Tháp chưng cất khí quyển bằng thép không gỉ để tách dầu thô theo kích thước tùy chỉnh với áp suất thiết kế 0,1-10 Mpa

Máy lên men cột bong bóng (hoặc lò phản ứng sinh học cột bong bóng) là một bình hình trụ dài, định hướng thẳng đứng được thiết kế để thực hiện trộn, chuyển khối và chuyển đổi sinh học thông qua hành động duy nhất là phun khí liên tục. Được phân loại là lò phản ứng hoàn toàn bằng khí nén, nó hoàn toàn không chứa cánh quạt cơ học, trục bên trong hoặc vách ngăn vòng lặp vật lý.

Cốt lõi hoạt động của bình dựa vào bộ phân phối khí hoặc thiết bị phun khí, được đặt ở chân đế tuyệt đối của cột. Khi khí xử lý được đẩy qua thiết bị phun dưới áp suất, nó sẽ tạo ra một chùm bọt khí chuyển động hướng lên trên liên tục. Độ nổi tăng lên của các bong bóng này thúc đẩy sự pha trộn động học của pha lỏng, điều phối quá trình truyền nhiệt đồng đều và cung cấp các chất nền quan trọng ở pha khí (như oxy, carbon monoxide hoặc hydro) cho huyền phù tế bào lỏng. Do thiếu các bộ phận chuyển động cơ học phức tạp nên cột bong bóng mang lại cấu trúc có độ tin cậy cao, tiết kiệm chi phí cho quá trình xử lý sinh hóa công nghiệp quy mô cực lớn.

Hiệu suất, hiệu quả trộn và khả năng truyền khối của cột bong bóng hoàn toàn được quyết định bởi thủy động lực học của nó. Biến thiết kế chính được các kỹ sư kiểm soát là vận tốc khí bề mặt (u_g), được định nghĩa là tốc độ dòng khí thể tích chia cho diện tích mặt cắt ngang của cột

Tùy thuộc vào độ lớn của tốc độ dòng khí, cột hoạt động trong các chế độ thủy động lực riêng biệt làm thay đổi sự phân bố vật lý của bọt khí:

• Chế độ dòng chảy đồng nhất (sủi bọt): Được kích hoạt ở vận tốc bề mặt thấp (thường dưới 0,04 đến 0,05 m/s). Ở trạng thái này, các bong bóng có kích thước nhỏ đồng đều, có vận tốc bay lên giống hệt nhau và bay lên theo phương thẳng đứng với sự va chạm ngang tối thiểu. Việc trộn diễn ra nhẹ nhàng và tốc độ kết tụ bong bóng gần như bằng không.
• Chế độ dòng chảy không đồng nhất (hỗn loạn): Được kích hoạt ở vận tốc bề mặt cao hơn (thường lớn hơn 0,06 m/s). Tốc độ dòng khí tạo ra sự tương tác mạnh mẽ của bong bóng, khiến các bong bóng nhỏ hợp nhất thành các khối khí lớn, bay lên nhanh. Điều này tạo ra các dòng xoáy hỗn loạn dữ dội, các vòng trộn vĩ mô dữ dội và các kiểu tuần hoàn chất lỏng rất hỗn loạn.

Một thước đo không thứ nguyên quan trọng đối với thiết kế cột bong bóng là khả năng giữ khí—một phần của tổng thể tích lò phản ứng bị pha khí chiếm giữ tại bất kỳ thời điểm nào. Lượng khí giữ lại cao hơn sẽ trực tiếp dẫn đến diện tích bề mặt phân cách khí-lỏng tăng cao, làm tăng đáng kể hệ số truyền khối thể tích (kL a).

