Реакторы, системы и способы ферментации с подачей газа с применением зоны вертикального потока - RU2019123934A

1. Система для стимуляции продукции биомассы, содержащая петлевой реактор, включающий

газожидкостный сепаратор для разделения многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды на газообразную фазу и жидкую фазу, включающий выходное и входное отверстия;

петлевой участок, включающий

входное отверстие, сообщающееся по току жидкости с выходным отверстием газожидкостного сепаратора, и выходное отверстие, сообщающееся по току жидкости с входным отверстием газожидкостного сепаратора;

по меньшей мере одну по существу горизонтальную зону между входным отверстием петлевого участка и выходным отверстием петлевого участка;

первую зону по существу вертикального потока, расположенную между входным отверстием петлевого участка и выходным отверстием петлевого участка; и

вторую зону по существу вертикального потока, расположенную между первой зоной по существу вертикального потока и выходным отверстием петлевого участка, где во время работы многофазная смесь течет через вторую зону по существу вертикального потока, и многофазная смесь течет через первую зону по существу вертикального потока в том же направлении.

2. Система по п. 1, дополнительно включающая третью зону по существу вертикального потока, расположенную между второй зоной по существу вертикального потока и выходным отверстием петлевого участка, где во время работы многофазная смесь течет через третью зону по существу вертикального потока в том же направлении что и многофазная смесь, протекающая через первую зону по существу вертикального потока и вторую зону по существу вертикального потока.

3. Система по п. 1, где массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси в по меньшей мере одной по существу горизонтальной зоне во время работы петлевого реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса по существу горизонтальной зоны (k_La), массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси в первой зоне по существу вертикального потока во время работы петлевого реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса первой зоны по существу вертикального потока (k_La), массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси во второй зоне по существу вертикального потока во время работы петлевого реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса второй зоны по существу вертикального потока (k_La), где по меньшей мере один из объемного коэффициента массопереноса первой зоны по существу вертикального потока (k_La) и объемного коэффициента массопереноса второй зоны по существу вертикального потока (k_La) от двух до пяти раз больше, чем объемный коэффициент массопереноса по существу горизонтальной зоны (k_La).

4. Система для стимуляции продукции биомассы, включающая петлевой реактор, включающий

газожидкостный сепаратор для разделения многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды на газообразную фазу и жидкую фазу, включающий выходное и входное отверстия;

петлевой участок, включающий

входное отверстие, сообщающееся по току жидкости с выходным отверстием газожидкостного сепаратора, и выходное отверстие, сообщающееся по току жидкости с входным отверстием газожидкостного сепаратора;

первую по существу горизонтальную зону между входным отверстием петлевого участка и выходным отверстием петлевого участка, включающую первый участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная смесь течет в первом направлении, и второй участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная смесь течет во втором направлении, отличном от первого направления;

вторую по существу горизонтальную зону между входным отверстием петлевого участка и выходным отверстием петлевого участка, включающую третий участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная смесь течет в третьем направлении, и четвертый участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная смесь течет в четвертом направлении, отличном от третьего направления; и

по меньшей мере одну зону по существу вертикального потока между первой по существу горизонтальной зоной и второй по существу горизонтальной зоной.

5. Система по п. 4, где первая по существу горизонтальная зона петлевого участка дополнительно включает пятый участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная жидкость течет в пятом направлении, отличном от первого направления потока в первом участке потока и отличном от второго направления потока во втором участке потока.

6. Система по п. 4, где вторая по существу горизонтальная зона петлевого участка дополнительно включает шестой участок потока, где во время работы петлевого реактора многофазная жидкость течет в шестом направлении, отличном от третьего направления потока в третьем участке потока и отличном от четвертого направления потока в четвертом участке потока.

7. Система по п. 4, где массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси в первой по существу горизонтальной зоне во время работы реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса первой по существу горизонтальной зоны (k_La), массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси во второй по существу горизонтальной зоне во время работы петлевого реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса второй по существу горизонтальной зоны (k_La), и массоперенос между газом и жидкой культуральной средой многофазной смеси в по меньшей мере одной зоне по существу вертикального потока при работе реактора характеризуется объемным коэффициентом массопереноса зоны по существу вертикального потока (k_La), где объемный коэффициент массопереноса зоны по существу вертикального потока (k_La) от двух до пяти раз больше, чем по меньшей мере один из объемного коэффициента массопереноса первой по существу горизонтальной зоны (k_La) и объемного коэффициента массопереноса второй по существу горизонтальной зоны (k_La).

