[實用新型]采用膜管曝氣的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器

有效

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• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN203256264U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋策;李干祿;吳兵;李暉;陳可泉;歐陽平凱
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: C12M1/04
• 分類號: C12M1/04;C12M1/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 徐蓓

技術(shù)領(lǐng)域

????本實用新型屬于外循環(huán)氣升式反應(yīng)器領(lǐng)域，涉及一種采用膜管曝氣的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器。?

背景技術(shù)

氣升式反應(yīng)器主要分成兩大類，即內(nèi)循環(huán)氣升式反應(yīng)器和外循環(huán)氣升式反應(yīng)器。兩種反應(yīng)器主要是根據(jù)不同的流體循環(huán)路徑來區(qū)分的。當在升流區(qū)內(nèi)曝氣，由于升、降流區(qū)內(nèi)空氣含率不同造成的表觀流體密度的差異，最終導致流體在反應(yīng)器外循環(huán)。外循環(huán)氣升式反應(yīng)器可看成是由兩個氣液鼓泡床以及兩者頂部與底部連接部分組成。?

氧在水中的溶解度較低，常溫常壓下，純水中氧的溶解度為0.2mmol/L，在發(fā)酵液中的溶解度則更低。而在發(fā)酵過程發(fā)酵液中氧氣濃度是限制微生物生長和代謝的重要因素，所以生物反應(yīng)器的設(shè)計對其傳質(zhì)性能要求較高。特別是隨著反應(yīng)器體積的增大，其內(nèi)部各區(qū)域的局部氣含率及傳質(zhì)性能將成為反應(yīng)器設(shè)計的一項重要內(nèi)容。氧傳遞的強化在生物發(fā)酵過程中十分重要，尤其在高密度發(fā)酵中氧的傳遞常常成為限制性因素。?

單位體積發(fā)酵液每小時的耗氧量，一般為25-100mmol/(L*h)。谷氨酸發(fā)酵18h耗氧速率為51mmol/(L*h)，同一類微生物的耗氧速率還受溫度、發(fā)酵液成分和濃度的影響，如當供氧不足，葡萄糖濃度為1%時，酵母的耗氧速率為15-18mmol/(L*h），而供氧充足，葡萄糖濃度為15%時，耗氧速率則達342-396mmol/(L*h)。所以提高反應(yīng)器傳質(zhì)性能可以大大提高微生物發(fā)酵好氧速率，提高生產(chǎn)菌的生長、代謝速率。在實際的攪拌槳發(fā)酵罐發(fā)酵過程中，通常是利用攪拌槳來提高混合效果和提高傳質(zhì)效果，然而，攪拌槳的能耗很大，其能夠占到總能耗的1/3。?

采用納米孔徑的膜管進行曝氣，一方面由于產(chǎn)生的氣泡直徑較小，比表面積較小，導致氣液接觸面積較大。另一方面，小氣泡能夠隨著液體流動進入降流區(qū)，提高降流區(qū)的溶氧濃度。所以采用膜管布氣得到的體積傳質(zhì)系數(shù)要大于一般噴嘴式和孔板式。這樣既可以節(jié)約能源，也可以提高氣液反應(yīng)器的傳質(zhì)。?

采用膜管曝氣是一種技術(shù)手段，相比于噴嘴式或孔板式，采用膜管曝氣的優(yōu)勢在于傳質(zhì)性能好、能耗低、適應(yīng)性大、經(jīng)濟性好等，但目前尚未有將膜管應(yīng)用于外循環(huán)氣升式反應(yīng)器的報道。?

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種采用膜管曝氣的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器，解決現(xiàn)有的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器中采用噴嘴式和孔板式布氣得到的體積傳質(zhì)系數(shù)較低，不利于好氧微生物發(fā)酵、限制菌體生長、代謝的問題。?

本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：采用膜管曝氣的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器，包括外循環(huán)氣升式反應(yīng)器，所述的外循環(huán)氣升式反應(yīng)器的上升區(qū)和下降區(qū)內(nèi)分別設(shè)置具有多個扇形板翅換熱片的板翅式換熱器一和板翅式換熱器二；板翅式換熱器一上端有蒸汽進口和冷卻水出口法蘭一，下端有蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭一，其中，蒸汽進口和冷卻水出口法蘭一通過環(huán)管一把扇形的板翅換熱片連成一個整體，蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭一通過環(huán)管二把扇形的板翅換熱片連成一個整體；板翅式換熱器二上端有蒸汽進口和冷卻水出口法蘭二，下端有蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭二，其中，蒸汽進口和冷卻水出口法蘭二通過環(huán)管三把扇形的板翅換熱片連成一個整體，蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭二通過環(huán)管四把扇形的板翅換熱片連成一個整體；所述的攪拌式反應(yīng)器的底部裝有氣體分布器，氣體分布器上連接有多根具有納米級孔徑的膜管。?

所述的氣體分布器和膜管之間為螺紋連接。?

所述的板翅式換熱器一與外循環(huán)氣升式反應(yīng)器之間為活動連接。?

所述的活動連接為支撐件一和螺栓相連接。?

所述的板翅式換熱器二與外循環(huán)氣升式反應(yīng)器之間為活動連接。?

所述的活動連接為支撐件二和螺栓相連接。?

采用上述技術(shù)方案的積極效果：本實用新型將膜管應(yīng)用于外循環(huán)氣升式反應(yīng)器，利用膜管的納米級孔徑，使得從膜管中逸出的氣泡直徑小，數(shù)量多，克服了噴嘴式和板孔式分布器氣泡較大，使得傳質(zhì)性能大大提高，有利于對發(fā)酵液中溶氧的控制；另外，膜管與氣體分布器之間是通過螺紋來連接的，可以大大方便拆卸檢修。?

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；?

圖2是圖1中A-A向的俯視圖；

圖3是圖1中B-B向的俯視圖。