Các kỹ sư quy trình đánh giá các cột bong bóng so với các lựa chọn thay thế bằng cách phân tích mức độ ảnh hưởng của sự đơn giản về mặt cơ học đến việc kiểm soát chất lỏng:

Bình cột bong bóng rất được ưa chuộng trong các hoạt động công nghiệp, nơi sự đơn giản và tối ưu hóa năng lượng chiếm ưu thế trong tài chính của dự án:

• Chi phí vận hành cực thấp (OPEX): Bằng cách loại bỏ các động cơ cơ khí và hộp số lớn, nhà máy chỉ chi trả cho năng lượng tiện ích cần thiết để chạy máy nén khí. Chi phí bảo trì cũng giảm tương tự do không có phốt cơ khí động dễ bị rò rỉ.
• Khả năng mở rộng tuyệt vời: Sự đơn giản về cấu trúc cho phép các nhà chế tạo xây dựng các cột cao chót vót với thể tích khổng lồ (lên tới hàng trăm nghìn lít) mà về mặt vật lý không thể trộn đồng đều với một trục cơ khí duy nhất.
• Lên men khí công nghiệp: Chúng là lựa chọn hàng đầu cho quá trình lên men khí tổng hợp (CO/H2) và thu hồi carbon (CO2) hiện đại. Vi khuẩn acetogen hoặc methanogen phát triển chậm được treo lơ lửng trong cột, trong khi dòng khí thải công nghiệp liên tục được phun qua đáy để thúc đẩy quá trình chuyển đổi sinh học thành nhiên liệu sinh học hoặc nhựa sinh học.

Các nhóm mua sắm phải đánh giá cẩn thận các thông số kết cấu và luyện kim trong quá trình thiết kế tàu:

Thiết kế sparger quyết định kích thước bong bóng ban đầu. Trong khi các tấm thiêu kết xốp tạo ra các bong bóng siêu nhỏ mang lại khả năng truyền khối ban đầu tuyệt vời, chúng rất dễ bị bám bẩn và tắc nghẽn sinh học. Để sản xuất liên tục trong thời gian dài, các vòng ống đục lỗ hoặc ống dẫn "nhện" có lỗ khoan bằng laze chính xác được chọn để có tuổi thọ hoạt động cao.

Bởi vì các cột bong bóng thường được triển khai cho quá trình lên men vi sinh vật hoặc khí-lỏng tỏa nhiệt cao và vì chúng thiếu các bộ phận chuyển động bên trong để phân phối nhiệt nhanh chóng nên vỏ bình phải có cấu hình làm mát được tối ưu hóa cao. Áo khoác lõm bên ngoài hoặc mảng cuộn làm mát dọc bên trong được chỉ định để điều chỉnh nhiệt độ lõi.

• Thép không gỉ cao cấp (SS316L): Sự lựa chọn bắt buộc của ngành đối với các dòng tế bào dược phẩm, sản xuất protein đơn bào và lên men hóa học tinh vi. Tất cả các bề mặt bên trong cần được đánh bóng cơ học ở mức độ cao (Ra 0,4um), sau đó là thụ động hoàn toàn bằng axit nitric hoặc axit citric để loại bỏ các vectơ bám dính của vi khuẩn.
• Công nghệ kết hợp thủy tinh thành thép (GFS): Kỹ thuật cao và tiết kiệm chi phí cho công nghệ sinh học công nghiệp quy mô lớn, máy phân hủy bùn hiếu khí đô thị quy mô lớn và cột lọc khí môi trường quy mô lớn. Tháp GFS được bắt vít cung cấp độ bền kéo theo chiều dọc rất lớn cần thiết để chứa các đầu áp suất thủy tĩnh khổng lồ, kết hợp với hàng rào thủy tinh silica không thấm nước có khả năng chống mài mòn hoàn toàn các hạt mài mòn và suy thoái hóa học có tính axit.
• Tiêu chuẩn thiết kế: Tất cả các cột bong bóng điều áp phải được xây dựng, chứng nhận và đóng dấu tuân thủ đầy đủ các quy định công nghiệp quốc tế, chẳng hạn như các quy định của ASME Phần VIII Phân khu 1 hoặc PED Châu Âu.

Bạn hiện đang định cỡ dây chuyền lên men khí hay bạn cần hỗ trợ xác định tỷ lệ khung hình lý tưởng (H/D) và giới hạn vận tốc khí bề mặt để tránh sự chuyển đổi dòng chảy trong tàu của bạn?