专利名称：低高径比同心多导流筒气升式环流反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物反应器，尤其涉及一种气升式环流反应器的结构设计，属于生物化工及发酵工业技术领域。
为了获得良好的环流效果和较高的传质性能，传统的气升式环流反应器的高径比需要达到7以上，而目前广泛使用的机械搅拌发酵反应器的高径比通常仅为2～3，这是搅拌罐改造为气升式反应器的技术瓶颈。此外，对于大体积的气升式环流反应器，过高的高径比使得装液液位过高，从而能耗相应增加。因此，有必要探索低高径比气升式环流反应器的实用性与可行性。
中国实用新型专利(专利号96243397.7)公开了一种“低高径比气体环流生物反应器”，该反应器采用外筒和单个内导流筒，并通过设置特别设计的喷嘴和挡板来提高混合和传质性能，但是由于该种反应器的结构设计复杂，设备改造费用增加，并不适合于机械搅拌反应器的改造。甘一如等人在“低高径比喷射式环流反应器结构的研究”[《化学反应工程与工艺》，1999，15(3)]中，提出了多导流筒的结构形式，发现多导流筒的结构可以有效地改善反应器过低高径比带来的气体利用率低的问题。在该喷射式环流反应器中，采用了4个导流筒并联排列，在一定程度上增加了反应器内的局部高径比，但是四个导流筒内部都是升液区，而导流筒外部只有一个降液区，因而反应器降液区的气泡持有率并没有明显增加。导流筒并列排布，易造成导流筒外降液流区域局部流动死角。此外，低高径比喷射式环流反应器液位不能过高，否则容易造成反应器上部流体局部湍动加剧，从而引起反应器流体循环流动恶化。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种低高径比同心多导流筒气升式环流反应器，主要包括反应器外筒、内导流筒及含有气体喷嘴的底部气体分布装置，其特征在于在反应器外筒内部同心安装至少三个内导流筒，每两个相邻导流筒之间形成一个流体流动的环形区域，所述气体喷嘴安装在反应器底部相间的环形区域内。
本发明中采用的气升式环流反应器，采用多导流筒同心摆放和气体喷嘴间隔排列的结构形式，通过间隔分布的气体喷嘴使得反应器内部流场形成多个相间排列的升液区和降液区，不仅增加了反应器的局部高径比和良好的传质性能，大大降低了传统气升式环流反应器较高高径比的要求，而且能方便的将传统的机械式搅拌罐结构改装成低高径比的气升式环流反应器结构，工艺简单，设备费用大大降低，并能满足绝大多数发酵工艺要求；同时采用本发明，反应器规模可不受限制。
图2为本发明采用三个导流筒时气体喷嘴间隔安装的一种实施例的结构示意图。
图3为本发明采用三个导流筒时气体喷嘴间隔安装的另一种实施例的结构示意图。
每组气体喷嘴在相应环流区域底部应均匀排布，这样气体分散均匀，传质效果较好。
将多个导流筒安装于反应器外筒内部，应尽量使得形成的多个环流区域截面积相等，从而使得流体流动阻力相对较小。
拆除导流筒I和导流筒III，即为单导流筒反应器，本实施例中通过第I组和第II组喷嘴通气，可以用于与多导流筒反应器的对比实验。
采用床层膨胀法测定反应器的气含率，电极响应曲线法测定反应器环流速度，化学氧化法测定反应器体积平均传质系数。多导流筒气升式环流反应器与单导流筒相比，气含率提高10～30％，单位时间内的循环液量提高50～70％，传质系数提高10～40％。
可以看出，采用多导流筒结构的低高径比气升式环流反应器可以获得较好的环流和传质效果，既是一种新型的低高径比生物反应器型式，又适用于普通低高径比机械搅拌发酵罐的改造，是一种极具有工业应用前景的生物反应器。
权利要求
1.一种低高径比同心多导流筒气升式环流反应器，主要包括反应器外筒、内导流筒及含有气体喷嘴的底部气体分布装置，其特征在于在反应器外筒内部同心安装至少三个内导流筒，每两个相邻导流筒之间形成一个流体流动的环形区域，所述气体喷嘴安装在反应器底部相间的环形区域内。
2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于所述气体喷嘴在相应环形区域底部均匀排布。
3.按照权利要求1或2所述的反应器，其特征在于所述的多个同心导流筒所形成的多个环流区域截面积相等。
全文摘要
低高径比同心多导流筒气升式环流反应器，涉及一种气升式环流反应器的结构设计。本发明采用多导流筒同心摆放和气体喷嘴间隔排列的结构形式，通过间隔分布的气体喷嘴使得反应器内部流场形成多个相间排列的升液流区和降液流区。本发明与现有技术相比，不仅进一步增加了反应器的局部高径比，提高了传质性能，大大降低了传统气升式环流反应器较高高径比的要求，而且能方便的将传统的机械式搅拌罐结构改装成低高径比的气升式环流反应器结构，工艺简单，设备费用大大降低，并能满足绝大多数发酵工艺要求；同时采用本发明，反应器规模可不受限制。
文档编号C12M1/04GK1397634SQ0212948
公开日2003年2月19日 申请日期2002年8月23日 优先权日2002年8月23日
发明者刘德华, 徐圆圆, 谢东明, 陈虹树 申请人:清华大学