[发明专利]一种气升式外循环反应器装置及工艺

说明书

本发明涉及一种新型气升式外循环反应器装置及工艺，由反应釜体(5)、循环管(10)、泡罩式引流管(3)、直角气液分离管(8)、供气系统(13)、尾气系统(14)和供料系统(15)组成；其中直角气液分离管(8)安装在上部横接管(11)与降液管(9)的交接点处并与反应器釜体(5)相通；反应釜体(5)由下部的气升管(4)和上部的气液分离区(6)组成；循环管(10)由上横接管(11)、下横接管(12)和降液管(9)组成；泡罩式引流管(3)由圆柱形空心管(2)和折流罩(7)组成并安装在气升管(4)底部；供气系统(13)由压缩机C‑1，流量计C‑2和曝气头(1)组成；尾气系统(14)中气液分离罐D‑1与压缩机C‑1相连接。本反应器具有结构简单，能耗低，操作简易，气液混合好，气泡停留时间长等优点。

技术领域

本发明涉及一种气升式外循环反应器装置及工艺，其适用于0-10MPa压力下利用气浮、CO₂曝气、臭氧氧化处理高含油、含有机物、含硅废水等。

背景技术

气升式反应器是一种改进的鼓泡塔，其通过压缩气体推动液体流动，依靠气升管与降液管间存在流体密度差而驱动气液循环。气升式外循环反应器具有结构简单、低剪切应力、高混合传质效率和低能耗等优点，并广泛地应用到水处理，生物细胞培养，发酵等。气升式外循环反应器相比内循环反应器具有更好的流体流动性和气液混合效率，然而外循环反应器容易在横接管与降液管连接处形成气泡空穴阻碍流体顺畅流动，影响反应器循环性能，并且气升式反应器应用于粘度高、乳化严重的液体效果不佳，因此气升式反应器的改进优化成为一个重要的研究方向。专利CN 102219326 A一种氧化纳滤膜反应器，气升式外循环反应器中引入陶瓷膜一方面可对气体进行再分布，另一方气液两相流可在膜通道内形成弹状流，专利CN 1751780A提出一种外环流气升式膜反应器反应器，该反应采用了双循环管增加循环效率，但以上专利均采用采用了大孔曝气，相比微孔曝气大大降低了气传质性能。专利CN 202157075 U提出一种外加磁场的生物反应器，通过对气升式罐体施加恒温磁场来解决传统发酵中发酵性能低、溶氧不充分等问题。专利CN 104085986 A提出一种气升式外循环涡旋强化生物脱氮反应器，在气升区设置多段文丘里管形成涡旋流场来增强气-液-固三相传质性能，采用双循环管和多段文丘里管构成好氧-厌氧环境，进行硝化和反硝化生物脱氮。双循环反应器在提高循环速率的同时也会增加气泡在多段文丘里管中的停留时间，降低气含率，从而导致充氧量低，降低好氧反应效率，涡流强化也会增加剪切应力对生物细胞的活性有一定的影响。同时这些外部组件的引入能够提高气升式反应器的传质性能，但结构复杂，成本高，同时会增加反应器的能耗。本发明引入直角气液分离器降低气泡聚并，提高反应器循环效率；引入泡罩式引流管改变流体流动轨迹，增加气泡停留时间和气含量，进一步提高反应速率。

发明内容

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种气升式外循环反应器装置，本发明的另一个目的是提供利用上述装置的气升式外循环反应工艺。

本发明的技术方案为：一种气升式外循环反应器装置，其特征在于由反应釜体5、循环管10、泡罩式引流管3、直角气液分离管8、供气系统13、尾气系统14和供料系统15组成；其中反应釜体5由下部的气升管4和上部的气液分离区6组成；循环管10由上横接管11、下横接管12和降液管9组成，上横接管11和下横接管12分别从气升管4上部与底部引出，连接降液管9形成循环；泡罩式引流管3由圆柱形空心管2和折流罩7组成并安装在气升管4底部，其中圆柱形空心管2和折流罩7通过支点焊接，中间留有一定距离空隙供气液流动；直角气液分离管8位于气液分离区6侧面，连通上横接管11与降液管9并与气液分离区6连接；供气系统13由压缩机C-1，流量计C-2和曝气头1组成，其中曝气头1安装于釜体5底部中心，与气升管4底部连通，并通过进气管16依次与流量计C-2、进气阀门V1和压缩机C-1连接；尾气系统14由气液分离罐D-1与压缩机C-1组成，排气管17从釜体5上方引出并设有出气阀门V4，连接气液分离罐D-1与压缩机C-1，气液分离罐D-1底部设有尾气阀门V5；供料系统15由供料泵组成，通过进料管18与气液分离区6左侧相通，在连接气液分离区6处设有进料阀门V3。