专利名称：列管式固定床生物反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工生产设备，具体是一种列管式固定床生物反应器。
背景技术：
现有技术中，利用生物催化剂的生物转化过程一般采用固定床式反应器。随着生产规模化，反应设备体积逐渐变大，这样，逐渐发现大体积反应设备的弊端。首先，大体积的反应器内部固体填料受热不均，不同部位之间温度差异大；其次，液相原料从反应器上方通过填料层时分布不良，导致填料有效面积减少，并产生沟流和严重壁流，致使催化效率降低；再者，大体积反应设备难以拆卸，而生物转化使用的生物酶催化剂寿命短，需频繁更换，也导致产率降低和资源浪费。
可见，现有技术领域缺乏满足这种生物反应要求的生产设备。
发明内容
要解决的技术问题本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种适合进行工业化生物反应、产率高、资源利用率高的列管式固定床生物反应器。
技术方案为了达到上述目的，本发明提供一种列管式固定床生物反应器，它包括上封头体02、反应腔22、下封头体12，其中上封头体02和下封头体12内是空腔。其中，上封头体02的下部与反应腔22的上部相连，反应腔22的下部与下封头体12相连。上封头体02开有进液口01，下封头体12开有排液口11。在反应腔22内有多条填料列管13，填料列管13用于装填各类固体填料，它的长度与反应腔22相匹配。在每个填料列管13的上端有形状、大小相匹配的分布器06，所述分布器06的中部均匀地开有多个通孔17，分布器06朝向填料列管13方向有布液管19，布液管19与通孔17对应相通。分布器06的上面有形状、大小相匹配的渗透膜05。上封头体(02)内的液体通过渗透膜05、分布器06被均匀地喷洒在所述填料列管13内。填料列管13的下端与下封头体12的空腔相通。在各个填料列管13之间、填料列管13与反应腔22之间用过渡连接板18连接。
优选地，上封头体02、反应腔22、下封头体12有裙边，以便用机械零件(例如螺栓、螺母、螺纹法兰等)把它们固定在一起。
优选地，在填料列管13上部还有法兰。过渡连接板18的形状优选地与填料列管13、反应腔22的形状相匹配，它安装在靠近填料列管13上部的位置，并与相邻的填料列管13的法兰相接，并与反应腔22的裙边相接，并用机械零件把裙边和过渡连接板18、过渡连接板18和法兰固定在一起。
根据上述反应器的一种优选的实施方式，其中上封头体02内的空腔是进料腔08，进料腔08内有进液管04，进液管04与进液口01相通，其后端延伸至进料腔08内。
优选地，进液口01设于上封头体02的侧面，所述进液管04是直的或弯曲的。
更优选地，进液管04以水平切线的方式延伸至进料腔08内，或以水平方向伸入进料腔08内再垂直向下延伸至进料腔08底部。
根据上述反应器的一种优选的实施方式，其中所述渗透膜05是240-1000目。
根据上述反应器的另一种优选方式，其中所述填料列管13的数量是2-100根，每根填料列管13的直径是60-400mm，每根填料列管13的长度是200-4000mm。
根据上述反应器的一种优选的实施方式，其中所述填料列管13是可拆卸的。
优选地，通孔17的孔径是1-4mm，每个分布器06上的布液管19的数量是2-600根，每根布液管19的外径是4-8mm，它的内径与通孔17的孔径相匹配。通孔17的孔径中心之间、布液管19管径中心之间的距离是6-12mm。
更优选地，所述通孔17的孔径是4mm，所述布液管19的数量是210，每根布液管19的外径是4mm，内径是1mm，所述通孔17的孔径中心之间、所述的布液管19管径中心之间的距离是6mm。
有益效果本发明的列管式固定床生物反应器由于采用了多个填料列管和分布器的设计，使液相原料能均匀地分布在固体填料上，进行充分反应。反应所得的产物靠自重和压力的作用从反应器下部排出，不会造成液体原料在填料列管内的返混，而且反应过程中产生的副产品停留在填料列管内的时间短，大大减少了副产品对催化剂的损害，从而提高了产率和资源利用率。
另外，本发明的列管式固定床生物反应器内的填料容易更换。本发明的列管式固定床生物反应器结构合理简单，易于实现，操作简单。
图1为实施例1的列管式固定床生物反应器的主视图；图2为实施例1的列管式固定床生物反应器延A-A方向的俯视图；图3为实施例1的分布器的仰视图；图4为实施例1的分布器的主视图；图5为实施例1的列管式固定床生物反应器在B区域的放大图。
图中，01、进液口；02、上封头体；03、压环；04、进液管；05、渗透膜；06、分布器；07、橡胶垫；08、进料腔；09、下封头体空腔；11、排液口；12、下封头体；13、填料列管；14、外套；15、夹套；16、排液门；17、通孔；18、过渡连接板；19、布液管；20、螺纹法兰；22、反应腔。
