专利名称：具有轻相分布管的多通道多相反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种气-液-液多相反应设备，特别涉及用于轻重两种互不相溶的两相介质反应的具有轻相分布管的多通道多相反应器。
随着石油及石化工业的发展，含油废水及燃料燃烧过程中废气的排放已日益增加，这些废物中主要含氯、硫、酚、氰及各种有机化合物，它们以各种方式排入周围环境，对生态环境造成严重危害。含油废水的排放严重污染水源，CO2的排放引起全球变暖，氮氧化物和硫氧化物的排出与酸雨的形成有关，威胁着森林、农田、河流的生态平衡，对于它们的治理已引起高度重视。利用从自然形成的生物群体中筛选、构建的微生物体系降解这些有毒、有害有机物的方法因具有成本低、费用省、反应条件温和、对环境影响小、无二次污染等优点已成为治理环境污染的有效途径之一。
近年来，对含酚、氰及印染颜料等有毒化合物的治理收到明显效果，但对含油废水的生化治理研究较少，且不够系统。生物脱硫(BDS)技术因其具有成本和操作费用低、无需加氢等优点，有希望成为传统加氢脱硫过程的辅助途径，用来进行含硫燃料的精制加工。
要使生物脱硫及生物废水降解技术的工业应用得以扩大，必须设计出适用于生物过程的反应器。目前研究较多的主要有搅拌釜反应器、气升式反应器、流化床反应器、固定床反应器和膜反应器，这些反应器各有优缺点。搅拌釜反应器在化工、石化及微生物应用工程的最初阶段，多采用机械搅拌反应器，该反应器如文献1:D.J.Monticells,Riding the fossil fuel biodesulfurization wave“Catch a wave and you’re sittin’on top of the world……”,CHEMTECH1998,7,38-45所述的，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内较大的剪切力不利于微生物生长且会引起油水反应系统的乳化现象，而且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。由动力学研究可知生物降解反应受产物和底物抑制，pH值也会影响反应，所以反应器的设计必须与控制系统相适应。设计具有良好混合特性的生化反应器，寻找有效的分离技术，力争与化工过程的优势互补，成为实现工业化和经济可行性的迫切要求。生物脱硫技术是实现21世纪绿色化学工程的一个有效手段，具有很高的社会效益，有必要深化发展。
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，如专利号ZL99255621.X，其原理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，喷嘴与中心管底口平齐。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。然而当上述气升式空气搅拌反应器应用于轻、重两个互不相溶的液相反应时，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％-30％)，密度差较大(0.1-0.2)，在吹气过程中一部分轻相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，反应器内传质效果较差。(2)若通气量较大，轻、重相极易产生乳化现象，不利于反应后期反应介质的分离，增大了过程的分离成本。
目前化工、石化及环保过程应用较多的还有固定床和流化床反应器，固定床反应器中无氧死角的存在，影响流体的流动、传质及微生物的生长。流化床反应器及用于生物脱硫过程的电喷射反应器，由于反应过程中强烈的乳化现象及较高的操作费用也给工业应用带来一定困难。
本实用新型的目的在于克服上述已有的反应器在处理含油废水生物降解体系及微生物催化脱硫体系的轻、重两个互不相溶的介质时，两相介质无法全部在反应器内完全循环和又不能破碎，而达不到多相介质均匀混合的缺点；为了提高反应器内传质效果，能使轻、重两相介质在反应器内、并在短时间内达到良好混合，从而提供一种结构简单、制造容易、能耗费用低、具有低剪切力的，及特别是用于含油废水利用生物处理及生物脱硫工艺中的具有轻相分布管的多通道多相反应器。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的多通道多相反应器包括反应器外壳为圆形外筒，反应器外壳上端口盖有一上端盖，上端口的边缘接有法兰，法兰与反应器上端盖之间有密封垫圈，通过螺母、螺杆将其密封固定，上端盖上开有进样孔、进气孔和测温孔，进气管通过进气孔插入反应器内底部；温度计由测温孔插入反应器中部；其特征在于在反应器外壳上部开有轻相取样孔，下部开有重相取样孔；反应器内安装一圆形环，圆形环上开有凹槽，凹槽下端开有多个凹槽小孔，每个小孔内嵌入一根直径略小于小孔孔径的下端弯曲向上的轻相分布管(这样便于轻相分布管嵌入凹槽下端的小孔内密封焊接)，并密封焊接相连通。其中所述的反应器的圆形环凹槽上的凹槽小孔的开孔率为2-30％，其中所述的反应器中的圆形环在反应器内的安装高度小于反应器2/3高度。
其中所述的反应器还包括采用外置式加热保温方式，即在反应器壳上安置一外换热式的通冷热水的夹套，与摇床控温器电连接。或在反应器内安装通常的加热和控温装置，加热管与在反应器外的通常的控温装置电连接，使反应器内温度控制在适应生物生长及反应的范围内。
其中所述的反应器高径比在1.5-2.0之间的，可以置于摇床培养箱中应用。
其中所述的反应器还包括在反应器内装有一搅拌器。
