專(zhuān)利名稱(chēng)：氣升式空氣攪拌反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣、液、固兩相或三相化工操作反應(yīng)器，特別涉及氣升式空氣攪拌反應(yīng)器。
化學(xué)工業(yè)及濕法冶金工業(yè)的最初階段，多采用機(jī)械攪拌反應(yīng)器，其優(yōu)點(diǎn)為攪拌轉(zhuǎn)速、方向可以調(diào)節(jié)，適用范圍較廣。但在應(yīng)用過(guò)程中也存在許多問(wèn)題如在高溫、高壓條件下進(jìn)行操作，軸的密封是一個(gè)大問(wèn)題，同時(shí)設(shè)備內(nèi)部的檢修和維護(hù)都很不方便，更主要的問(wèn)題是機(jī)械攪拌反應(yīng)器放大到一定規(guī)模后再進(jìn)行放大就非常困難。
隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)的發(fā)展，在反應(yīng)器的研究上出現(xiàn)了氣升式空氣攪拌反應(yīng)器。已在冶金、石油、化工、制藥、廢水處理等領(lǐng)域廣泛使用的氣升式空氣攪拌反應(yīng)器是利用流體的噴流產(chǎn)生攪拌的原理對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行攪拌混合的管式反應(yīng)器，反應(yīng)器中心安裝一個(gè)豎直的空管(中心管)，進(jìn)氣噴管從外管錐形底端插入，噴嘴與中心管平齊，當(dāng)空氣以一定流速吹入時(shí)，在中心管中造成負(fù)壓，周?chē)墓腆w、液體從底部被吸入中心管，并被具有較大動(dòng)能的氣體攜帶到頂部，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，在勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程中，再返回外管，如此循環(huán)往復(fù)，從而達(dá)到攪拌混合，并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在這種反應(yīng)器中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，動(dòng)力消耗少，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，因而一直被廣泛應(yīng)用。
然而當(dāng)上述巴槽反應(yīng)器應(yīng)用于輕、重兩個(gè)互不相溶的液相反應(yīng)時(shí)，當(dāng)輕相相對(duì)于重相極少時(shí)，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的不足之處在于(1)，由于輕相與原體系中的液體相比，數(shù)量少(1％-5％)，密度差較大(0.1-0.2)，在吹氣過(guò)程中一部分只能漂浮在重相上面，即無(wú)法在反應(yīng)器中全部循環(huán)，又不能破碎，更達(dá)不到均勻混合，反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)效果極差。(2)，由于大多數(shù)巴槽為敞口，輕相極易被通入的氣體攜帶揮發(fā)，影響反應(yīng)進(jìn)行。
本實(shí)用新型的目的是克服原巴槽反應(yīng)器的缺點(diǎn)，提供一種在輕、重兩個(gè)互不相溶的液相反應(yīng)時(shí)，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到良好混合，且輕相不會(huì)逸出的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣升式空氣攪拌反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是包括圓形反應(yīng)器外管13、法蘭10、墊圈7、錐形底9、開(kāi)有取樣孔2、測(cè)溫孔15的上端蓋1及外中心管14，其特征在于外中心管14內(nèi)安裝有較細(xì)的內(nèi)中心管4，其外中心管14與內(nèi)中心管4下端之間用環(huán)封閉連接，上端通過(guò)支撐板17連接，三管之間保持適當(dāng)?shù)拈g距；在內(nèi)中心管4距其底部一定高度處(根據(jù)需要)開(kāi)有數(shù)個(gè)小孔6；在反應(yīng)器內(nèi)有一與圓形反應(yīng)器外管13內(nèi)壁相連接且在內(nèi)中心管4及外中心管14上方的橫桿16，一弧形擋板3懸掛在橫桿16上。不銹鋼通氣管12從反應(yīng)器的錐形底部進(jìn)氣孔8插入。支撐板17可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)。
本實(shí)用新型是在原巴槽反應(yīng)器的中心管內(nèi)又安裝了一個(gè)較細(xì)的中心管(內(nèi)中心管)，三管之間保持適當(dāng)?shù)拈g距，將內(nèi)、外中心管下端封閉連接，使內(nèi)、外管內(nèi)大循環(huán)的下端流動(dòng)狀態(tài)與原氣升式空氣攪拌反應(yīng)器中下端流動(dòng)狀態(tài)相同，同時(shí)在內(nèi)中心管下端開(kāi)一定數(shù)量的小孔，使內(nèi)、外中心管之間介質(zhì)形成原反應(yīng)器中沒(méi)有的小循環(huán)。反應(yīng)器可根據(jù)應(yīng)用條件、環(huán)境選擇不同材料。
