برج تقطیر اتمسفری فولاد ضد زنگ برای جداسازی نفت خام با اندازه سفارشی با فشار طراحی 0.1-10 Mpa

تخمیر کننده ستون حبابی (یا بیوراکتور ستون حبابی) یک ظرف استوانه ای دراز و عمودی است که برای انجام اختلاط، انتقال جرم و تبدیل های بیولوژیکی از طریق عمل تزریق مداوم گاز طراحی شده است. این راکتور که به عنوان یک راکتور کاملاً پنوماتیک طبقه بندی می شود، مطلقاً هیچ پروانه مکانیکی، شفت داخلی یا بافل حلقه فیزیکی ندارد.

هسته عملیاتی کشتی متکی به یک توزیع کننده گاز یا اسپارگر است که در پایه مطلق ستون قرار دارد. همانطور که گاز فرآیند تحت فشار از طریق اسپارگر عبور می کند، یک ستون مداوم از حباب های هوا در حال حرکت به سمت بالا ایجاد می کند. افزایش شناور این حباب ها اختلاط جنبشی فاز مایع را هدایت می کند، انتقال حرارت یکنواخت را هماهنگ می کند و بسترهای فاز گازی حیاتی (مانند اکسیژن، مونوکسید کربن یا هیدروژن) را به سوسپانسیون سلول مایع می رساند. از آنجا که فاقد قطعات متحرک مکانیکی پیچیده است، ستون حباب ساختاری بسیار قابل اعتماد و مقرون به صرفه برای پردازش بیوشیمیایی صنعتی در مقیاس بزرگ ارائه می دهد.

عملکرد، راندمان اختلاط و قابلیت های انتقال جرم یک ستون حباب کاملاً توسط هیدرودینامیک آن دیکته می شود. متغیر طراحی اولیه که توسط مهندسان کنترل می‌شود، سرعت گاز سطحی (u_g) است که به عنوان نرخ جریان حجمی گاز تقسیم بر سطح مقطع ستون تعریف می‌شود.

بسته به میزان سرعت جریان گاز، ستون در رژیم‌های هیدرودینامیکی مجزا عمل می‌کند که توزیع فیزیکی حباب‌های هوا را تغییر می‌دهد:

• رژیم جریان همگن (حبابی): در سرعت های سطحی پایین (معمولاً کمتر از 0.04 تا 0.05 متر بر ثانیه) فعال می شود. در این حالت، حباب ها به طور یکنواخت کوچک هستند، دارای سرعت افزایش یکسان هستند و به صورت عمودی با حداقل برخورد جانبی بالا می روند. اختلاط ملایم است و سرعت ادغام حباب نزدیک به صفر است.
• رژیم جریان ناهمگن (Churn-Turbulent): در سرعت های سطحی بالاتر (معمولاً بیشتر از 0.06 متر بر ثانیه) ایجاد می شود. سرعت جریان گاز باعث برهمکنش شدید حباب‌ها می‌شود و باعث می‌شود حباب‌های کوچک در راب‌های گازی بزرگ و با رشد سریع ادغام شوند. این باعث ایجاد گرداب های پر هرج و مرج، حلقه های اختلاط ماکرو شدید و الگوهای گردش مایع بسیار متلاطم می شود.

یک معیار بی بعد حیاتی برای طراحی ستون حباب، نگه داشتن گاز است - کسری از حجم کل راکتور که توسط فاز گاز در هر لحظه اشغال می شود. نگه داشتن گاز بیشتر مستقیماً به سطح سطحی گاز-مایع بالا ترجمه می شود که ضریب انتقال جرم حجمی (kL a) را به شدت افزایش می دهد.

