一種新型氣升式外循環反應器裝置及工藝制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種新型氣升式外循環反應器裝置及工藝，由反應釜體(5)、循環管(10)、泡罩式引流管(3)、直角氣液分離管(8)、供氣系統(13)、尾氣系統(14)和供料系統(15)組成；其中直角氣液分離管(8)安裝在上部橫接管(11)與降液管(9)的交接點處并與反應器釜體(5)相通；反應釜體(5)由下部的氣升管(4)和上部的氣液分離區(6)組成；循環管(10)由上橫接管(11)、下橫接管(12)和降液管(9)組成；泡罩式引流管(3)由圓柱形空心管(2)和折流罩(7)組成并安裝在氣升管(4)底部；供氣系統(13)由壓縮機C?1，流量計C?2和曝氣頭(1)組成；尾氣系統(14)中氣液分離罐D?1與壓縮機C?1相連接。本反應器具有結構簡單，能耗低，操作簡易，氣液混合好，氣泡停留時間長等優點。

A novel airlift external circulation reactor device and process

\u672c\u53d1\u660e\u6d89\u53ca\u4e00\u79cd\u65b0\u578b\u6c14\u5347\u5f0f\u5916\u5faa\u73af\u53cd\u5e94\u5668\u88c5\u7f6e\u53ca\u5de5\u827a\uff0c\u7531\u53cd\u5e94\u91dc\u4f53(5)\u3001\u5faa\u73af\u7ba1(10)\u3001\u6ce1\u7f69\u5f0f\u5f15\u6d41\u7ba1(3)\u3001\u76f4\u89d2\u6c14\u6db2\u5206\u79bb\u7ba1(8)\u3001\u4f9b\u6c14\u7cfb\u7edf(13)\u3001\u5c3e\u6c14\u7cfb\u7edf(14)\u548c\u4f9b\u6599\u7cfb\u7edf(15)\u7ec4\u6210\uff1b\u5176\u4e2d\u76f4\u89d2\u6c14\u6db2\u5206\u79bb\u7ba1(8)\u5b89\u88c5\u5728\u4e0a\u90e8\u6a2a\u63a5\u7ba1(11)\u4e0e\u964d\u6db2\u7ba1(9)\u7684\u4ea4\u63a5\u70b9\u5904\u5e76\u4e0e\u53cd\u5e94\u5668\u91dc\u4f53(5)\u76f8\u901a\uff1b\u53cd\u5e94\u91dc\u4f53(5)\u7531\u4e0b\u90e8\u7684\u6c14\u5347\u7ba1(4)\u548c\u4e0a\u90e8\u7684\u6c14\u6db2\u5206\u79bb\u533a(6)\u7ec4\u6210\uff1b\u5faa\u73af\u7ba1(10)\u7531\u4e0a\u6a2a\u63a5\u7ba1(11)\u3001\u4e0b\u6a2a\u63a5\u7ba1(12)\u548c\u964d\u6db2\u7ba1(9)\u7ec4\u6210\uff1b\u6ce1\u7f69\u5f0f\u5f15\u6d41\u7ba1(3)\u7531\u5706\u67f1\u5f62\u7a7a\u5fc3\u7ba1(2)\u548c\u6298\u6d41\u7f69(7)\u7ec4\u6210\u5e76\u5b89\u88c5\u5728\u6c14\u5347\u7ba1(4)\u5e95\u90e8\uff1b\u4f9b\u6c14\u7cfb\u7edf(13)\u7531\u538b\u7f29\u673aC\u20111\uff0c\u6d41\u91cf\u8ba1C\u20112\u548c\u66dd\u6c14\u5934(1)\u7ec4\u6210\uff1b\u5c3e\u6c14\u7cfb\u7edf(14)\u4e2d\u6c14\u6db2\u5206\u79bb\u7f50D\u20111\u4e0e\u538b\u7f29\u673aC\u20111\u76f8\u8fde\u63a5\u3002 