8. Способ стимуляции продукции биомассы в петлевом реакторе, включающий

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через первую зону по существу вертикального потока петлевого реактора;

в первой зоне по существу вертикального потока перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси;

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через по существу горизонтальную зону петлевого реактора;

в по существу горизонтальной зоне перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси;

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через вторую зону по существу вертикального потока петлевого реактора, где пропускание многофазной смеси через вторую зону по существу вертикального потока и пропускание многофазной смеси через первую зону по существу вертикального потока осуществляется в том же направлении;

во второй зоне по существу вертикального потока перенос газа многофазной смеси жидкую культуральную среду многофазной смеси;

разделение многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды на газообразную фазу и жидкую фазу ниже второй зоны по существу вертикального потока;

пропускание газообразной фазы и жидкой фазы, отделенных от многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды, в газожидкостный сепаратор через входное отверстие газожидкостного сепаратора; и

удаление жидкой фазы из выходного отверстия газожидкостного сепаратора и доставку удаленной жидкой фазы к входному отверстию петлевого участка петлевого реактора.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через третью зону по существу вертикального потока петлевого реактора, где пропускание многофазной смеси через третью зону по существу вертикального потока осуществляется в том же направлении, что и пропускание многофазной смеси через первую зону по существу практически вертикального потока и вторую зону по существу вертикального потока;

в третьей зоне по существу вертикального потока перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среде многофазной смеси.

10. Способ по п. 8, где перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси в первой зоне по существу вертикального потока происходит при объемном коэффициенте массопереноса первой зоны по существу вертикального потока (k_La), перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси в по существу горизонтальной зоне происходит при объемном коэффициенте массопереноса по существу горизонтальной зоны (k_La), и перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси во второй зоне по существу вертикального потока происходит при объемном коэффициенте массопереноса второй зоны по существу вертикального потока (k_La), где по меньшей мере один из объемного коэффициента массопереноса первой зоны по существу вертикального потока (k_La) и объемного коэффициента массопереноса второй зоны по существу вертикального потока (k_La) от двух до пяти раз больше, чем объемный коэффициент массопереноса по существу горизонтальной зоны (k_La).

11. Способ по п. 9, где перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси в третьей зоне по существу вертикального потока происходит при объемном коэффициенте массопереноса третьей зоны по существу вертикального потока (k_La), где объемный коэффициент массопереноса третьей зоны по существу вертикального потока (k_La) от двух до пяти раз больше, чем объемный коэффициент массопереноса по существу горизонтальной зоны (k_La).

12. Способ стимуляции продукции биомассы в петлевом реакторе, включающий

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через первую по существу горизонтальную зону петлевого реактора;

в первой по существу горизонтальной зоне перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси, протекание многофазной смеси в первом направлении через первый участок потока первой по существу горизонтальной зоны и протекание многофазной смеси во втором направлении через второй участок потока первой по существу горизонтальной зоны, где первое направление отлично от второго;

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через зону по существу вертикального потока петлевого реактора и в зоне по существу вертикального потока перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси;

пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через вторую по существу горизонтальную зону петлевого реактора;

во второй по существу горизонтальной зоне перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси, протекание многофазной смеси в третьем направлении через третий участок потока второй по существу горизонтальной зоны и протекание многофазной смеси в четвертом направлении через четвертый участок второй по существу горизонтальной зоны, где третье направление отлично от четвертого направления;

разделение многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды на газообразную фазу и жидкую фазу ниже второй по существу горизонтальной зоны;

пропускание газообразной фазы и жидкой фазы, отделенных от многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды, в газожидкостный сепаратор через входное отверстие газожидкостного сепаратора; и

удаление жидкой фазы из выходного отверстия газожидкостного сепаратора и доставка удаленной жидкой фазы к входному отверстию петлевого участка петлевого реактора.

13. Способ по п. 12, где пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через первую по существу горизонтальную зону дополнительно включает:

протекание многофазной смеси в пятом направлении через пятый участок потока первой по существу горизонтальной зоны, где пятое направление отлично от первого направления потока в первом участке потока и отлично от второго направления потока во втором участке потока.

14. Способ по п. 12, где пропускание многофазной смеси газа и жидкой культуральной среды через вторую по существу горизонтальную зону дополнительно включает протекание многофазной смеси в шестом направлении через шестой участок потока второй по существу горизонтальной зоны, где шестое направление отлично от третьего направления потока во втором участке потока и отлично от четвертого направления потока в четвертом участке потока.

15. Способ по п. 12, где перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси в первой по существу горизонтальной зоне происходит при объемном коэффициенте массопереноса первой по существу горизонтальной зоны (k_La), перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси в зоне по существу вертикального потока происходит при объемном коэффициенте массопереноса зоны по существу вертикального потока (k_La), и перенос газа многофазной смеси в жидкую культуральную среду многофазной смеси во второй по существу горизонтальной зоне происходит при объемном коэффициенте массопереноса второй по существу горизонтальной зоны (k_La), где объемный коэффициент массопереноса зоны по существу вертикального потока (k_La) от двух до пяти раз больше, чем по меньшей мере один из объемного коэффициента массопереноса первой по существу горизонтальной зоны (k_La) и объемного коэффициента массопереноса второй по существу горизонтальной зоны (k_La).

16. Система по п. 4, где вторая зона горизонтального потока пересекает первую зону горизонтального потока.

17. Способ по п. 12, где пропускание многофазной смеси через вторую зону горизонтального потока включает пропускание многофазной смеси во вторую зону горизонтального потока через первую зону горизонтального потока.