专利名称：气升式空气搅拌反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气、液、固两相或三相化工操作反应器，特别涉及气升式空气搅拌反应器。
化学工业及湿法冶金工业的最初阶段，多采用机械搅拌反应器，其优点为搅拌转速、方向可以调节，适用范围较广。但在应用过程中也存在许多问题如在高温、高压条件下进行操作，轴的密封是一个大问题，同时设备内部的检修和维护都很不方便，更主要的问题是机械搅拌反应器放大到一定规模后再进行放大就非常困难。
随着科技的进步和工业的发展，在反应器的研究上出现了气升式空气搅拌反应器。已在冶金、石油、化工、制药、废水处理等领域广泛使用的气升式空气搅拌反应器是利用流体的喷流产生搅拌的原理对反应体系进行搅拌混合的管式反应器，反应器中心安装一个竖直的空管(中心管)，进气喷管从外管锥形底端插入，喷嘴与中心管平齐，当空气以一定流速吹入时，在中心管中造成负压，周围的固体、液体从底部被吸入中心管，并被具有较大动能的气体携带到顶部，动能转化为势能，在势能转化为动能的过程中，再返回外管，如此循环往复，从而达到搅拌混合，并进行化学反应。在这种反应器中没有运动部件，动力消耗少，且结构比较简单，因而一直被广泛应用。
然而当上述巴槽反应器应用于轻、重两个互不相溶的液相反应时，当轻相相对于重相极少时，发现该结构的不足之处在于(1)，由于轻相与原体系中的液体相比，数量少(1％-5％)，密度差较大(0.1-0.2)，在吹气过程中一部分只能漂浮在重相上面，即无法在反应器中全部循环，又不能破碎，更达不到均匀混合，反应器内传质效果极差。(2)，由于大多数巴槽为敞口，轻相极易被通入的气体携带挥发，影响反应进行。
本实用新型的目的是克服原巴槽反应器的缺点，提供一种在轻、重两个互不相溶的液相反应时，能在短时间内达到良好混合，且轻相不会逸出的结构简单的气升式空气搅拌反应器。
本实用新型的技术方案是包括圆形反应器外管13、法兰10、垫圈7、锥形底9、开有取样孔2、测温孔15的上端盖1及外中心管14，其特征在于外中心管14内安装有较细的内中心管4，其外中心管14与内中心管4下端之间用环封闭连接，上端通过支撑板17连接，三管之间保持适当的间距；在内中心管4距其底部一定高度处(根据需要)开有数个小孔6；在反应器内有一与圆形反应器外管13内壁相连接且在内中心管4及外中心管14上方的横杆16，一弧形挡板3悬挂在横杆16上。不锈钢通气管12从反应器的锥形底部进气孔8插入。支撑板17可根据需要设置多个。
本实用新型是在原巴槽反应器的中心管内又安装了一个较细的中心管(内中心管)，三管之间保持适当的间距，将内、外中心管下端封闭连接，使内、外管内大循环的下端流动状态与原气升式空气搅拌反应器中下端流动状态相同，同时在内中心管下端开一定数量的小孔，使内、外中心管之间介质形成原反应器中没有的小循环。反应器可根据应用条件、环境选择不同材料。
整个反应器通过法兰、垫圈将上端盖和锥形底端与反应器外管连接，以达到良好密封，防止轻相挥发及介质被污染；反应器外管与外中心管之间采用螺母活动连接，有利于反应器拆装清洗外中心管与内中心管下端封闭，使内、外管内大小循环的下端流动状态与原巴槽反应器中下端流动状态相同，内中心管下端开一定数量的小孔是为了保证内、外中心管之间形成小循环，当反应介质到达两管之间底部时由开孔突缩以较大的速度进入内中心管由于气体流动形成的负压区，再由气体携带在反应器各管之间进行循环；在反应器的中心管上方通过横杆吊装一弧形挡板，其直径略大于外中心管，当上升气体携带液-液，液-固相上升时，弧形挡板可以防止上升相的飞溅，将其势能转化为动能，加大上升相返回各管的速度。此外，反应器中还装有电加热管，通过触点温度计控温，从上端盖插入反应器的温度计用以观察过程温度。取样孔由螺帽拧紧，取样时拧开，同时借以放掉积累空气，减小反应器内压力。
本实用新型反应器应用于石油、化工、生物冶金、制药等其它领域同样可以取得良好效果。
本实用新型气升式空气搅拌反应器中流体循环分为两部分A.中心管小循环当开始鼓气时上面轻相在气体携带及弧形挡板作用下在两中心管之间向下流动，并与气流不断向上运动携带的颗粒或矿混合，同时被破碎，形成内外中心管之间的小循环。
B.中心管大循环被破碎的轻相，当到达内外中心管之间底部时由底部开孔形成的负压再吸入内中心管，由气体携带在反应器各管之间进行大循环。