The utility model has the advantages of simple structure, low energy consumption, simple operation, good gas-liquid mixing and long bubble residence time.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型氣升式外循環反應器裝置及工藝，其適用于0-10MPa壓力下利用氣浮、CO2曝氣、臭氧氧化處理高含油、含有機物、含硅廢水等。
技術介紹
氣升式反應器是一種改進的鼓泡塔，其通過壓縮氣體推動液體流動，依靠氣升管與降液管間存在流體密度差而驅動氣液循環。氣升式外循環反應器具有結構簡單、低剪切應力、高混合傳質效率和低能耗等優點，并廣泛地應用到水處理，生物細胞培養，發酵等。氣升式外循環反應器相比內循環反應器具有更好的流體流動性和氣液混合效率，然而外循環反應器容易在橫接管與降液管連接處形成氣泡空穴阻礙流體順暢流動，影響反應器循環性能，并且氣升式反應器應用于粘度高、乳化嚴重的液體效果不佳，因此氣升式反應器的改進優化成為一個重要的研究方向。專利CN102219326A一種氧化納濾膜反應器，氣升式外循環反應器中引入陶瓷膜一方面可對氣體進行再分布，另一方氣液兩相流可在膜通道內形成彈狀流，專利CN1751780A提出一種外環流氣升式膜反應器反應器，該反應采用了雙循環管增加循環效率，但以上專利均采用采用了大孔曝氣，相比微孔曝氣大大降低了氣傳質性能。專利CN202157075U提出一種外加磁場的生物反應器，通過對氣升式罐體施加恒溫磁場來解決傳統發酵中發酵性能低、溶氧不充分等問題。專利CN104085986A提出一種氣升式外循環渦旋強化生物脫氮反應器，在氣升區設置多段文丘里管形成渦旋流場來增強氣-液-固三相傳質性能，采用雙循環管和多段文丘里管構成好氧-厭氧環境，進行硝化和反硝化生物脫氮。雙循環反應器在提高循環速率的同時也會增加氣泡在多段文丘里管中的停留時間，降低氣含率，從而導致充氧量低，降低好氧反應效率，渦流強化也會增加剪切應力對生物細胞的活性有一定的影響。同時這些外部組件的引入能夠提高氣升式反應器的傳質性能，但結構復雜，成本高，同時會增加反應器的能耗。本專利技術引入直角氣液分離器降低氣泡聚并，提高反應器循環效率；引入泡罩式引流管改變流體流動軌跡，增加氣泡停留時間和氣含量，進一步提高反應速率。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種新型氣升式外循環反應器裝置，本專利技術的另一個目的是提供利用上述裝置的氣升式外循環反應工藝。本專利技術的技術方案為：一種新型氣升式外循環反應器裝置，其特征在于由反應釜體5、循環管10、泡罩式引流管3、直角氣液分離管8、供氣系統13、尾氣系統14和供料系統15組成；其中反應釜體5由下部的氣升管4和上部的氣液分離區6組成；循環管10由上橫接管11、下橫接管12和降液管9組成，上橫接管11和下橫接管12分別從氣升管4上部與底部引出，連接降液管9形成循環；泡罩式引流管3由圓柱形空心管2和折流罩7組成并安裝在氣升管4底部，其中圓柱形空心管2和折流罩7通過支點焊接，中間留有一定距離空隙供氣液流動；直角氣液分離管8位于氣液分離區6側面，連通上橫接管11與降液管9并與氣液分離區6連接；供氣系統13由壓縮機C-1，流量計C-2和曝氣頭1組成，其中曝氣頭1安裝于釜體5底部中心，與氣升管4底部連通，并通過進氣管16依次與流量計C-2、進氣閥門V1和壓縮機C-1連接；尾氣系統14由氣液分離罐D-1與壓縮機C-1組成，排氣管17從釜體5上方引出并設有出氣閥門V4，連接氣液分離罐D-1與壓縮機C-1，氣液分離罐D-1底部設有尾氣閥門V5；供料系統15由供料泵組成，通過進料管18與氣液分離區6左側相通，在連接氣液分離區6處設有進料閥門V3。