[发明专利]内置板翅式换热器的搅拌式反应器及控温方法

说明书

技术领域

    本发明属于搅拌式反应器领域，涉及一种内置板翅式换热器的搅拌式反应器及控温方法。

背景技术

生物反应器是实现微生物发酵、动植物细胞培养，生产各种生物制品和发酵产品的必备设备，其作用是强化传质传热，为微生物或动植物细胞提供稳定的生长环境。目前已经有多种生物反应器问世，按其混合方式可分为机械搅拌式反应器、气升式反应器和空气鼓泡式等，它们能分别使用于某些特定物质的生产，对生物技术产业的发展起到重要的推动作用。

细胞反应是对温度变化十分敏感的放热反应，因此，生物反应器的设计对温度控制的要求较高，特别是随着反应器体积的增大、其热量移去和温度控制将成为反应器设计的一项重要内容。在细胞反应过程中，反应器以产生热量为主，需要采用有效的冷却方式来降低温度。例如，在发酵过程中，菌体分解营养物质而产生能量，其中一部分能提供菌体生长和生成代谢产物，另一部分以热量形式释放出来，一般把在发酵过程中所释放出来的热量称为发酵热。根据所用菌种和工艺的不同，发酵热的峰值有所偏差，如谷氨酸生产过程中发酵热的峰值约为1.17×10⁴ kcal/(m3·h)，赖氨酸发酵热的峰值约为1.8×10⁴ kcal/(m3·h)；而酵母的发酵热更大，如酒精发酵过程中发酵热的峰值约为2.2×10⁴ kcal/(m3·h)，有的毕赤酵母在发酵过程中的发酵热的峰值可达到2.4×10⁴ kcal/(m3·h)。上述产品在发酵过程中生物产热大，尤其在炎热的夏天，降温十分困难，往往导致生物产热高峰阶段的发酵温度失控。若发酵温度超出最适温度范围的时间持续较长，生产菌的生长、代谢均受到严重的影响。目前可以通过人工控制或自动控制，将冷却水通入反应器的夹套或蛇形管中，通过热交换来降温，保持反应器中温度的相对恒定。板翅式换热器是一种新兴的热设计技术，相比于夹套或蛇形管的降温方式，板翅式换热器的优势在于传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固、适应性大、经济性好等，但目前尚未有将板翅式换热器应用于搅拌式反应器的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置板翅式换热器的搅拌式反应器，解决目前夹套或蛇形管传热效率比较低，不利于调节温度的问题。

本发明的另一个目的是提供一种利用上述内置板翅式换热器的搅拌式反应器控制温度的方法，主要用于发酵产赖氨酸、酵母扩大培养、柠檬酸液体发酵等方面。

本发明通过以下技术方案来实现：

一、内置板翅式换热器的搅拌式反应器，包括搅拌式反应器；所述的搅拌式反应器内设置具有多个扇形板翅换热片的板翅式换热器，板翅式换热器上端有蒸汽进口和冷却水出口法兰，下端有蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰，其中，蒸汽进口和冷却水出口法兰通过环管一把扇形的板翅换热片连成一个整体，蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰通过环管二把扇形的板翅换热片连成一个整体。

所述的板翅式换热器与搅拌式反应器之间为活动连接。

所述的活动连接为支撑件和螺栓相连接。

二、一种利用内置板翅式换热器的搅拌式反应器控制温度的方法，该方法包括加热和冷却两部分，具体步骤如下：

（1）加热过程：蒸汽从板翅式换热器的上端的蒸汽进口进入，通过环管一到达板翅式换热器的扇形板翅换热片，交换热量后进入环管二，然后从下端的蒸汽冷凝水出口排出；

（2）冷却过程：冷却水从板翅式换热器的下端的冷却水进口进入，通过环管二到达板翅式换热器的扇形板翅换热片，交换热量后进入环管一，然后从上端的冷却水出口排出。

采用上述技术方案的积极效果：本发明将板翅式换热器应用于搅拌式反应器，利用板翅式换热器的多个扇形板翅换热片进行热量交换，克服了夹套或蛇形管传热方式的不足，使得传热效率大大提高，有利于对温度的精确控制，有利于降低冷却水用量，甚至利用常温水即可达到控温的效果，同时，多个扇形板翅换热片也有助于促进流体湍流，增加反应器的传质系数；另外，将板翅式换热器与搅拌式反应器之间改为活动连接，可以大大方便拆卸检修。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向的俯视图。

    图中，1搅拌式反应器，2板翅式换热器，3蒸汽进口和冷却水出口法兰，4环管一，5支撑件，6环管二，7蒸汽冷凝水出口和冷却水进口法兰。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本发明的限制：

实施例1