本实用新型可根据处理量和体系的特点，选择反应器的体积及操作方法。即可用间歇操作，也可进行连续操作。处理量小时，选用小体积反应器，反应器置于摇床培养箱中摇动。处理样品量大时，选用大体积反应器，反应器需置于摇包架上使用。当反应器被摇动时，反应器内上层轻油相高于圆形环，溢于凹槽中，通过轻重相分布管到达反应器底部，由于比重小，轻相呈油珠由反应器底部浮至反应器上方，从而完成轻油相与重相中微生物发生反应的过程。反应进行了一定时间后，将反应器静置，从轻相取样孔吸取上层轻相，从重相取样孔吸取下部重相进行分析；反应完成后，轻、重相分别取出后进行后处理。
本实用新型的优点在于1、轻相分布管为本实用新型反应器的重要部分，当反应器被摇动或搅动时，上层轻油相高于轻重相分布器的圆形环，由于重力作用落入多相分布器的凹槽，通过轻重相分布管到达反应器底部，形成油珠冒出，由于比重小，又由反应器底部浮至反应器上方，从而完成轻油相与重相中微生物发生反应的过程；轻相分布管同时起了挡板的作用，既抑制了油水相的乳化，又能为反应介质提供良好的传质，传热界面，并达到多相介质均匀混合。
2、本实用新型的反应器有法兰、垫圈、螺母和螺杆，其作用是将反应系统密封，从而实现整个过程的无菌操作，并且该连接方式的优点还在于使得反应器拆装方便，易于物料的更换和反应器的洗涤。
3、本实用新型的反应器外壳上开有轻、重相取样孔，便于反应过程中取样分析，有利于油水相的分离；取样孔由螺帽拧紧，取样时拧开，同时借以放掉累积气体，减小反应器内压力，并且结构简单、能耗低。
4、本实用新型的反应器还可在摇床或摇包架上操做，给反应系统提供外加动力及热源；电加热管通过触点温度计在采用内热式时为反应介质提供适宜的温度，从上端盖插入反应器的温度计用以观察过程温度。
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本实用新型多通道多相反应器的纵向剖面图图2本实用新型多通道多相反应器中轻相分布管的俯视图图3本实用新型多通道多相反应器中轻相分布管的纵向剖面图图4a本实用新型的多通道多相反应器内轻、重相分布图b未安装多通道轻重相分布管反应器内轻、重相分布图反应器外壳5为圆形外筒，反应器上口盖有一上端盖1，反应器上端盖1开有进样孔3，进气孔2，测温孔13；进气管7通过进气孔2插入反应器底部；温度计经测温孔13插入反应器中部；反应器上端盖1通过真空密封垫圈10，螺母11和螺杆9与反应器外壳5上口的外接法兰12密封连接；反应器内部装一带凹槽14的圆形环16，圆形环凹槽14下端开有多个凹槽小孔15，其开有多少个凹槽小孔15是按30％计算，共开有2-30个，每个凹槽小孔15内嵌入一根轻相分布管17并密封焊接相连通，轻相分布管17下端弯曲向上；反应器外筒5上部开有轻相取样孔6，下部开有重相取样孔8。
本实施例应用时即可用间歇操作，也可进行连续操作。处理量小时，选用小体积反应器，当反应器的高、径比在1.5-2.0之间，反应器可置于摇床培养箱中摇动使用。当作成大体积反应器时，反应器需置于摇包架上使用。
实施例2其余部分同实施例1，只是在反应器的外围增加一外置式换热保温装置，或在反应器内安装市售的加热管4，加热管4与在反应器外的通常的控温装置电连接，使反应器内温度控制在适应生物生长及反应的范围内。
权利要求1.一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，包括反应器外壳(5)，反应器外壳(5)上端口上盖有一上端盖(1)，反应器上端盖(1)开有进气孔(2)、进样孔(3)、测温孔(13)，进气管(7)从进气孔(2)插入到反应器内底部，温度计通过测温孔(13)插入反应器中部，上端口的边缘接有法兰(12)，法兰(12)与反应器上端盖(1)之间装有密封垫圈(10)，并通过螺母(11)、螺杆(9)密封固定住，其特征在于在反应器内装有一圆形环(16)，圆形环(16)带有多个凹槽(14)，凹槽(14)内开有多个凹槽小孔(15)，每个凹槽小孔(15)内嵌入一根轻相分布管(17)；在反应器外壳(5)上部开有一轻相取样口(6)，在反应器外壳(5)下部开有一重相取样口(8)。
2.按权利要求1所述的一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，其特征在于所述的轻相分布管(17)的下端是向上弯曲的。
3.按权利要求1所述的一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，其特征在于所述的圆形环的凹槽上按开孔率为2-30％开有多个小孔。
4.按权利要求1所述的一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，其特征在于所述的反应器还包括在反应器内装加热管(4)，加热管(4)与外部的控温器电连接。
5.按权利要求1所述的一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，其特征在于所述的反应器还包括在反应器壳上安置一外换热式的通冷热水的保温夹套，与摇床控温器电连接。
6.按权利要求1所述的一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，其特征在于所述的反应器还包括在反应器内装有一搅拌器。
专利摘要本实用新型涉及一种具有轻相分布管的多通道多相反应器，包括反应器外壳，其上端口上盖一带进气孔、进样孔、测温孔的上端盖，进气管从进气孔插到反应器底部，温度计通过测温孔插入反应器中部，上端口的边缘接有法兰，通过螺母、螺杆把法兰、垫圈密封固定，反应器内装一带有凹槽的圆形环，凹槽内开有多个凹槽小孔，小孔内分别嵌入一轻相分布管；在反应器外壳上部开有一轻相取样口，下部开有一重相取样口。该反应器为反应介质提供良好的传质，传热界面，具有低剪切力。
文档编号B01J14/00GK2451219SQ0025796
公开日2001年10月3日 申请日期2000年10月23日 优先权日2000年10月23日
发明者姜成英, 朱星华, 刘会洲, 安震涛, 陈家镛 申请人:中国科学院化工冶金研究所