[發明專利]一種改善內循環反應器中內部混合的裝置、方法及反應器

有效

• 申請號: 202110593665.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113262657B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 付思特
• 申請（專利權）人: 柏中環境科技（上海）股份有限公司;柏林水環境香港有限公司
• 主分類號: B01F25/40
• 分類號: B01F25/40;B01F33/40;B01J19/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 覃迎峰

本發明提供了一種改善內循環反應器中內部混合的裝置、方法及反應器，所述內循環反應器包括多個豎立設置的導流通道，所述導流通道之間通過分隔壁分離，所述分隔壁的上部設有收集槽；所述導流通道的外壁與反應器的內壁之間留有供流體流動的空隙，所述導流通道的外壁與反應器的內壁之間的空隙形成環形區域；所述導流通道的底部設有氣體注入口，所述氣體注入口通過管道與氣體注入設備連接。采用本發明的技術方案，可以使內循環反應器中區域之間的液體進行交換并減少總體的氣體需求，改善了多個區域間內部混合的效果，促進大型內循環反應器中濃度均衡分布，減少用于混合的整體能量消耗。

技術領域

本發明屬于環境工程和生物技術領域，尤其涉及一種改善內循環反應器中內部混合的裝置、方法及反應器。

背景技術

在環境工程和生物技術中，在大型容器中混合高粘度液體是一個普遍的挑戰。典型的應用實例是生物反應器和發酵裝置中的兩相或者三相流體，例如生物法污水處理中的生物質或者污泥。混合的目的是實現均衡的環境，而在整個體積內沒有明顯的濃度梯度。

混合系統的一個特別的挑戰是維持固體懸浮并在整個體積內分散底物。對這類應用有很多種反應器類型和幾何結構罐體，例如完全混合反應器、推流反應器或者內循環反應器。混合也可以通過機械攪拌器、泵或者注入氣體來實現。目前許多應用中一個特有的難點是液體的流變。隨著固含量的增加，流體的粘度會增高。更進一步的，一些常見的液體如活性污泥表現為非牛頓流體。為了在反應器中分散生化或化學反應的底物，被注入的小股體積單位的液體（底物）必須被迅速地分散在較大的罐體內，以此實現合適的反應速率。傳統的混合方法是依賴于能量在局部的應用。混合攪拌設備在其周圍引入較高的能量密度。然而，能量從輸入點開始隨著距離的增加呈指數型快速地消逝。因此，局部混合攪拌設備的擴充是受到限制的，因為能量并不能在液體中長距離地擴散。故在此情況下通常使用多個小型的局部混合攪拌設備。然而，由于缺少內部混合，使用小型的局部混合源容易引起液體體積區域分割。盡管混合源附近的混合效果較高，但區域間的體積交換則很有限，這使得小股進料體積單元（底物）無法均勻分散于整個混合區域。為彌補混合效率低的影響，現實中普遍是增加整體的能量輸入。

一種反應器類型，即內循環反應器，尤為適合大體積的高粘度液體。這類反應器安裝了一個或者多個垂直導流管。在導流管底端注入氣體混合液體，降低了整體的密度。由此導流管內的壓力要低于管外。壓力的差別導致液體向上流動。在導流管頂端氣體分離出，液體則向下流入環形的間隔內。對于大型的反應器，就需要安裝多個導流管或者導流通道。這樣會增加氣體和能量的需求，并產生體積區域分割。由于每個區域內向下流的液體會進入相近的導流管內再向上流，因此，液體主要是在單個區域內循環的，整體混合的均勻性仍不理想。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種改善內循環反應器中內部混合的裝置、方法及反應器，改善了反應器中各個區域間的內部混合并降低了總體的能量消耗。通過多個導流通道，該設施促進了內循環反應器中不同區域間的流體交換，進而減少了總體的氣體需求。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種改善內循環反應器中內部混合的裝置，所述內循環反應器包括多個豎立設置的導流通道，所述導流通道之間通過分隔壁分離，所述分隔壁的上部（包含頂部）設有收集槽；所述導流通道的外壁與反應器的內壁之間留有供流體流動的空隙，所述導流通道的外壁與反應器的內壁之間的空隙形成環形區域；所述導流通道的底部設有氣體注入口，所述氣體注入口通過管道與氣體注入設備連接。其中，所述導流通道可以是導流管或者導流槽等。

采用此技術方案，在每個導流通道底部都設有氣體注入口，可以連接氣體注入設備。在導流通道的底部注入氣體，液體的整體密度要小于環形區域內的液體密度。由于液體壓力是密度、重力加速度和液體高度的乘積，因此，在導流通道內外液體間形成了壓差，靜壓力轉化成動壓力，液體開始循環流動。