[发明专利]一种改善内循环反应器中内部混合的装置、方法及反应器

说明书

本发明提供了一种改善内循环反应器中内部混合的装置、方法及反应器，所述内循环反应器包括多个竖立设置的导流通道，所述导流通道之间通过分隔壁分离，所述分隔壁的上部设有收集槽；所述导流通道的外壁与反应器的内壁之间留有供流体流动的空隙，所述导流通道的外壁与反应器的内壁之间的空隙形成环形区域；所述导流通道的底部设有气体注入口，所述气体注入口通过管道与气体注入设备连接。采用本发明的技术方案，可以使内循环反应器中区域之间的液体进行交换并减少总体的气体需求，改善了多个区域间内部混合的效果，促进大型内循环反应器中浓度均衡分布，减少用于混合的整体能量消耗。

技术领域

本发明属于环境工程和生物技术领域，尤其涉及一种改善内循环反应器中内部混合的装置、方法及反应器。

背景技术

在环境工程和生物技术中，在大型容器中混合高粘度液体是一个普遍的挑战。典型的应用实例是生物反应器和发酵装置中的两相或者三相流体，例如生物法污水处理中的生物质或者污泥。混合的目的是实现均衡的环境，而在整个体积内没有明显的浓度梯度。

混合系统的一个特别的挑战是维持固体悬浮并在整个体积内分散底物。对这类应用有很多种反应器类型和几何结构罐体，例如完全混合反应器、推流反应器或者内循环反应器。混合也可以通过机械搅拌器、泵或者注入气体来实现。目前许多应用中一个特有的难点是液体的流变。随着固含量的增加，流体的粘度会增高。更进一步的，一些常见的液体如活性污泥表现为非牛顿流体。为了在反应器中分散生化或化学反应的底物，被注入的小股体积单位的液体（底物）必须被迅速地分散在较大的罐体内，以此实现合适的反应速率。传统的混合方法是依赖于能量在局部的应用。混合搅拌设备在其周围引入较高的能量密度。然而，能量从输入点开始随着距离的增加呈指数型快速地消逝。因此，局部混合搅拌设备的扩充是受到限制的，因为能量并不能在液体中长距离地扩散。故在此情况下通常使用多个小型的局部混合搅拌设备。然而，由于缺少内部混合，使用小型的局部混合源容易引起液体体积区域分割。尽管混合源附近的混合效果较高，但区域间的体积交换则很有限，这使得小股进料体积单元（底物）无法均匀分散于整个混合区域。为弥补混合效率低的影响，现实中普遍是增加整体的能量输入。

一种反应器类型，即内循环反应器，尤为适合大体积的高粘度液体。这类反应器安装了一个或者多个垂直导流管。在导流管底端注入气体混合液体，降低了整体的密度。由此导流管内的压力要低于管外。压力的差别导致液体向上流动。在导流管顶端气体分离出，液体则向下流入环形的间隔内。对于大型的反应器，就需要安装多个导流管或者导流通道。这样会增加气体和能量的需求，并产生体积区域分割。由于每个区域内向下流的液体会进入相近的导流管内再向上流，因此，液体主要是在单个区域内循环的，整体混合的均匀性仍不理想。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种改善内循环反应器中内部混合的装置、方法及反应器，改善了反应器中各个区域间的内部混合并降低了总体的能量消耗。通过多个导流通道，该设施促进了内循环反应器中不同区域间的流体交换，进而减少了总体的气体需求。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种改善内循环反应器中内部混合的装置，所述内循环反应器包括多个竖立设置的导流通道，所述导流通道之间通过分隔壁分离，所述分隔壁的上部（包含顶部）设有收集槽；所述导流通道的外壁与反应器的内壁之间留有供流体流动的空隙，所述导流通道的外壁与反应器的内壁之间的空隙形成环形区域；所述导流通道的底部设有气体注入口，所述气体注入口通过管道与气体注入设备连接。其中，所述导流通道可以是导流管或者导流槽等。

采用此技术方案，在每个导流通道底部都设有气体注入口，可以连接气体注入设备。在导流通道的底部注入气体，液体的整体密度要小于环形区域内的液体密度。由于液体压力是密度、重力加速度和液体高度的乘积，因此，在导流通道内外液体间形成了压差，静压力转化成动压力，液体开始循环流动。