專利名稱：組織多管氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法及其反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法、適用于該方法的多管旋流氣升式反應(yīng)器及應(yīng)用，屬于反應(yīng)工程領(lǐng)城。
背景技術(shù)：
目前，在生物工程領(lǐng)城，由于生長期長，多般采用全混流方式完成生化反應(yīng)；廣乏采用的生物反應(yīng)器均為間隙或連續(xù)攪拌反應(yīng)器；在物料粘度很大的情況下，也有采用活塞流方式的氣升式反應(yīng)器進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。在化工領(lǐng)城除了采用攪拌反應(yīng)器外，也有采用連續(xù)管道式反應(yīng)器完成反應(yīng)速率較快的化學(xué)反應(yīng)過程。而氣升式反應(yīng)器是一種全循環(huán)式的管道式反應(yīng)器。氣升式反應(yīng)器內(nèi)由于氣流在管截面上的分布極不均勻，特別是在高氣液比(高含氣率)條件下容易形成氣液二相彈狀流型或栓塞流型，這將使單管中的流動(dòng)產(chǎn)生脈動(dòng)和返混，而達(dá)不到采用管道式反應(yīng)器所希望的活塞流型。而且氣泡大且易凝并，導(dǎo)致氣泡比表面積減小。
中科院化工冶金所發(fā)明的一種“高粘度發(fā)酵氣升式生物反應(yīng)器”(ZL90225805.2)采用多段提升方法解決高粘度發(fā)酵液無法在很大的長徑比條件下氣升式反應(yīng)器內(nèi)的物料循環(huán)問題。但這會使提升變得相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)樯锓磻?yīng)器中氣體耗量很少(僅2％)，這種方法使得上、下各段中的氣液比變化很大，兩相流流態(tài)會發(fā)生較大變化，操作難度大、穩(wěn)定性差。最大的問題在于，發(fā)酵液在各段內(nèi)的流速和流經(jīng)氣升管所歷經(jīng)的時(shí)間不同，從而導(dǎo)致反應(yīng)所歷經(jīng)的過程不同，這就有悖於采用氣升式反應(yīng)器這種管道式反應(yīng)器的目的。
為了降低氣升式反應(yīng)器的高度，提高循環(huán)速率，強(qiáng)化傳熱過程，已經(jīng)發(fā)展了多種多管式氣升式反應(yīng)器。為了利用原有攪拌反應(yīng)釜改造，采用內(nèi)管多管氣升式反應(yīng)器有其特殊的優(yōu)點(diǎn)。華東理工大學(xué)申請的一種實(shí)用新型專利“一種蜂窩載體固定化細(xì)胞的氣升式生物反應(yīng)器”(ZL992390032.X)提出了一種多管式氣升式生化反應(yīng)器，其中提升管內(nèi)裝填了包含有固定化細(xì)胞的蜂窩載體。這種蜂窩載體起到氣液二相混合作用，保證了多管氣升條件的平穩(wěn)，它適宜于廢水生化處理過程。但大多數(shù)的生化反應(yīng)不用固定化細(xì)胞進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，因此一旦在氣升管內(nèi)不裝蜂窩載體，則會產(chǎn)生多管流態(tài)保持平穩(wěn)操作的問題。多管氣升式管道反應(yīng)器，無論采用內(nèi)管還是外管循環(huán)的多管氣升式反應(yīng)器均存在各管氣體分配不均衡，流動(dòng)阻力和氣液二相流流型不相等的問題，這將導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器工作的不僅不能在內(nèi)、外管中形成活塞流流動(dòng)，甚至可能由于氣流的偏流而使多管氣升式反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生振蕩和不穩(wěn)定，惡化到使反應(yīng)器內(nèi)的生化或化學(xué)反應(yīng)過程失控。
