[发明专利]一种自吸曝气结构的气升式反应器

说明书

本发明提供了一种自吸曝气结构的气升式反应器，包括反应罐体，在反应罐体的上端盖上设有进液口、上进气口和出气口，在反应罐体的下端盖上设有排水口、密封件和发电机，在密封件的侧壁上端设有冷却水进口，侧壁的中部设有下进气口，侧壁的下部设有冷却水出口，发电机固定在密封件的下端面上，在所述反应罐体内设有导流筒和自吸曝气气体分布器，所述导流筒与反应罐体同轴设置，所述自吸曝气气体分布器的直径小于导流筒的内径，导流筒罩设在自吸曝气气体分布器的外围。本发明的气升式反应器体积传质系数高，增加气液的接触面积混合时间，达到促进混合和传质的效果。同时具有拆装方便，易于清洗，制作简单，成本低廉等优点。

技术领域

本发明属于化学工程、生物工程和环境工程技术领域，具体涉及一种自吸曝气结构的气升式反应器。

背景技术

气升式反应器(Airlift Reactor，AR)是在鼓泡塔反应器(Bubble Column，BC)的基础上发展起来的，用于气-液或气-液-固多相流动反应。内循环气升式反应器(InternalLoop Airlift Reactor，ILAR)是一种特殊类型的气升式反应器，由罐体、进气管、液料进出口管和设在罐体上部的排气管及设在罐体内部的导流筒等组成。其基本原理是利用压缩空气的能量，在导流筒内，使气、液充分混合，进行气体和营养物质的传质，其混合性能优于鼓泡塔反应器。与机械搅拌反应器相比，具有传质效果好、剪切应力小、对微生物污染不敏感、节能、结构简单且维修成本低等优点，其广泛应用于化工、生物发酵和环境保护等领域。

当通气量大时气泡在上升过程中容易发生聚并，体积传质系数不能随通气量增加而线性提高，导致传质速率不及机械搅拌式发酵罐。为了解决以上问题。研究人员开发了一种流体振荡器，通过使用空气脉冲显著减小气泡直径，但仍未解决沉水培养过程中气泡上升的聚结问题。或在气升式反应器中安装了静态混合器、水平筛板、叶轮和振动装置以防止气泡聚并，增强了气泡的破碎，提高传质效率。但在低曝气率下，气泡积聚，发生气体堵塞。此外，罐内部件难以接触和清洗，不利于生物反应和发酵。这些方法皆有其缺点，要么剪切力大，能耗高，要么难于放大，实施困难，所以急需寻找一种既简单，又可放大实施容易的装置来解决气泡尺寸和聚并问题。

由于目前现有的内循环气升式反应器操作灵活性小，存在罐体结构固定，可优化的结构参数少和清洗不方便等不足。改造气升式反应器结构、提升反应速率成为一个非常现实和迫切的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种自吸曝气结构的气升式反应器，可产生微气泡，减少气泡聚并，提高体积传质系数和气含率，以适应不同生物反应的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种自吸曝气结构的新型气升式反应器，包括反应罐体，在所述反应罐体的上端盖上设有进液口、上进气口和出气口，在所述反应罐体的下端盖上设有排水口、密封件和发电机，在所述密封件的侧壁上端设有冷却水进口，侧壁的中部设有下进气口，侧壁的下部设有冷却水出口，所述发电机固定在密封件的下端面上，在所述反应罐体内设有导流筒和自吸曝气气体分布器，所述导流筒与反应罐体同轴设置，所述自吸曝气气体分布器的直径小于导流筒的内径，导流筒罩设在自吸曝气气体分布器的外围，所述自吸曝气气体分布器与发电机的输出轴连接。

进一步的，所述自吸曝气气体分布器包括导气管、自吸叶轮和导气罩，所述导气管的上端与上进气口连接，下端通过密封件与发电机的输出轴连通，所述导气罩罩设于自吸叶轮的外部，导气管的下端依次穿设导气罩和自吸叶轮，自吸叶轮为空腔结构，导气管位于自吸叶轮内部的管壁上设有出气孔，所述出气孔与自吸叶轮内部空腔连通，导气罩与自吸叶轮之间的距离为20～40 mm；在所述导气管与反应罐体相接触处设置有机械密封，所述机械密封为单面密封或双端面密封。

进一步的，所述自吸叶轮为多流道离心叶轮。

进一步的，所述自吸叶轮包括圆形的底板和与所述底板大小一致的圆形盖板，所述底板和所述盖板的外缘之间形成自吸叶轮气液出口，所述底板和盖板之间由隔壁分隔出涡形的气液流道。