整個(gè)反應(yīng)器通過(guò)法蘭、墊圈將上端蓋和錐形底端與反應(yīng)器外管連接，以達(dá)到良好密封，防止輕相揮發(fā)及介質(zhì)被污染；反應(yīng)器外管與外中心管之間采用螺母活動(dòng)連接，有利于反應(yīng)器拆裝清洗外中心管與內(nèi)中心管下端封閉，使內(nèi)、外管內(nèi)大小循環(huán)的下端流動(dòng)狀態(tài)與原巴槽反應(yīng)器中下端流動(dòng)狀態(tài)相同，內(nèi)中心管下端開(kāi)一定數(shù)量的小孔是為了保證內(nèi)、外中心管之間形成小循環(huán)，當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)到達(dá)兩管之間底部時(shí)由開(kāi)孔突縮以較大的速度進(jìn)入內(nèi)中心管由于氣體流動(dòng)形成的負(fù)壓區(qū)，再由氣體攜帶在反應(yīng)器各管之間進(jìn)行循環(huán)；在反應(yīng)器的中心管上方通過(guò)橫桿吊裝一弧形擋板，其直徑略大于外中心管，當(dāng)上升氣體攜帶液-液，液-固相上升時(shí)，弧形擋板可以防止上升相的飛濺，將其勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，加大上升相返回各管的速度。此外，反應(yīng)器中還裝有電加熱管，通過(guò)觸點(diǎn)溫度計(jì)控溫，從上端蓋插入反應(yīng)器的溫度計(jì)用以觀察過(guò)程溫度。取樣孔由螺帽擰緊，取樣時(shí)擰開(kāi)，同時(shí)借以放掉積累空氣，減小反應(yīng)器內(nèi)壓力。
本實(shí)用新型反應(yīng)器應(yīng)用于石油、化工、生物冶金、制藥等其它領(lǐng)域同樣可以取得良好效果。
本實(shí)用新型氣升式空氣攪拌反應(yīng)器中流體循環(huán)分為兩部分A.中心管小循環(huán)當(dāng)開(kāi)始鼓氣時(shí)上面輕相在氣體攜帶及弧形擋板作用下在兩中心管之間向下流動(dòng)，并與氣流不斷向上運(yùn)動(dòng)攜帶的顆?；虻V混合，同時(shí)被破碎，形成內(nèi)外中心管之間的小循環(huán)。
B.中心管大循環(huán)被破碎的輕相，當(dāng)?shù)竭_(dá)內(nèi)外中心管之間底部時(shí)由底部開(kāi)孔形成的負(fù)壓再吸入內(nèi)中心管，由氣體攜帶在反應(yīng)器各管之間進(jìn)行大循環(huán)。
本實(shí)用新型氣升式空氣攪拌反應(yīng)器中流體達(dá)到穩(wěn)定時(shí)兩個(gè)循環(huán)同時(shí)進(jìn)行，即防止了輕相的凝并，又達(dá)到均勻混合的效果。圖3，圖4對(duì)本實(shí)用新型反應(yīng)器與原巴槽反應(yīng)器中氣相、輕相的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與效果作了對(duì)比，表1給出了本實(shí)用新型中輕相液滴直徑隨時(shí)間瞬間減小的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的本實(shí)用新型反應(yīng)器中傳質(zhì)性能好，反應(yīng)速度快，且因無(wú)機(jī)械攪拌，剪切力小，微生物生長(zhǎng)狀況好，從而比原氣升式空氣攪拌反應(yīng)器獲得較高的除油率，而且有利于微生物循環(huán)再利用。
表1輕相液滴直徑隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)
器內(nèi)輕油相直徑10分鐘內(nèi)即可從20μm降到12μm。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。


圖1本實(shí)用新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)縱剖示意圖；圖2本實(shí)用新型反應(yīng)器各管連接結(jié)構(gòu)橫剖示意圖；圖3本實(shí)用新型反應(yīng)器中反應(yīng)介質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程及分散狀況示意圖；A1起始狀態(tài)，反應(yīng)器中加入一定比例的水與輕相；A2開(kāi)始通氣，兩中心管間進(jìn)行輕相被吸下的小循環(huán)，同時(shí)輕相被破碎；A3通氣之后瞬間，大循環(huán)開(kāi)始，輕相被進(jìn)一步破碎；A4一定時(shí)間后，輕相液滴破碎到一定大小并與水相完全混合，開(kāi)始穩(wěn)定循環(huán)；圖4原氣升式空氣攪拌反應(yīng)器中反應(yīng)介質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程及分散狀況示意圖；B1起始狀態(tài)，巴槽中加入一定比例的水與輕相；B2開(kāi)始通氣，輕相浮在水相上面未向下運(yùn)動(dòng)；B3達(dá)到一定氣速后輕相開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，但液滴直徑較大，而且很快凝并；B4達(dá)到穩(wěn)態(tài)，反應(yīng)器上層仍有少量輕相浮在上面，達(dá)不到完全混合；圖5本實(shí)用新型反應(yīng)器中輕相液滴直徑隨時(shí)間瞬間減小圖。圖標(biāo)名稱(chēng)
1.上端蓋 2.取樣孔 3.弧形擋板 4.內(nèi)中心管 5.電加熱管 6.孔7.墊圈 8.進(jìn)氣孔 9.錐形底 10.法蘭 11.螺釘12.通氣管 13.反應(yīng)器外管14.外中心管 15.測(cè)溫孔及溫度計(jì)16.橫桿17.支撐板18.支撐桿 19.螺母 20.輕油相21.氣泡22.油滴實(shí)施例1.