通常，在多個(gè)空氣噴嘴在每根氣升管內(nèi)形成的射流引射循環(huán)發(fā)酵液循環(huán)。這種方法難以保證各噴嘴間的空氣分配的均勻性，從而也難以保證各管工作條件的相等。從而在各管之間形成返混問題。直接用氣流甚至液流噴射，在大氣液比條件下，往往難以保證氣升管內(nèi)的流動(dòng)的平穩(wěn)性和無返混流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流的方法以及適用于該方法的一種新的多管旋流式氣升式反應(yīng)器。這種裝置具有氣升式反應(yīng)器的基本循環(huán)流動(dòng)特征，但通過上升氣升管內(nèi)的旋流和下降管內(nèi)形成的旋流?？梢允惯@種反應(yīng)器的返混流減少到最低具有理想平推流反應(yīng)器特征，這種特征可以在任意長反應(yīng)時(shí)間內(nèi)保持。為了降低反應(yīng)器高度，反應(yīng)器采用多管形式。本發(fā)明采用了特殊設(shè)計(jì)的氣體分布盒裝置，以保證每根氣升管內(nèi)有基本上相同的空氣流量和含氣率，從而保證在多管氣升管內(nèi)都具有相同循環(huán)驅(qū)動(dòng)力。避免偏流的發(fā)生。保證反應(yīng)器運(yùn)行的平穩(wěn)。
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的可以采用內(nèi)置氣升管和外置氣升管兩種布置形式。為了達(dá)到在多個(gè)氣升管中布?xì)饩鶆蚰康?，采用帶有一個(gè)裝有多個(gè)噴嘴的分氣盒。一定容積的分氣盒具有均衡壓力的作用，以保證布?xì)饩鶆?。噴嘴產(chǎn)生的高速氣流，可以產(chǎn)生局部負(fù)壓，與液體物料發(fā)生充分混合。使得氣升管中有相同的氣液混合物。產(chǎn)生相同的循環(huán)液流。
本發(fā)明為了在氣升管中在更大的含氣率下都能在平穩(wěn)的均勻泡狀區(qū)工作，在氣升管的入口段設(shè)置了靜態(tài)混合器，以減小氣泡直徑，防止產(chǎn)生栓狀流或彈狀流。同時(shí)若采用肯尼思靜態(tài)混合器，在混合器出口可以產(chǎn)生氣液旋流，氣液旋流在水平方向的相對運(yùn)動(dòng)可以提高氣液相的傳遞系數(shù)。，除了分子擴(kuò)散流引起的返混外，氣液旋流可以防止反向返混流動(dòng)。選擇適當(dāng)?shù)男鹘牵椭芟蛐魉俣?，可以最大限度地抑止返混流，達(dá)到理想平推流反應(yīng)器的運(yùn)行條件。對于非一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，通常在相同的反應(yīng)時(shí)間條件下，有更大的反應(yīng)度。在相同的反應(yīng)容積下，有更大的產(chǎn)率。
本發(fā)明所述的氣升式反應(yīng)器在上部設(shè)置一個(gè)直徑增大的溢氣段，以保證物料有足夠的停留時(shí)間，讓大氣泡溢出；而小氣泡則隨物料向下運(yùn)動(dòng)中，為了減弱氣液逆向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的返混流，在下降流中也需產(chǎn)生相應(yīng)的旋渦流。本發(fā)明為此在內(nèi)置式氣升管的出口設(shè)置了水平面上的切向?qū)Я鲝澒埽脤?dǎo)流彎管產(chǎn)生水平旋流。并與下降流合成為向下旋流。而在外置式氣升管的出口則安裝在溢氣段的側(cè)壁上部，并沿其切向進(jìn)入溢氣段，從而造成下降管中的旋渦流?？梢杂行У販p少下降管中的返混流。外置式罐體是由三段組成，上段為溢氣段，經(jīng)收縮段與下降總管相連。
本發(fā)明為了達(dá)到反應(yīng)器的溫度控制，在反應(yīng)器壁上設(shè)置多段冷卻水盤管，吸收反應(yīng)熱。對于內(nèi)置多管氣升式反應(yīng)器，氣升管管壁可設(shè)置冷卻水通道達(dá)到在反應(yīng)器內(nèi)的冷卻。