降液管9側面設有出料閥門V6供處理好的料液連續排除；釜體5底部設有排料閥門V2供料液殘渣排除。泡罩式引流管3由圓柱形空心管2和折流罩7通過支點焊接成一體，優選兩者之間有5-50mm空隙供氣液流動；優選泡罩式引流管3的高度為釜體5高度的1/4-3/4，泡罩式引流管3直徑為釜體5直徑的3/11-7/11，更優選5/11-7/11，其安裝高度高于釜底10-60mm，更優選20-50mm；折流罩7為空心圓錐，其圓錐角為60°-120°，更優選100°-120°。優選氣升管4高徑比為5-15，更優選為5-10；降液管9高徑比為10-20，更優選為15-20；氣升管4和降液管9高度為釜體5高度的1/4-3/4。優選直角氣液分離管8的高徑比為5-20，更優選5-15。本裝置采用微孔爆氣，所述的曝氣頭(1)為金屬燒結管，氧化鋯陶瓷膜曝氣系統，氧化鋁曝氣系統，微孔納米管等曝氣系統。優選曝氣孔的孔徑為1-1000μm。本專利技術還提供了利用上述裝置的新型外循環反應工藝，其特征在于：料液經供料泵A-1輸送到釜體5中；壓縮機C-1壓縮氣體通過流量計C-2和曝氣頭1輸送到反應器中；料液依靠氣升管4與降液管9之間產生的水力密度差形成循環；通過調節出氣閥門V4的開度控制反應器中內部壓力，通過進氣閥門V1調節氣體曝氣量；尾氣系統14中排除的氣體經過氣液分離罐D-1后通入壓縮機C-1重新壓縮至反應器中；反應器運行時，可從出料閥門V6進行實時取樣，運行停止后，從排料閥門V2排出料液。優選上述的供料泵A-1為蠕動泵、氣動液體增壓泵或隔膜泵等。優選反應器內壓力為0-10MPa，曝氣流量為50-2000L/h。尾氣系統中氣液分離罐D-1與壓縮機C-1連接，氣液分離罐D-1分離的尾氣通過壓縮機C-1重新壓縮至釜體(5)進行循環利用。本專利技術①利用直角氣液分離管解決橫接管與降液管間氣泡空穴阻礙液體循環的問題，提高反應器循環效率；②利用泡罩式引流管解決氣含量低、氣泡停留時間短、氣液分布不均勻造成水力性能降低的問題，改變氣液流動軌跡，延長氣泡停留時間，增大氣含率和優化氣液分布，促進氣液分布均勻；③尾氣系統解決臭氧、二氧化碳、氮氣等氣體利用率差、氣體成本高等問題，使得曝氣氣體可以循環利用，節約成本。本專利技術中所述的裝置在反應器運行中提供高的氣含率和循環速率、均勻氣液分布、高的傳質性能等。本專利技術的結構原理如下：隨著曝氣量的增大，氣泡隨著液體被夾帶入降液管中，而大氣泡受到的浮力大、曳力小，流動的液體無法推動氣泡進行循環，因此大氣泡就會在橫接管與降液管處不斷聚并形成氣泡空穴，降低反應器的循環性能。直角氣液分離器安裝在橫接管與降液管交界處可使得受到浮力大的氣泡可順著直角氣液分離管排入釜體中，受到曳力小的氣泡能夠順著流體流動，達到循環的作用。直角氣液分離管的引入可大大增加液體循環速率，同時也會造成氣升區氣液上升速度的增加，造成氣泡停留時間減小和氣含率降低。泡罩式引流管通過改變氣液流動軌跡，使得氣液能夠在氣升區與引流管間形成小型循環，達到提高氣泡停留時間，增加氣液混合效率，增大氣含率的作用。壓縮機將尾氣系統中經氣液分離罐分離的氣體重新壓縮至反應器中，形成循環利用，提高氣體利用率，降低能耗，節約成本。有益效果1、直角氣液分離管可以防止氣泡聚并阻礙流體循環，提高流體循環速度。2、泡罩式引流管可以增加氣泡停留時間和氣含率，維持一個均勻的氣液分布。