مهندسان فرآیند، ستون‌های حباب‌دار را در مقابل گزینه‌های جایگزین با تجزیه و تحلیل اینکه چگونه سادگی مکانیکی با کنترل سیال عوض می‌شود، ارزیابی می‌کنند:

کشتی های ستون حبابی در عملیات صنعتی که در آن سادگی و بهینه سازی انرژی بر امور مالی پروژه غالب است، بسیار مورد علاقه هستند:

• هزینه عملیاتی بسیار کم (OPEX): با حذف موتورهای مکانیکی و گیربکس های عظیم، کارخانه فقط هزینه انرژی مورد نیاز برای راه اندازی کمپرسورهای گاز را پرداخت می کند. هزینه های تعمیر و نگهداری به طور مشابه کاهش می یابد زیرا هیچ مهر و موم مکانیکی پویا مستعد نشتی وجود ندارد.
• مقیاس‌پذیری عالی: سادگی ساختاری به سازندگان اجازه می‌دهد تا ستون‌های بلند با حجم‌های بسیار زیاد (تا صدها هزار لیتر) بسازند که از نظر فیزیکی ترکیب یکنواخت با یک شفت مکانیکی غیرممکن است.
• تخمیر گاز صنعتی: آنها انتخاب برتر برای تخمیرهای گاز سنتز مدرن (CO/H2) و جذب کربن (CO2) هستند. باکتری‌های استوژن یا متانوژن با رشد آهسته در ستون معلق می‌شوند، در حالی که جریان گاز زباله صنعتی به طور مداوم از پایین عبور می‌کند تا تبدیل بیولوژیکی را به سوخت‌های زیستی یا پلاستیک‌های زیستی انجام دهد.

تیم های تدارکاتی باید پارامترهای ساختاری و متالورژیکی را در طول طراحی کشتی به دقت ارزیابی کنند:

طراحی اسپارگر اندازه حباب اولیه را دیکته می کند. در حالی که صفحات متخلخل متخلخل میکرو حباب‌هایی تولید می‌کنند که انتقال جرم اولیه عالی را ایجاد می‌کنند، آنها بسیار مستعد رسوب زیستی و مسدود شدن هستند. برای تولید مداوم طولانی مدت، حلقه های لوله سوراخ دار یا اسپارگرهای "عنکبوتی" با روزنه های دقیق حفر شده با لیزر برای طول عمر عملیاتی انتخاب می شوند.

از آنجایی که ستون های حباب اغلب برای تخمیرهای میکروبی یا گاز به مایع بسیار گرمازا مستقر می شوند و به دلیل اینکه فاقد قطعات متحرک داخلی برای توزیع سریع گرما هستند، پوسته کشتی باید دارای تنظیمات خنک کننده بسیار بهینه باشد. روکش های گودی خارجی یا آرایه های کویل خنک کننده عمودی داخلی برای تنظیم دمای هسته مشخص شده اند.

• فولاد ضد زنگ درجه بالا (SS316L): انتخاب صنعتی اجباری برای خطوط سلولی دارویی، تولید پروتئین تک سلولی و تخمیرهای شیمیایی خوب. تمام سطوح داخلی به پولیش مکانیکی بالا (Ra 0.4um) و به دنبال آن غیرفعال سازی کامل اسید نیتریک یا سیتریک برای حذف ناقل های چسبندگی باکتریایی نیاز دارند.
• فناوری شیشه به فولاد (GFS): بسیار مهندسی شده و مقرون به صرفه برای بیوتکنولوژی صنعتی در مقیاس بزرگ، هاضم‌های لجن هوازی شهری در مقیاس بزرگ، و ستون‌های عظیم پاک‌کننده گاز محیطی. برج‌های پیچ‌دار GFS استحکام کششی عمودی بسیار لازم را برای داشتن سرهای فشار هیدرواستاتیک عظیم، همراه با یک مانع شیشه‌ای سیلیسی غیرقابل نفوذ فراهم می‌کنند که کاملاً در برابر سایش ذرات ساینده و تخریب شیمیایی اسیدی مقاومت می‌کند.
• استانداردهای طراحی: تمام ستون های حباب تحت فشار باید مطابق با مقررات صنعتی بین المللی، مانند بخش 1 ASME بخش VIII یا دستورات PED اروپایی، ساخته، تایید و مهر شوند.

آیا در حال حاضر یک خط تخمیر گاز را اندازه می‌دهید یا برای تعیین نسبت تصویر ایده‌آل (H/D) و مرزهای سرعت سطحی گاز برای جلوگیری از انتقال جریان حلزون در کشتی خود به کمک نیاز دارید؟