[发明专利]生物反应器用射流雾化混合器

说明书

技术领域

本发明涉及生物反应器搅拌装置的设计制造领域，特指以压缩空气为主要能源进行雾化、混合和循环的新型高效节能的生物反应器用射流雾化混合器。

背景技术

目前生物反应器有机械搅拌式和气升式两大类。专利CN200420054260.9“返流式高效搅拌桨”提供了机械搅拌装置，其结构复杂能耗高，消毒灭菌困难；专利200420081413.9“带混流装置的外循环气升式生物反应器”，US6174720“Modified bioreactor”(改进的生物反应器)，JP7177873“Bioreactor”(生物反应器)都是利用气力进行搅拌，反应器结构简单，无机械搅拌系统，压缩空气为其单一能源，能耗较低，灭菌消毒较简单，存在的主要问题是反应器的高径比较大，带来供气压力大，操作困难，气液混合效果差，反应器内出现死角等问题，直接影响其推广应用。因此，急需开发一种高效节能、无流动死区的新型搅拌装置——生物反应器用射流雾化混合器。

发明内容

为了克服机械搅拌式和气升式生物反应器的缺点与不足，本发明的目的是提供一种新型的气液混合器，是生物反应器内部流场搅拌均匀，提高混合效率。实现本发明的技术方案为：

射流雾化混合生物反应器包括：变径管、固定板、射流雾化喷嘴、压缩空气导入管，其特征是变径管经过特殊设计，从上到下依次为扩散腔、混合腔和射流雾化腔，在混合腔与射流雾化腔交接处开设多个个液体反应物吸入口，周向均匀分布，孔轴心线与变径管轴心线交角为45～90°。固定板上设有多个液体反应物吸入口。变径管与固定板，固定板与射流雾化喷嘴上端分别用螺纹联接，射流雾化喷嘴出口深入变径管，射流雾化喷嘴下端与压缩空气导入管相连。

其工作原理是压缩气体经射流雾化喷嘴形成高速气流，喷嘴出口附近形成负压区，将液体由液体反应物吸入口吸入变径管的混合腔，进行充分地混合，提高混合均匀性，强化两相间的传热传质和反应过程，将难于控制的开敞式的雾化和混合过程变成在精心设计安排和控制的射流雾化混合器中进行，最后气液混合物经扩散腔从喷口喷出。同时，由于高速气流的强有力的抽吸作用，将带动底部液体反应物流动，从固定板液体反应物吸入口进入射流雾化腔参与混合过程，避免了流动死区的出现。配置不同数量的射流雾化混合器，优化设计其安装位置、角度，可以使生物反应器内部搅拌充分，提高整个内部流场的混合效果。

本发明的优点是：

射流雾化混合器利用高速气流的抽吸作用，自动吸入液体反应物，可实现多个角度的搅拌，避免流动死区，并且结构简单，操作控制方便。它能有效地加快反应器内部的反应速度、降低能耗、适用于各种反应罐形。它既克服了机械搅拌式反应器结构复杂和能耗高的缺点，又消除了气升式反应器高径比大、操作控制不便和流动死角的问题，便于根据气液的具体条件设计新反应器，又可对老反应器进行技术改造。

附图说明

图1是本发明的原理及结构示意图

如图所示，图中标号分别代表：1.变径管，2.液体反应物吸入口，3.射流雾化喷嘴，4.固定板，5.液体反应物吸入口，6.压缩空气导入管，7.扩散腔，8.混合腔，9.射流雾化腔。

具体实施方式

如图所示，变径管(1)从上到下依次为扩散腔(7)、混合腔(8)和射流雾化腔(9)，在混合腔(8)与射流雾化腔(9)交接处开设4个液体反应物吸入口(2)，周向均匀分布，孔轴心线与变径管轴心线交角为45°；固定板(4)上设有3个液体反应物吸入口(5)；变径管(1)与固定板(4)用螺纹联接，固定板(4)与射流雾化喷嘴(3)上端用螺纹联接，射流雾化喷嘴(3)出口深入变径管(1)，射流流雾化喷嘴(3)下端与压缩空气导入管(6)相连。

压缩空气从压缩空气导入管(6)进入射流雾化混合器，由射流雾化喷嘴(3)喷出并在射流雾化腔(9)雾化为小气泡，同时在射流区形成负压区，液体经液体反应物吸入口(2)吸入混合腔(8)，在混合腔(8)内与液体混合成气液两相流体，流过扩散腔(7)后由喷口喷出。由于高速气流的抽吸作用，将带动射流雾化混合器底部的液体流动，从固定板(4)上的液体反应物吸入口(5)进入射流雾化腔(9)，促使反应器内部搅拌充分，避免流动死区的出现。根据反应罐的形状合理布置射流雾化混合器的数量、位置和角度，组织反应罐中反应混合物的宏观循环流动，为反应器提供充分和有效的接触机会，消除流动死角。