴径向延伸的刮板支撑杆支撑的刮板挡板,其中,所述刮板挡板接合混合室的内壁。
[0051]位于混合室的上部区域并且紧贴至混合室的生物质和酶输入下面的一导流器例如圆锥形导流器或流动锥可以可以在混合室的上部区域均匀地分布生物质和酶材料。所述导流器可以安装到从中心轴径向延伸到浆的上端的上部支撑杆上。所述导流器可以具有与中心轴同轴、与至反应器容器的生物质和酶输入垂直地对齐或两者皆的顶点。所述导流器可以具有不规则的周界和切口以促进生物质和酶材料在混合室中的均匀分布。所述导流器可以是流动锥,其具有锥形表面、是中空的、在锥形表面上具有切口、而且具有下部周界,该下部周界具有位于距离中心轴线的不同半径处且阶梯式错开的一些部分。
[0052]所述流动锥帮助遍及混合室的内部均匀地分布生物质和酶浆料材料。生物质和酶材料的均匀分布促进生物质中酶的均匀分布以及酶与生物质之间的均匀反应。所述流动锥避免材料向着混合室的中心积聚,否则其将在混合室的中心形成更大粘性的生物质和酶材料的柱状物。该更大粘性的生物质和酶材料将会向上推动位于混合室底部的较低粘性的生物质和酶材料。
[0053]所述导流器可以引起一部分生物质和酶材料形成邻近混合室的壁的厚环形垫。所述垫防止未完全结合入生物质和酶材料的浆料的液体沿着混合室的壁聚集和在通道中向下流动通过混合室从而造成成问题的旋转增量。
[0054]图1示出了用于混合和保留生物质和酶的高粘性供给浆料材料I的反应器容器10。生物质和酶的浆料材料I可以在粘度超过15000CP时进入混合室2并且在混合室2中与酶发生反应。在一些实施方式中,混合室2可以具有至少100英尺的垂直长度和至少30英尺的直径。反应过的生物质浆料7在混合室的排放处可以具有大约lOOOcp的相对低的粘度。
[0055]混合室2可以装备有在桨的两端附着到支撑杆4上的至少一个桨3。桨3可以是垂直定向的并且可以被涂层以防止生物质和酶材料的粘附。该涂层可以是聚四氟乙烯材料如杜邦品牌的聚四氟乙烯或其它合适的涂层材料。此类合适的材料可以包括提供不粘表面的材料。在一些实施方式中,可能需要涂层材料耐腐蚀性的环境。在其它实施方式中,可能需要涂层材料能够抵抗碱性环境或中性PH值环境。混合室2还可以被涂层以防止生物质和酶材料的粘附。该涂层可以是聚四氟乙烯材料如杜邦品牌的聚四氟乙烯或其它合适的涂层材料。混合室2还可以在反应器容器10的内部。通过在每一端附着到支撑杆4上,桨3保持刚性。支撑杆4附着到基本上沿着混合室2的中心轴线安置的中心轴5上。中心轴5可以附着到马达6上。中心轴5通过马达6进行圆周运动以使得所有桨3同时以缓慢的、恒定的、单向的方式在混合室2内移动。
[0056]随着生物质和酶的浆料材料I向下移动通过混合室2,酶与生物质和酶的浆料材料I中的生物质发生反应以将生物质和酶材料的粘度从大约15000cp降低到混合室2的底部处的大约lOOOcp。反应过的生物质浆料7可以被送出混合室2用于进一步处理。
[0057]根据生物质和酶材料的粘度,桨3可以附着到支撑杆4上以使得桨3相对于桨3的垂直轴线的角度在负25度到正25度的范围内。在其它实施例中,对于混合来源于木浆、甘蔗渣或农业残余物的生物材料和酶,正15度到负15度的范围可能是可取的。
[0058]如果需要,偏离桨3的垂直轴线的角度可以沿着桨3的垂直长度变化。该实施方式更详细地描述在图6中。
[0059]在其它实施方式中,沿着水平面测量的桨3的横截面面积可以沿着垂直浆3的长度变化以使得桨3在沿着桨的一个位置的宽度大于在沿着浆的另一个位置的宽度。该实施方式更详细地描述在图6中。
[0060]图2示出了附加流动锥28的立式圆柱形反应器容器20。流动锥28可以在混合室22的顶部刚好在支撑杆24的上方附着到中心轴25上。位于混合室22顶部的支撑杆24可以接合垂直桨23。马达26还可以接合和旋转中心轴25。流动锥28更详细地显示在图5中。
[0061]图3示出了用在图1、图2和图7的反应器容器中的桨33的一部分。桨33基本上在图1的混合室2的长度的90%或80%之间,或者其可以小于整个长度,例如大于混合室2的长度的50%。大于混合室2的长度的50%的桨长度可能是促进生物材料例如木肩、甘蔗渣和农业残余物的活塞流所需要的。
[0062]图4示出了桨的示例性设计。桨具有水翼设计43,其在生物质和酶材料I以活塞流方式沿着图1中的混合室2的长度成螺旋形地向下移动时允许生物质和酶材料I的平滑移动。
[0063]图5示出了流动锥28的切除区域。圆锥体的侧面具有不同的长度,例如一侧面58可以比相对的侧面57短。流动锥28可以是中空的,并且可以安装在图2的支撑杆24的上方。流动锥28可以被涂层以防止生物质和酶材料的粘附。该涂层可以是聚四氟乙烯材料如杜邦品牌的聚四氟乙烯或其它合适的涂层材料。流动锥28将进入反应器容器20的生物质和酶的浆料材料21均匀地分布在反应器容器20的圆形区域上并且可以沿着混合室22的内表面形成生物质和酶材料的厚垫状层。所述垫层防止没有完全结合在生物质和酶材料的浆料中的液体聚集和形成更重的、更大粘性材料的内核。这样的核可以沿混合室22向下行进并且将位于混合室22底部的较低粘性材料向上推从而扰乱活塞流。
[0064]图6a示出了示例性桨63的俯视图。桨63具有水翼形状和不一致的被称为迎角的偏离垂直轴线的偏置角。桨63的顶部631可以限定第一射线633。桨63的底部632可以限定第二射线634。桨63的主体635跨越由第一射线和第二射线形成的角以沿着桨63的长度形成不一致的迎角。
[0065]图6b示出了桨63的侧视图,其中桨的主体635具有由桨63的顶部631和底部632限定的不一致的迎角。
[0066]图6c是桨63的另一个俯视图。桨63可以是平面的而且浆63的底部632的横截面面积可以比浆63的顶部631的横截面面积大以形成具有不一致的横截面面积的桨63的主体635。该实施方式还示出了不一致的横截面面积如何可以被用来形成不一致的迎角。
[0067]图7a示出了附加流动锥78的立式圆柱形反应器容器70的实施例。流动锥78可以附着到中心轴75上。中心轴可能不延伸超过位于混合室72的顶部或底部的支撑杆74。马达76可以接合并旋转中心轴75。反应过的生物质浆料77可以被送出混合室72用于进一步处理。
[0068]图7b描绘了生物质和酶材料中的颗粒的理想活塞流路径。在一实施方式中,垂直桨73在基本相同的方向上移动,生物质和酶材料中的颗粒倾向于以螺旋形路径721向下移动通过混合室72。
[0069]图8a示出了附加流动锥88的立式圆柱形反应器容器80的实施例。立式圆柱形反应器容器80可以由容器支架803支撑。流动锥88可以附着到中心轴85上。马
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