本实用新型气升式空气搅拌反应器中流体达到稳定时两个循环同时进行，即防止了轻相的凝并，又达到均匀混合的效果。图3，图4对本实用新型反应器与原巴槽反应器中气相、轻相的运动状态与效果作了对比，表1给出了本实用新型中轻相液滴直径随时间瞬间减小的数据，实验结果表明，改进后的本实用新型反应器中传质性能好，反应速度快，且因无机械搅拌，剪切力小，微生物生长状况好，从而比原气升式空气搅拌反应器获得较高的除油率，而且有利于微生物循环再利用。
表1轻相液滴直径随时间变化数据
器内轻油相直径10分钟内即可从20μm降到12μm。
以下结合附图及实施例对本实用新型的技术方案作进一步的描述。
图1本实用新型反应器结构纵剖示意图；图2本实用新型反应器各管连接结构横剖示意图；图3本实用新型反应器中反应介质的扩散过程及分散状况示意图；A1起始状态，反应器中加入一定比例的水与轻相；A2开始通气，两中心管间进行轻相被吸下的小循环，同时轻相被破碎；A3通气之后瞬间，大循环开始，轻相被进一步破碎；A4一定时间后，轻相液滴破碎到一定大小并与水相完全混合，开始稳定循环；图4原气升式空气搅拌反应器中反应介质的扩散过程及分散状况示意图；B1起始状态，巴槽中加入一定比例的水与轻相；B2开始通气，轻相浮在水相上面未向下运动；B3达到一定气速后轻相开始向下运动，但液滴直径较大，而且很快凝并；B4达到稳态，反应器上层仍有少量轻相浮在上面，达不到完全混合；图5本实用新型反应器中轻相液滴直径随时间瞬间减小图。图标名称
1.上端盖 2.取样孔 3.弧形挡板 4.内中心管 5.电加热管 6.孔7.垫圈 8.进气孔 9.锥形底 10.法兰 11.螺钉12.通气管 13.反应器外管14.外中心管 15.测温孔及温度计16.横杆17.支撑板18.支撑杆 19.螺母 20.轻油相21.气泡22.油滴实施例1.
本实用新型反应器应用在细菌处理含油废水。
分别在有效容积均为6.8L的有机玻璃型原气升式空气搅拌反应器、本实用新型反应器中进行，两个反应器中均装有电热管自动控温装置。将6L无菌培养液，300mL培养好的菌液及60mL轻油相(十二烷)分别加入两个已灭菌的反应器中，拧紧反应器上端盖8，密封反应器，反应器外管内径为Φ180mm，外中心管内径为Φ100mm，内中心管内径为Φ60mm，反应器外管与外中心管用支撑杆连接固定，外中心管与内中心管上端用支撑板连接固定，下端用密封板连接固定，直径为120mm的弧形挡板挂在内外中心管上方50mm处。空气经过滤灭菌后由底部通气管12引入，调节通气量为0.25m3/h，温度控制为25℃。本实用新型反应器开始通气时上层轻油相在上升空气携带下首先进入内中心管4，在其底部由于负压作用开始内中心管小循环，然后在气体作用下进入外中心管14，开始外循环并很快达到均匀混合，而原气升式空气搅拌反应器中只有流体单循环状况。
每隔6小时从取样孔2取样100mL萃取分离后进行气相色谱分析，降解时间为192小时。不同时间油相生物降解结果见附表2。
表2生物降解过程中十二烷浓度的变化时间(hr) 0 2448 72 96 120 144 168192本实用新44.82 40.51 32.08 21.80 11.58 10.26 9.54 8.51 5.11型反应器(g/L)原气升式44.82 40.00 38.21 30.15 26.77 22.53 18.55 19.02 17.19空气搅拌反应器(g/L)
权利要求1.一种气升式空气搅拌反应器，包括圆形反应器外管(13)、法兰(10)、垫圈(7)、锥形底(9)、开有取样孔(2)、测温孔(15)的上端盖(1)及外中心管(14)，其特征在于外中心管(14)内安装有较细的内中心管(4)，其外中心管(14)与内中心管(4)下端之间用环封闭连接，上端通过支撑板(17)连接，使三管之间保持适当的间距；在内中心管(4)距其底部一定高度处开有小孔(6)；在反应器内有一与圆形反应器外管(13)内壁相连接且在内中心管(4)及外中心管(14)上方的横杆(16)，一弧形挡板(3)悬挂在横杆(16)上。
专利摘要本实用新型特别涉及气升式空气搅拌反应器。包括圆形反应器外管、上端盖及外中心管,其特征在于外中心管内安装有较细的内中心管,其外中心管与内中心管下端之间用环封闭连接,上端通过支撑板连接,使三管之间保持适当的间距;在内中心管距其底部一定高度处开有小孔;在反应器内有一与圆形反应器外管内壁相连接且在内中心管及外中心管上方的横杆,一弧形挡板悬挂在横杆上。本实用新型为反应介质提供了快速、均匀混合的动力。
文档编号B01J10/00GK2403494SQ9925562
公开日2000年11月1日 申请日期1999年12月9日 优先权日1999年12月9日
发明者姜成英, 王蓉, 安震涛, 刘会洲, 陈家镛 申请人:中国科学院化工冶金研究所