3、尾氣系統可以使得尾氣循環利用，提高氣體利用率，降低運行成本。4、采用微孔爆氣系統可產生大量微小氣泡，增加氣泡比表面積，促進氣泡分布均勻，增加氣液傳質性能。附圖說明圖1.為未優化Case1氣升式外循環反應器裝置對比圖；其中(1)曝氣頭，(4)氣升管，(5)釜體，(6)氣液分離本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型氣升式外循環反應器裝置，其特征在于由反應釜體(5)、循環管(10)、泡罩式引流管(3)、直角氣液分離管(8)、供氣系統(13)、尾氣系統(14)和供料系統(15)組成；其中反應釜體(5)由下部的氣升管(4)和上部的氣液分離區(6)組成；循環管(10)由上橫接管(11)、下橫接管(12)和降液管(9)組成，上橫接管(11)和下橫接管(12)分別從氣升管(4)上部與底部引出，連接降液管(9)形成循環；泡罩式引流管(3)由圓柱形空心管(2)和折流罩(7)組成并安裝在氣升管(4)底部，其中圓柱形空心管(2)和折流罩(7)通過支點焊接，中間留有一定距離空隙供氣液流動；直角氣液分離管(8)位于氣液分離區(6)側面，連通上橫接管(11)與降液管(9)并與氣液分離區(6)連接；供氣系統(13)由壓縮機C?1，流量計C?2和曝氣頭(1)組成，其中曝氣頭(1)安裝于釜體(5)底部中心，與氣升管(4)底部連通，并通過進氣管(16)依次與流量計C?2、進氣閥門V1和壓縮機C?1連接；尾氣系統(14)由氣液分離罐D?1與壓縮機C?1組成，排氣管(17)從釜體(5)上方引出并設有出氣閥門V4，連接氣液分離罐D?1與壓縮機C?1，氣液分離罐D?1底部設有尾氣閥門V5；供料系統(15)由供料泵組成，通過進料管(18)與氣液分離區(6)左側相通，在連接氣液分離區(6)處設有進料閥門V3。...

【技術特征摘要】
1.一種新型氣升式外循環反應器裝置，其特征在于由反應釜體(5)、循環管(10)、泡罩式引流管(3)、直角氣液分離管(8)、供氣系統(13)、尾氣系統(14)和供料系統(15)組成；其中反應釜體(5)由下部的氣升管(4)和上部的氣液分離區(6)組成；循環管(10)由上橫接管(11)、下橫接管(12)和降液管(9)組成，上橫接管(11)和下橫接管(12)分別從氣升管(4)上部與底部引出，連接降液管(9)形成循環；泡罩式引流管(3)由圓柱形空心管(2)和折流罩(7)組成并安裝在氣升管(4)底部，其中圓柱形空心管(2)和折流罩(7)通過支點焊接，中間留有一定距離空隙供氣液流動；直角氣液分離管(8)位于氣液分離區(6)側面，連通上橫接管(11)與降液管(9)并與氣液分離區(6)連接；供氣系統(13)由壓縮機C-1，流量計C-2和曝氣頭(1)組成，其中曝氣頭(1)安裝于釜體(5)底部中心，與氣升管(4)底部連通，并通過進氣管(16)依次與流量計C-2、進氣閥門V1和壓縮機C-1連接；尾氣系統(14)由氣液分離罐D-1與壓縮機C-1組成，排氣管(17)從釜體(5)上方引出并設有出氣閥門V4，連接氣液分離罐D-1與壓縮機C-1，氣液分離罐D-1底部設有尾氣閥門V5；供料系統(15)由供料泵組成，通過進料管(18)與氣液分離區(6)左側相通，在連接氣液分離區(6)處設有進料閥門V3。2.根據權利要求1所述的新型氣升式外循環反應器裝置，其特征在于降液管(9)側面設有出料閥門V6；釜體(5)底部設有排料閥門V2。3.根據權利要求1所述的新型氣升式外循環反應器裝置，其特征在于泡罩式引流管(3)由圓柱形空心管(2)和折流罩(7)通過支點焊接成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：景文珩，陳超，邢衛紅，
申請(專利權)人：南京工業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32