具体实施例方式
下述实施例结合附图非限制性地说明本发明列管式固定床生物反应器。本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明做出各种变化和修改，但所有等效的技术方案都属于本发明的范畴，本发明保护范围是由本申请权利要求书所限定的。
实施例1本实施例说明本发明的一种优选具体实施方案。参见图1，在本实施例中，立式的列管式固定床生物反应器高度约2.5m，外径约0.8m，整个列管式固定床生物反应器的壳体主要由三部分组成，分别是上封头体02、反应腔22、下封头体12，在外套14外还有起传热作用的夹套15。上封头体02、反应腔22、下封头体12有裙边，以便在上封头体02与反应腔22之间、反应腔22与下封头体12之间用螺栓、螺母固定。在本实施例中，进液口01位于上封头体02的侧面，离上封头体02底部高度约50cm处，它与进液管04相连。进液管04是水平方向设置的直管，向内伸至进料腔08的内部。
参见图1、图2，反应腔22内有3根不锈钢制成的填料列管13，每根填料列管13的外径是250mm，长度是2m。参见图5，在靠近填料列管13上部的位置有过渡连接板18，过渡连接板18的作用是在各个填料列管13之间、填料列管13与外套14之间起连接作用，以便用螺栓和螺纹法兰将它们固定连接在一起。填料列管13的上端通过分布器06与进料腔08相通，填料列管13的下端直接与下封头体空腔09相通。参见图3、图4、图5，分布器06为圆形，其大小和填料列管13上部的螺纹法兰20相匹配，分布器06的边缘厚度约15mm。在每个分布器06的中部，以分布器06圆心为中心均匀分布210个通孔17，通孔17的孔径是4mm。每个通孔17对应地与一个布液管19相通，布液管19长5mm，内径1mm，外径4mm。通孔17的孔径中心之间、布液管19的管径中心之间距离6mm。
参见图5，在分布器06顶部有无纺布制成的300目渗透膜05。渗透膜05的面积与分布器06的大小相匹配。具体安装渗透膜05时，将分布器06置于填料列管13上端，在分布器06上覆盖渗透膜05。分别在渗透膜05的边缘上方和分布器06的边缘下方使用橡胶垫07，并用螺栓穿过压环03、橡胶垫07、渗透膜05、分布器06、过渡连接板18，与螺纹法兰20固定。
在每个填料列管13内设填料支撑架，用于稳定和支撑固体填料。
每个填料列管13的下端直接与下封头体空腔09相通，反应得到的液相产物经下封头体空腔09从排液口11排出。
使用本实施例的列管式固定床生物反应器作为工业生产设备。只需在填料列管13内填装相应的固体填料，将预先配好的液相原料用泵泵入反应器的进液口01。液相原料沿切线方向经进料管04进入反应器的进料腔08内，进料时液体沿进料腔08的内壁作旋转式涡流运动，进一步混合，然后充满进料腔08，产生压力。由于自重和压力的作用，液相原料穿过设于反应腔22顶部的渗透膜05、通过分布器06向填料列管13内喷洒，均匀地喷洒在固体填料上，进行反应。
可以看出，由于采用了多个填料列管和列管式分布器的设计，液相原料能均匀地分布在固体填料上并充分反应，从而提高了产率。反应所得的产物靠自重和压力的作用从反应器下部排出，不会造成液体原料在填料列管内的返混，而且反应过程中产生的副产品停留在填料列管内的时间短，大大减少了副产品对催化剂的损害，延长了催化剂寿命，提高资源利用率。
实施例2本实施例说明本发明的另一种具体实施方案并用作酯化反应器。在本实施例的列管式固定床生物反应器高度约1.8m，外径约1.5m，该反应器主要由三部分组成，分别是上封头体、反应腔、下封头体，之间用机械方法固定。在上封头体顶部设有进液口，进液口和进液管相通，进液管是弯曲的，并延伸至进料腔底部。
反应腔内有92根填料列管，每根填料列管的外径是80mm，长度是0.7m。填料列管的上端同样设有分布器，在靠近填料列管上部的位置有螺纹法兰，分布器的形状、大小和该螺纹法兰相匹配。在每个分布器的中部均匀地分布68个通孔和布液管，通孔的孔径是4mm，布液管长10mm、内径1mm，与通孔连通。设备元件之间(例如分布器与填料列管之间、各个填料列管之间、填料列管与外套之间、上下封头体与外套之间等)用现有的机械方法连接固定。在每个分布器的上部安装800目渗透膜。
每个填料列管的下端直接与下封头体空腔相通，反应得到的液相产物经下封头体空腔从排液口排出。
使用本实施例的列管式固定床生物反应器作为酯化反应器。在填料列管内填装反应所需的固体填料，液相原料经进料管、渗透膜后通过分布器均匀地喷洒在填料列管中，经过固体生物催化剂作用进行反应。反应所得的产物从下部排出。