本發(fā)明提出了一種依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法，包括氣體引入以及氣體排出過程，和氣升管和下降管內(nèi)的旋流場的流動(dòng)組織的方法，適用于化學(xué)反應(yīng)、微生物、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)，其特征在于(1).利用在氣升管入口的肯尼思混合器，在氣升管內(nèi)產(chǎn)生氣液充分混合的均勻泡沫流旋流。從而得到無返混的軸向上升流。可以在寬氣液比范圍內(nèi)得到均勻泡沫流，可以有效提高氣升力，保證循環(huán)速率和傳熱速率；以及在多個(gè)復(fù)雜反應(yīng)中提高反應(yīng)選擇性和產(chǎn)率；(2).利用氣升管的出口導(dǎo)向板或?qū)驈濐^指向下降管的同心切圓，使上升管出流構(gòu)成向下沿澡盆渦方向的流動(dòng)。形成下降管中的無返混的下行旋流；并通過提高切向速度提高在管壁處的傳熱系數(shù)。
(3).利用外置式氣升管的出口沿溢氣段側(cè)壁切線方向安裝的方法，在氣升管反應(yīng)器的下降總管中產(chǎn)生問下旋流，(4).利用帶多個(gè)噴嘴的分氣盒裝置產(chǎn)生的氣體射流產(chǎn)生的低壓區(qū)引射液體與之混合，進(jìn)入靜態(tài)混合器后進(jìn)一步充分混合；所述的分氣盒裝置起到均衡多管噴嘴壓力和流量的作用；靜態(tài)混合器能在寬氣液比下保證不發(fā)生栓塞流引起的壓力脈動(dòng)，從而保證多管流動(dòng)的平衡和均勻。
(5).通過靜態(tài)混合器內(nèi)單元數(shù)控制氣泡尺度，提高氣液比，降低上升管液體表觀密度方法，控制下降管內(nèi)的含氣率和噴嘴出口速度和上升管與下降管截面比提高循環(huán)流速。依靠旋流角度控制切向流，控制傳熱速率和分子擴(kuò)散引起的返混流；依組織多管氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法，設(shè)計(jì)出相應(yīng)適用于化學(xué)反應(yīng)、微生物、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)用的多管氣升式旋流反應(yīng)器，其特征在于(1)所述的反應(yīng)器依氣升管在下降總管內(nèi)或下降總管外有內(nèi)置式或外置式兩種結(jié)構(gòu)，(A)內(nèi)置式(a)在反應(yīng)器頂部封頭上依次有接種管(1)、排氣管(2)、熱偶溫度計(jì)(3)、進(jìn)料管(4)和溶氧儀探頭(5)；(b)氣升管(7)在下降總管內(nèi)，其入口段內(nèi)裝有靜態(tài)混合器(12)，在每個(gè)氣升管的出口段設(shè)置有水平面上的切向?qū)Я鲝濐^或?qū)Я靼澹?c)在反映器下部設(shè)置一個(gè)分氣盒，它與空氣進(jìn)氣總管(16)相連，分氣盒上設(shè)置多個(gè)噴嘴，噴嘴數(shù)量與空氣升管(7)數(shù)量相等，噴嘴上方對準(zhǔn)氣升管入口；(B)外置式(d)在反應(yīng)器頂部封頭上依次有接種管(1)、排氣管(2)、熱偶溫度計(jì)(3)、進(jìn)料管(4)和溶氧儀探頭(5)；(e)氣升管(7)在下降總管外，其入口處連接在下降總管的氣液混合段(21)上；罐體由三段組成，上部為溢氣段，經(jīng)收縮段與下降總管相連接；(f)在反映器下部設(shè)置一個(gè)分氣盒(9)，分氣盒上的噴嘴通過氣液混合段與氣升管的入口連接，氣液管(7)的入口段裝有靜態(tài)混合器，氣升管的出口安裝在溢氣段的側(cè)壁上，并沿切向進(jìn)入溢氣段；噴嘴數(shù)量與氣升管的數(shù)量相等。
(2)內(nèi)置式或外置式結(jié)構(gòu)中的入口段內(nèi)設(shè)置的靜態(tài)混合器為肯尼思靜態(tài)混合器；所述的肯尼思混合器設(shè)置3-10個(gè)單元，最后一個(gè)為左旋。
(3)在內(nèi)置式結(jié)構(gòu)中導(dǎo)流彎頭呈90°，彎頭的出口沿與反映器的同心圓的切線方向，使出流在反映器內(nèi)產(chǎn)生切向旋流，旋轉(zhuǎn)方向指向哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦的方向。
(4)在外置式結(jié)構(gòu)中連接噴嘴和氣升管間的氣液混合段呈漸縮形狀。
(5)所述的分氣盒為一橢球狀容器；分氣盒上設(shè)置的噴嘴為直噴嘴或?yàn)闈u縮噴嘴或?yàn)槌羲俚目s放噴嘴，噴嘴在分氣盒上的安裝角度變化在25～110°之間；噴嘴在分氣盒均布2-10個(gè)噴嘴。
(6)氣升管內(nèi)設(shè)置旋流器或在靜態(tài)混合器后接旋流器，旋流器的螺距10cm～100cm；旋轉(zhuǎn)角度180～270度。
