专利名称：一种复式多通道轻重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相介质反应过程的传质、传热复式多通道轻重相反应器。
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，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。利用自然形成的生物群体中筛选、构建的微生物体系来降解这些有毒、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。由于技术和设备的缺乏，我国对含油废水及含硫、氮的石油及石油产品的生化治理研究较少，且不够系统。
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。搅拌釜反应器在高温、高压条件下进行操作时，轴的密封是一大问题，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；气升式反应器结构简单，没有运动部件，动力消耗少，应用直较为广泛，然而这种反应器应用于轻、重两个互不相溶的液相反应时，由于轻相与原体系中的液体相比，数量少，密度差较大，在吹气过程中一部分轻相只能漂浮在重相上面，无法实现两相均匀混合，反应器内传质效果较差；固定床反应器中由于存在无氧死区，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如文献2ERIC.N.KAUFMAN,JAME.B.HARKINS,and ABHUEEt P,BOROLE,comparison ofbatch-stined and Eletro-spray reators for biodesulfmition ofdibenrothiophene in crule oil and Hydro carbon feedstocks,AppliedBiochem,and Biotecheno,1998,73.127-144所述的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；多通道多相生物反应器的设计虽然能够在非乳化的条件下为油相及重相中的微生物提供较大的接触面积，但由于轻相分布管少，造成轻相通量小因而与微生物接触表面积小的缺陷。因此设计具有良好混合特性的生化反应器已成为实现化工技术工业化的迫切要求。
本实用新型的目的在于克服已有的反应器的缺点，为了使轻、重两相介质在反应器内完全均匀混合，增大轻相介质与微生物接触面积，从而提供一种结构简单、设备制造及能耗费用低的低剪切力的，并能使轻、重两相在短时间内达到良好混合、为含油废水生物治理及生物脱硫工艺的工业应用的复式多通道轻重相反应器。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型提供的复式多通道轻重相反应器包括反应器外壳为圆形外筒，反应器上口盖有一上端盖，上端盖上开有进样孔，进气孔，测温孔；进气管通过进气孔插入反应器底部；温度计由测温孔插入反应器中部；反应器上端盖与反应器上口边缘接的法蓝之间有一垫圈，通过螺母和螺杆把反应器外壳的外接法兰与上端盖密封连接；其特征在于反应器外壳上部开有轻相取样孔，下部开有重相取样孔，反应器内装有一圆形环，圆形环上固定均匀排列的2-10束轻相分布管束，每一束轻相分布管又由5-10根细管组成的，轻相分布管束下端弯曲向上。
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，高径比在1.5-2.0之间，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，置于摇包架上使用。其中所述的反应器中的圆形环的安装位置是在反应器内的高度小于反应器2/3高度处。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。还包括在反应器内装有一搅拌器。
当把本复式多通道多相反应器置于利用偏心轴原理运动的摇床上，通过摇床做无自转偏心摇动获得动能，随着转速的增加，反应器内液体的运动状态逐渐发生变化转速较低时，液体表面几乎是平静的，当转速增加到某一定值时，液面开始产生平摆运动，这是第一临界运动状态，此时液面波动对转速变化很敏感，转速稍高或稍低于相应转速时，摆动现象立即消失，这时反应器内轻重相无相对运动，仅能通过两相的接触面反应。随着转速的继续增加，液体表面由于共振，开始产生单一的波浪，象海浪一样起伏，并绕反应器内壁旋转，这时反应器内轻重相产生相对运动，轻相中心随反应器旋转较快，而四周旋转较慢，旋转中心下部轻相向上旋转升起，然后向四周散开，落入低于峰高的轻相分布管的各个小管，这种条件下虽然反应器内搅拌效果有所增加，但单峰海浪波运动状态的临界点对转速变化仍较敏感，当转速稍有变化时，波峰即开始下降，很快消失。当转速再继续增加到某一定值时，反应器内液面开始产生多个海浪波并绕容器内壁旋转，波峰并不跌落，但液体内部质点上下激烈跳动。转速继续加大，反应器内液体出现第二单峰海浪波运动状态，这种运动情况下，反应器内轻重相相对运动更激烈，波峰也较第一单峰海浪波运动时稍高，对实际反应体系更为有用。当继续增加转速到某一定值时，反应器内液体将产生旋转抛物面运动状态，这时液体内部质点运动最为剧烈，整个液体绕反应器旋转更快，但液体内部质点相对运动并不大，轻重相容易发生乳化。