可以看出，本发明的列管式固定床生物反应器可以方便的应用在多种化工生产中，并特别地涉及生物酶催化剂的反应。本发明结构简单，易于操作，从使用效果来看能有效提高产率和资源利用率。
权利要求
1.一种列管式固定床生物反应器，它包括上封头体(02)、反应腔(22)、下封头体(12)，所述的上封头体(02)和下封头体(12)内是空腔，其特征在于上封头体(02)的下部与反应腔(22)的上部相连，反应腔(22)的下部与下封头体(12)相连；所述上封头体(02)开有进液口(01)，下封头体(12)开有排液口(11)；在反应腔(22)内有多条填料列管(13)，所述填料列管(13)的长度与反应腔(22)相匹配；在填料列管(13)的上端有形状、大小相匹配的分布器(06)，所述分布器(06)的中部均匀地开有多个通孔(17)，所述分布器(06)朝向填料列管(13)方向有布液管(19)，布液管(19)与通孔(17)对应相通；所述分布器(06)的上面有形状、大小相匹配的渗透膜(05)；上封头体(02)内的液体通过渗透膜(05)、分布器(06)被均匀地喷洒在所述填料列管(13)内；所述填料列管(13)的下端与下封头体(12)的空腔相通；在各个填料列管(13)之间、填料列管(13)与反应腔(22)之间用过渡连接板(18)连接。
2.根据权利要求1所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述上封头体(02)内的空腔是进料腔(08)，所述进料腔(08)内有进液管(04)，进液管(04)与所述进液口(01)相通，其后端延伸至进料腔(08)内。
3.根据权利要求2所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述进液口(01)设于上封头体(02)的侧面，所述进液管(04)是直的或弯曲的。
4.根据权利要求3所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述进液管(04)以水平切线的方式延伸至所述进料腔(08)内，或以水平方向伸入进料腔(08)内再垂直向下延伸至进料腔(08)底部。
5.根据权利要求1所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述渗透膜(05)是240-1000目。
6.根据权利要求1所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述填料列管(13)的数量是2-100根，每根填料列管(13)的直径是60-400mm，每根填料列管(13)的长度是200-4000mm。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述填料列管(13)是可拆卸的。
8.根据权利要求1所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于上封头体(02)、反应腔(22)、下封头体(12)之间通过裙边用螺栓、螺母进行连接固定。
9.根据权利要求1所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述通孔(17)的孔径是1-4mm，每个分布器(06)上的布液管(19)的数量是2-600根，每根布液管(19)的外径是4-8mm，它的内径与所述的通孔(17)的孔径相匹配，所述通孔(17)的孔径中心之间、所述的布液管(19)管径中心之间的距离是6-12mm。
10.根据权利要求9所述的列管式固定床生物反应器，其特征在于所述通孔(17)的孔径是4mm；所述布液管(19)的数量是210，每根布液管(19)的外径是4mm，内径是1mm，所述通孔(17)的孔径中心之间、所述的布液管(19)管径中心之间的距离是6mm。
全文摘要
本发明提供一种列管式固定床生物反应器，它包括上封头体(02)、反应腔(22)、下封头体(12)，其中，上封头体(02)的上部开有进液口(01)，反应腔(22)内有多条填料列管(13)，所述填料列管(13)内装有固体填料；填料列管(13)的上端设有分布器(06)，在分布器(06)的中部均匀地开有多个通孔(17)；所述上封头体(02)内的液体通过分布器(06)均匀地喷洒在所述填料列管(13)内。使用本发明的列管式固定床生物反应器，结构简单，易于操作，能有效地提高产率和资源利用率。
文档编号C12M1/24GK101020891SQ20071000339
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月7日 优先权日2007年2月7日
发明者徐志文, 孟永宏, 陈晓杰, 周志奇, 李月娟 申请人:秦皇岛领先科技发展有限公司