[實用新型]采用膜管曝氣的內循環氣升式反應器

有效

• 申請號: 201320240744.1
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN203222583U
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 李干祿;韋策;李暉;吳兵;陳可泉;歐陽平凱
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C12M1/04
• 分類號: C12M1/04;C12M1/02
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓

技術領域

????本實用新型屬于內循環氣升式反應器領域，涉及一種采用膜管曝氣的內循環氣升式反應器。

背景技術

氣升式反應器主要分成兩大類，即內循環氣升式反應器和外循環氣升式反應器。兩種反應器主要是根據不同的流體循環路徑來區分的。當在升流區內曝氣，由于升、降流區內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器內循環。內循環氣升式反應器被認為是氣液鼓泡床內引入了一個升流管或一個擋板使流體在不同的區域內循環。

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

單位體積發酵液每小時的耗氧量，一般為25-100mmol/(L*h)。谷氨酸發酵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)。所以提高反應器傳質性能可以大大提高微生物發酵好氧速率，提高生產菌的生長、代謝速率。

采用納米孔徑的膜管進行曝氣，一方面由于產生的氣泡直徑較小，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，提高降流區的溶氧濃度。所以采用膜管曝氣得到的體積傳質系數要大于一般噴嘴式和孔板式。這樣既可以節約能源，也可以提高氣液反應器的傳質。例如，在實際的攪拌槳發酵罐發酵過程中，通常是利用攪拌槳來提高混合效果和提高傳質效果，然而，攪拌槳的能耗很大，其能夠占到總能耗的1/3。

采用膜管曝氣是一種技術手段，相比于噴嘴式和孔板式，采用膜管曝氣的優勢在于傳質性能好、能耗低、適應性大、經濟性好等，但目前尚未有將膜管應用于內循環氣升式反應器的報道。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種采用膜管曝氣的內循環氣升式反應器，解決現有的內循環氣升式反應器中采用噴嘴式和孔板式布氣得到的體積傳質系數較低，不利于好氧微生物發酵、限制菌體生長、代謝的問題。

本實用新型通過以下技術方案來實現：采用膜管曝氣的內循環氣升式反應器，包括內循環氣升式反應器，所述的內循環氣升式反應器內上部設置有板翅式換熱器，板翅式換熱器上端有蒸汽進口和冷卻水出口法蘭，下端有蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭，其中，蒸汽進口和冷卻水出口法蘭通過管道一把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通過管道二把板翅換熱片連成一個整體；所述的內循環氣升式反應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的板翅換熱片為板形，管道一和管道二為直管。

所述的板翅式換熱器的板翅換熱片為扇形，管道一和管道二為環管。

所述的板翅式換熱器與內循環氣升式反應器之間為活動連接。

所述的活動連接為支撐件和螺栓相連接。

采用上述技術方案的積極效果：本實用新型將膜管應用于內循環氣升式反應器，利用膜管的納米級孔徑，使得從膜管中逸出的氣泡直徑小，數量多，克服了噴嘴式和板孔式分布器氣泡較大，使得傳質性能大大提高，有利于對發酵液中溶氧的控制；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是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1中A-A向的俯視圖；

????圖中，1內循環氣升式反應器，2板翅式換熱器，3蒸汽進口和冷卻水出口法蘭，4管道一，5支撐件，6蒸汽冷凝水出口和冷卻水進口法蘭，7管道二，8氣體分布器，9膜管。

具體實施方式

下面結合實施例和對比例對本實用新型的技術方案做進一步的說明，但不應理解為對本實用新型的限制：

實施例1