[实用新型]具有轻相分布管的多通道多相反应器

说明书

本实用新型属于一种气-液-液多相反应设备，特别涉及用于轻重两种互不相溶的两相介质反应的具有轻相分布管的多通道多相反应器。

随着石油及石化工业的发展，含油废水及燃料燃烧过程中废气的排放已日益增加，这些废物中主要含氯、硫、酚、氰及各种有机化合物，它们以各种方式排入周围环境，对生态环境造成严重危害。含油废水的排放严重污染水源，CO2的排放引起全球变暖，氮氧化物和硫氧化物的排出与酸雨的形成有关，威胁着森林、农田、河流的生态平衡，对于它们的治理已引起高度重视。利用从自然形成的生物群体中筛选、构建的微生物体系降解这些有毒、有害有机物的方法因具有成本低、费用省、反应条件温和、对环境影响小、无二次污染等优点已成为治理环境污染的有效途径之一。

近年来，对含酚、氰及印染颜料等有毒化合物的治理收到明显效果，但对含油废水的生化治理研究较少，且不够系统。生物脱硫(BDS)技术因其具有成本和操作费用低、无需加氢等优点，有希望成为传统加氢脱硫过程的辅助途径，用来进行含硫燃料的精制加工。

要使生物脱硫及生物废水降解技术的工业应用得以扩大，必须设计出适用于生物过程的反应器。目前研究较多的主要有搅拌釜反应器、气升式反应器、流化床反应器、固定床反应器和膜反应器，这些反应器各有优缺点。搅拌釜反应器在化工、石化及微生物应用工程的最初阶段，多采用机械搅拌反应器，该反应器如文献1:D.J.Monticells,Riding the fossil fuel biodesulfurization wave“Catch a wave and you’re sittin’on top of the world……”,CHEMTECH1998,7,38-45所述的，其优点为搅拌转速、方向可以调节，适用范围较广。但在应用过程中也存在许多问题：如在高温、高压条件下进行操作，轴的密封是一个大问题，同时设备内部的检修和维护都很不方便，更主要的问题是机械搅拌反应器内较大的剪切力不利于微生物生长且会引起油水反应系统的乳化现象，而且机械搅拌反应器放大到一定规模后再进行放大就非常困难。由动力学研究可知：生物降解反应受产物和底物抑制，pH值也会影响反应，所以反应器的设计必须与控制系统相适应。设计具有良好混合特性的生化反应器，寻找有效的分离技术，力争与化工过程的优势互补，成为实现工业化和经济可行性的迫切要求。生物脱硫技术是实现21世纪绿色化学工程的一个有效手段，具有很高的社会效益，有必要深化发展。

随着科技的进步和工业的发展，在反应器的研究上出现了气升式空气搅拌反应器，已在冶金、石油、化工、制药、废水处理等领域广泛使用的气升式空气搅拌反应器，如专利号：ZL99255621.X，其原理是利用流体的喷流产生搅拌的原理对反应体系进行搅拌混合的管式反应器。反应器中心安装一个竖直的空管(中心管)，进气喷管从外管锥形底端插入，喷嘴与中心管底口平齐。当空气以一定流速吹入时，在中心管中造成负压，周围的固体、液体从底部被吸入中心管，并被具有较大动能的气体携带到顶部。动能转化为势能，在势能转化为动能的过程中，再返回外管，如此循环往复，从而达到搅拌混合，并进行化学反应。在这种反应器中没有运动部件，动力消耗少，且结构比较简单，因而一直被广泛应用。然而当上述气升式空气搅拌反应器应用于轻、重两个互不相溶的液相反应时，发现该结构的不足之处在于：(1)由于轻相与原体系中的液体相比，数量少(1％-30％)，密度差较大(0.1-0.2)，在吹气过程中一部分轻相只能漂浮在重相上面，即无法在反应器中全部循环，又不能破碎，更达不到均匀混合，反应器内传质效果较差。(2)若通气量较大，轻、重相极易产生乳化现象，不利于反应后期反应介质的分离，增大了过程的分离成本。

目前化工、石化及环保过程应用较多的还有固定床和流化床反应器，固定床反应器中无氧死角的存在，影响流体的流动、传质及微生物的生长。流化床反应器及用于生物脱硫过程的电喷射反应器，由于反应过程中强烈的乳化现象及较高的操作费用也给工业应用带来一定困难。

本实用新型的目的在于：克服上述已有的反应器在处理含油废水生物降解体系及微生物催化脱硫体系的轻、重两个互不相溶的介质时，两相介质无法全部在反应器内完全循环和又不能破碎，而达不到多相介质均匀混合的缺点；为了提高反应器内传质效果，能使轻、重两相介质在反应器内、并在短时间内达到良好混合，从而提供一种结构简单、制造容易、能耗费用低、具有低剪切力的，及特别是用于含油废水利用生物处理及生物脱硫工艺中的具有轻相分布管的多通道多相反应器。