本实用新型的优点在于1、轻相分布管束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，上层轻油相高于轻相分布管束各小管的上端口，由于重力作用落入轻相分布管束的各个轻相分布管)，通过轻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、反应界面，同时为生物系统提供温和、低剪切力的环境。
2、本实用新型的反应器上口边缘的法兰、垫圈、螺母和螺杆的设置作用是将反应系统密封，从而实现整个过程的无菌操作。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、在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，同时借以放掉积累空气，减小反应器内压力。
4、反应器还可同摇床或摇包架一起使用，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。
5、该反应器结构简单、材料便宜，占用空间小，细菌处理含油废水及微生物脱硫的研究过程证实了该实用新型反应器的高效性及适用于化工、生物化工、石油化工、油脂工业、制药业、环保工业等领域。
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本实用新型复式多通道多相反应器的纵向剖面图图2本实用新型复式多通道多相反应器中轻相分布管束的纵向剖面图图3本实用新型复式多通道多相反应器中轻相分布管束的俯视图图4本实用新型复式多通道多相反应器中轻重相在不同转速下运动状态图a转速较低时平摆运动状态图b转速较高时第一单峰海浪波运动状态图c转速更高时第一单峰海浪波运动状态图d转速进一步增大时旋转抛物面运动状态图本实施例提供的复式多通道轻重相反应器其内径为75mm，高120mm，体积529.9ml，有效容积小于300ml。轻相分布管高60mm，圆形环(15)外径73mm，轻相分布管束(16)中的每一束管的管径为3mm，一束轻相分布管束(16)焊接在(15)上，一束共有10根3mm的细管(20)。反应器的外壳为圆形外筒，反应器上口盖有一上端盖(1)，反应器上端盖(1)上开有进样孔(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(14)由测温孔(13)插入反应器中部；反应器上端盖(1)通过垫圈(9)，螺母(11)和螺杆(10)与反应器外筒(5)的外接法兰(12)密封连接；反应器外壳(5)上部开有轻相取样孔(6)，下部开有重相取样孔(8)，反应器内装有由8束连接在一圆形环(15)上的轻相分布管(16)，轻相分布管束下端弯曲向上，每一束都向反应器的中心方向弯曲向上，每一束轻相分布管束共有10根细管(20)组成。
权利要求1.一种复式多通道轻重相反应器，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)，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(9)，法兰(12)与密封垫圈(9)通过螺母(11)、螺杆(10)密封固定住，其特征在于在反应器内装有一圆形环(15)，圆形环(15)上均匀排列固定N束轻相分布管束(16)，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所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于所述的在反应器内装有一圆形环(15)，该圆形环(15)安装在反应器内的高度为低于反应器2/3的高度处。
3.按权利要求1所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于所述的轻相分布管束(16)的下端是向上弯曲的。
4.按权利要求1所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于所述的圆形环(15)上均匀排列固定N束轻相分布管束(16)的N=2-10。
5.按权利要求3所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于所述的固定在圆形环上的束轻相分布管束(16)的每一束有5-10根细管(20)。
6.按权利要求1所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于在反应器内装加热管(4)，加热管(4)与外部的控温器电连接，或在反应器外壳上安置一外换热式的通冷热水的夹套，与摇床控温电连接。
7.按权利要求1所述的一种复式多通道轻重相反应器，其特征在于在反应器内装有一搅拌器。
专利摘要本实用新型涉及一种复式多通道轻重相反应器，包括反应器外壳，其上端口上盖一带进气、进样、测温孔的上盖，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，法兰与垫圈通过螺母、螺杆密封固定，在反应器内装有一圆形环，其上均匀排列固定多束细管组成的轻相分布管，在反应器外壳上部开一轻相取样口，下部开一重相取样口。该反应器具有低剪切力，为反应介质提供良好的传质，传热反应界面。
文档编号B01J10/00GK2451220SQ0025796
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