(7)內(nèi)置式在反映器外壁上，設(shè)置有冷卻管，是通過焊接方式盤旋在反映器壁上；外置式是在氣升管的外壁上設(shè)置冷卻夾套。
(8)依內(nèi)置式和外置式兩種不同的反應(yīng)器，或在下降管壁或在多管氣升管壁上設(shè)置冷卻水夾層套，強(qiáng)化氣升式反應(yīng)器內(nèi)的散熱能力。
(9)在每個(gè)內(nèi)置氣升管出口設(shè)置導(dǎo)流彎頭或?qū)Я靼?，使上升管出流沿著下降管?nèi)的一個(gè)切圓流動(dòng)，其流動(dòng)方向沿著哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦方向。
(10)在每個(gè)外置式氣升管的出口沿溢氣段的外切圓安裝出流方向沿著哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦方向。


下面通過附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步具體說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。
圖1是內(nèi)置式多管氣升式旋流反應(yīng)器的示意縱剖視圖。
圖2是內(nèi)置式多管氣升式旋流反應(yīng)器的示意水平截面剖圖。
圖3是分氣盒裝置的示意圖。(a)縱面剖視圖，(b)頂視4是外置式多管氣升式旋流反應(yīng)器的示意縱剖視圖。
圖5是外置式多管氣升式旋流反應(yīng)器的示意水平截面剖圖。
圖6是氣升管冷卻水夾套示意圖(a)頂視圖，(b)縱剖視圖從圖1可以看到本發(fā)明提供的一種內(nèi)置式多管旋流氣升式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)布置的示意圖。主要是由反應(yīng)器罐體6、氣升管7、分氣盒9、多個(gè)噴嘴8組成；在反應(yīng)器頂部封頭上布置有進(jìn)料管線及閥門4，接種管1、排氣管2；以及熱電偶溫度計(jì)3、溶氧儀探頭5、以及其他一次儀表構(gòu)成。
在氣升管7在下降總管內(nèi)，其入口段內(nèi)安裝有肯尼思靜態(tài)混合器12，不僅能強(qiáng)化氣液相間的混合，產(chǎn)生均勻泡狀流，并能借助其末個(gè)單元產(chǎn)生旋流。若安裝其他形式的靜態(tài)混合器，則可以在其后接裝一個(gè)旋流器，產(chǎn)生旋流。在氣升管的出口段可以接裝一個(gè)導(dǎo)向彎頭15，例如圖中所示的90°彎頭，彎頭的出口沿與反應(yīng)器壁的同心圓的切線方向，使出流在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生切向旋流，旋轉(zhuǎn)方向指向哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦的方向。
在反應(yīng)器下部設(shè)置一個(gè)分氣盒9，分氣盒為一橢球狀容器，與空氣進(jìn)氣總管16相連，分氣盒上設(shè)置多個(gè)噴嘴8，與多管氣升管相對應(yīng)。噴嘴可以是漸縮噴嘴，也可以是超音速的縮放噴嘴。分氣盒的底部開設(shè)排渣孔31。詳見圖3分氣盒裝置示意圖。噴嘴在分氣盒上的安裝角依噴嘴與氣升管的相對位置進(jìn)行設(shè)定。可以在25°～110°間變化。在氣升管的入口處還可以設(shè)置導(dǎo)流器，以保證在氣升管中的空氣分布的均勻。
在多管氣升管之間設(shè)置1-3個(gè)中間支撐定位裝置17，以防止管子發(fā)生振動(dòng)失穩(wěn)。
在反應(yīng)器外壁上，設(shè)置有冷卻盤管14，是由焊接在反應(yīng)器壁上的半圓冷卻盤管盤旋制作而成的。也可采用常規(guī)的夾套冷卻裝置。
為了強(qiáng)化冷卻，在多管氣升管的外壁上也需設(shè)置冷卻通道，詳見圖6所示。
從圖2中可以看到氣升管出口設(shè)置的導(dǎo)向彎頭15，以及氣升管出流形成的旋流方向。