本實(shí)用新型反應(yīng)器應(yīng)用在細(xì)菌處理含油廢水。
分別在有效容積均為6.8L的有機(jī)玻璃型原氣升式空氣攪拌反應(yīng)器、本實(shí)用新型反應(yīng)器中進(jìn)行，兩個(gè)反應(yīng)器中均裝有電熱管自動(dòng)控溫裝置。將6L無(wú)菌培養(yǎng)液，300mL培養(yǎng)好的菌液及60mL輕油相(十二烷)分別加入兩個(gè)已滅菌的反應(yīng)器中，擰緊反應(yīng)器上端蓋8，密封反應(yīng)器，反應(yīng)器外管內(nèi)徑為Φ180mm，外中心管內(nèi)徑為Φ100mm，內(nèi)中心管內(nèi)徑為Φ60mm，反應(yīng)器外管與外中心管用支撐桿連接固定，外中心管與內(nèi)中心管上端用支撐板連接固定，下端用密封板連接固定，直徑為120mm的弧形擋板掛在內(nèi)外中心管上方50mm處。空氣經(jīng)過(guò)濾滅菌后由底部通氣管12引入，調(diào)節(jié)通氣量為0.25m3/h，溫度控制為25℃。本實(shí)用新型反應(yīng)器開(kāi)始通氣時(shí)上層輕油相在上升空氣攜帶下首先進(jìn)入內(nèi)中心管4，在其底部由于負(fù)壓作用開(kāi)始內(nèi)中心管小循環(huán)，然后在氣體作用下進(jìn)入外中心管14，開(kāi)始外循環(huán)并很快達(dá)到均勻混合，而原氣升式空氣攪拌反應(yīng)器中只有流體單循環(huán)狀況。
每隔6小時(shí)從取樣孔2取樣100mL萃取分離后進(jìn)行氣相色譜分析，降解時(shí)間為192小時(shí)。不同時(shí)間油相生物降解結(jié)果見(jiàn)附表2。
表2生物降解過(guò)程中十二烷濃度的變化時(shí)間(hr) 0 2448 72 96 120 144 168192本實(shí)用新44.82 40.51 32.08 21.80 11.58 10.26 9.54 8.51 5.11型反應(yīng)器(g/L)原氣升式44.82 40.00 38.21 30.15 26.77 22.53 18.55 19.02 17.19空氣攪拌反應(yīng)器(g/L)
權(quán)利要求1.一種氣升式空氣攪拌反應(yīng)器，包括圓形反應(yīng)器外管(13)、法蘭(10)、墊圈(7)、錐形底(9)、開(kāi)有取樣孔(2)、測(cè)溫孔(15)的上端蓋(1)及外中心管(14)，其特征在于外中心管(14)內(nèi)安裝有較細(xì)的內(nèi)中心管(4)，其外中心管(14)與內(nèi)中心管(4)下端之間用環(huán)封閉連接，上端通過(guò)支撐板(17)連接，使三管之間保持適當(dāng)?shù)拈g距；在內(nèi)中心管(4)距其底部一定高度處開(kāi)有小孔(6)；在反應(yīng)器內(nèi)有一與圓形反應(yīng)器外管(13)內(nèi)壁相連接且在內(nèi)中心管(4)及外中心管(14)上方的橫桿(16)，一弧形擋板(3)懸掛在橫桿(16)上。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型特別涉及氣升式空氣攪拌反應(yīng)器。包括圓形反應(yīng)器外管、上端蓋及外中心管,其特征在于外中心管內(nèi)安裝有較細(xì)的內(nèi)中心管,其外中心管與內(nèi)中心管下端之間用環(huán)封閉連接,上端通過(guò)支撐板連接,使三管之間保持適當(dāng)?shù)拈g距;在內(nèi)中心管距其底部一定高度處開(kāi)有小孔;在反應(yīng)器內(nèi)有一與圓形反應(yīng)器外管內(nèi)壁相連接且在內(nèi)中心管及外中心管上方的橫桿,一弧形擋板懸掛在橫桿上。本實(shí)用新型為反應(yīng)介質(zhì)提供了快速、均勻混合的動(dòng)力。
文檔編號(hào)B01J10/00GK2403494SQ9925562
公開(kāi)日2000年11月1日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者姜成英, 王蓉, 安震濤, 劉會(huì)洲, 陳家鏞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所