從圖3(a)和(b)中可以看到一種分氣盒裝置的具體布置方式，空氣進(jìn)氣總管16可以從分氣盒的上、下和側(cè)壁進(jìn)入，但需保證分氣盒內(nèi)的流動(dòng)仍舊可以保證噴嘴入口處的壓力勻衡，以保證各個(gè)噴嘴的流量相等。噴嘴8的數(shù)量與氣升管7的數(shù)量相等。噴嘴的尺寸依空氣流量確定，出口流速可設(shè)計(jì)在50-400m/s之間。超音速噴嘴需按背壓條件設(shè)計(jì)喉部與出口尺寸。
圖4是外置多管旋流氣升式反應(yīng)器的縱向截面示意圖。反應(yīng)器由罐體6、氣升管7、分氣盒9、多個(gè)噴嘴8組成；從圖4中可見在頂部封頭上設(shè)置有進(jìn)料管線及閥門4，接種管1、排氣管2；以及熱電偶溫度計(jì)3、溶氧儀探頭5、以及其他一次儀表。罐體6由三段組成，上部為溢氣段23，經(jīng)收縮段與下降總管段22相連。罐壁裝有冷卻盤管14，也可安裝冷卻夾套。下封頭裝有排液總管和閥門10以及排渣管等其他工藝管線(末示出)。
氣升管7在下降總管外，其入口連接在下降總管的氣液混合段21上，分氣盒9上的噴嘴8通過氣液混合段與氣升管7連接，產(chǎn)生的射流在氣液混合段21內(nèi)與料液混合后流向氣升管7。氣液混合段呈漸縮形狀，保證氣液混合物加速混合。氣升管7的入口段裝有靜態(tài)混合器12，使氣液混合物進(jìn)一步切割混合成均勻泡狀流，并依靠未級混合單元形成氣升管內(nèi)的旋流，防止返混。通過旋流角的調(diào)節(jié)設(shè)置，可以抑制分子擴(kuò)散引起的返混。氣升管的出口則連接在溢氣段23側(cè)壁上，從側(cè)壁的切線方向進(jìn)入，在溢氣段23內(nèi)產(chǎn)生旋流，方向在哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦的方向上。此旋流在收縮段與下降總管內(nèi)得到加強(qiáng)。以保證無返混的理想平推流。
氣升管7的外壁上可設(shè)置冷卻夾套(未畫出)，控制在氣升管內(nèi)產(chǎn)生的反應(yīng)熱不會產(chǎn)生超溫。
圖5所示為外置式多管氣升管7通過彎頭在溢氣段23側(cè)壁沿切向進(jìn)入的結(jié)構(gòu)布置。發(fā)酵液在溢氣段23中產(chǎn)生旋流并流向下降總管22。
圖6所示為內(nèi)置式多管氣升管的冷卻通道的一種布置方式。由進(jìn)水總管18，通過進(jìn)水支管19進(jìn)入氣升管7的水夾套25中，對料液進(jìn)行冷卻后從排水支管20流入排水總管21后，排出反應(yīng)器。
權(quán)利要求
1.一種依靠旋流組織氣升式反映器內(nèi)部旋流場的方法，包括氣體引入以及氣體排出過程，和氣升管和下降管內(nèi)的旋流場的流動(dòng)組織，其特征在于(1)利用在氣升管入口的肯尼思混合器，在氣升管內(nèi)產(chǎn)生氣液充分混合的均勻泡沫流旋流。從而得到無返混的軸向上升流；(2)利用氣升管的出口導(dǎo)向板或彎頭指向下降管的同心切圓，使氣升管出流構(gòu)成向下沿澡盆渦方向的流動(dòng)。形成下降管中的副返混的下行旋流；或利用氣升管的出口沿溢氣段冊壁切線方向，在氣升式反應(yīng)器的下降總管中產(chǎn)生向下旋流；(3)利用帶多個(gè)噴嘴的分氣盒產(chǎn)生的氣體射流產(chǎn)生的低壓區(qū)引射液體與之混合，經(jīng)氣液混合段進(jìn)入靜態(tài)混合器后充分混合；在靜態(tài)混合器出口處產(chǎn)生氣液旋流，防止反向返混流動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法，其特征在于所述的靜態(tài)混合器能在寬氣液比下保證不發(fā)生栓寒流引起的壓力脈動(dòng)，從而保證都管流動(dòng)的平衡和均勻。
3.按照權(quán)利要求1所述的依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法，依靠高氣液比降低上升管液體表現(xiàn)密度方法，通過靜態(tài)混合器內(nèi)單元數(shù)控制氣泡尺度，控制下降管內(nèi)的含氣率和噴嘴出口速度和上升管與下降管截面比提高循環(huán)流速。依靠旋流角度控制切向流，控制傳熱速率。
4.一種適用于權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于所述的反應(yīng)器依氣升管在下降總管內(nèi)或下降總管外有內(nèi)置式或外置式兩種結(jié)構(gòu)，(A)內(nèi)置式(a)在反應(yīng)器頂部封頭上依次有接種管(1)、排氣管(2)、熱偶溫度計(jì)(3)、進(jìn)料管(4)和溶氧儀探頭(5)；(b)氣升管(7)在下降總管內(nèi)，其入口段內(nèi)裝有靜態(tài)混合器(12)，在每個(gè)氣升管的出口段設(shè)置有水平面上的切向?qū)Я鲝濐^或?qū)Я靼澹?c)在反映器下部設(shè)置一個(gè)分氣盒，它與空氣進(jìn)氣總管(16)相連，分氣盒上設(shè)置多個(gè)噴嘴，噴嘴數(shù)量與空氣升管(7)數(shù)量相等，噴嘴上方對準(zhǔn)氣升管入口；(B)外置式(a)在反應(yīng)器頂部封頭上依次有接種管(1)、排氣管(2)、熱偶溫度計(jì)(3)、進(jìn)料管(4)和溶氧儀探頭(5)；(b)氣升管(7)在下降總管外，其入口處連接在下降總管的氣液混合段(21)上；罐體由三段組成，上部為溢氣段，經(jīng)收縮段與下降總管相連接；(c)在反應(yīng)器下部設(shè)置一個(gè)分氣盒(9)，分氣盒上的噴嘴通過氣液混合段與氣升管的入口連接，氣液管(7)的入口段裝有靜態(tài)混合器，氣升管的出口安裝在溢氣段的側(cè)壁上，并沿切向進(jìn)入溢氣段；噴嘴數(shù)量與氣升管的數(shù)量相等。
5.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)置式或外置式結(jié)構(gòu)中的入口段內(nèi)設(shè)置的靜態(tài)混合器為肯尼思靜態(tài)混合器；所述的肯尼思混合器設(shè)置3-10個(gè)單元，最后一個(gè)為左旋。
6.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)置式結(jié)構(gòu)中導(dǎo)流彎頭呈90°，彎頭的出口沿與反映器的同心圓的切線方向，使出流在反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生切向旋流，旋轉(zhuǎn)方向指向哥氏力產(chǎn)生的澡盆渦的方向。
7.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于在外置式結(jié)構(gòu)中連接噴嘴和氣升管間的氣液混合段呈漸縮形狀。
8.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于所述的分氣盒為一橢球狀容器；分氣盒上設(shè)置的噴嘴為直噴嘴、漸縮噴嘴或超音速的縮放噴嘴，噴嘴在分氣盒上的安裝角度變化在25～110°之間；噴嘴在分氣盒均布2-10個(gè)噴嘴。
9.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在氣升管內(nèi)設(shè)置旋流器或在靜態(tài)混合器后接旋流器，旋流器的螺距10cm～100cm；旋轉(zhuǎn)角度180～270度。
10.按權(quán)利要求4所述的多管氣升式反應(yīng)器，其特征在于內(nèi)置式在反應(yīng)器外壁上，設(shè)置有冷卻管，是通過焊接方式盤旋在反應(yīng)器壁上；外置式是在氣升管的外壁上設(shè)置冷卻夾套。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種依靠旋流組織氣升式反應(yīng)器內(nèi)部旋流場的方法和適用于該方法的多管旋流氣升式反應(yīng)器及應(yīng)用。其特點(diǎn)是利用旋流的無返混流動(dòng)特征保證氣升式反應(yīng)器具有活塞流特征，從而利用氣升管中的旋流裝置在氣升管中構(gòu)造旋流，以保證氣升管中的螺旋流動(dòng)；在氣升管出口通過出口形狀的設(shè)計(jì)保證在下降總管中產(chǎn)生下行旋流以保證無返混流旋流。通過肯尼思靜態(tài)混合器或旋流器以保證氣升管入口物料充分的混合以及物料的均勻性和防止氣升管氣液二相流流型的不勻衡；所提供的反應(yīng)器依氣升管在下降總管內(nèi)或外有內(nèi)置式和外置式兩種結(jié)構(gòu)。
文檔編號C02F3/00GK1772873SQ20051003106
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者黃為民 申請人:上海理工大學(xué)