CN101285034A - 多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征在于包括新型阻沫器、排气内引气盘、罐式气液分离回收器、双L管和回收气液分配站，上述所有设备在应用中互为依托、互相贯通，综合解决了生物发酵过程中普遍存在的“高泡沫”影响产量，“高通气量”影响环境，“高能耗”影响效益的三高难题。将本装置应用于发酵生产时，与生物反应器配套安装使用，能有效阻止泡沫层的溢灌和逃液，提高发酵液装液量和放罐产量，同时杜绝了环境污染，且节能减排效果明显。

Description

多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，特别是涉及一种多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置。

背景技术

在生物发酵过程中，营养丰富的培养体新陈代谢旺盛，其料液在搅拌浆剪切力和大量无菌空气进入的影响下会形成了大量泡沫，从而导致溢罐和逃液的发生，尤其是在泡沫高峰期会有大量生物活体随泡沫溢罐和逃液喷出罐体外，对周边环境造成极大地污染和危害，同时在生物发酵中随逃液喷出的数以亿计的生物活体又是噬菌体大量滋生的温床，直接威胁到生物发酵的正常生产，严重时甚至造成连续染菌和停产。因此，防止因溢罐和逃液引发的生产区环境污染，确保安全无菌生产已经成为发酵行业工作的重中之重。现有技术通常采用加入大量的高分子消泡剂或植物油对泡沫进行抑制，或降低液面高度，预留泡沫层空间，或减少装料量来减少这种现象的发生。但是上述几种处理方式都会降低设备利用率和产量，使宝贵的有形资源造成浪费。

中国专利《阻沫器》(申请号96230343.7)提供了一种以机械方式阻止泡沫上冒，从而阻止“逃溢”现象发生的生产装备，该阻沫器是利用含泡沫液体在经过阻沫主板的导流孔时形成的升降速度差裂解泡沫壁，待形成碎片后再经后挡板改变方向，以泡沫碎片击破液面上层泡沫表壁，从而达到抑制泡沫层高度的目的，但是由于受到阻沫主板厚度的限制，导流控升降速差并不明显，特别是对以植物油为发酵培养基主要原料的发酵物形成的泡沫，因其泡壁韧度大且表壁厚，根本无法破碎，而经过导流孔加速后又降速的处理使得流体回复初速，不能有效增加泡沫碎片对液面泡沫的击打力度，所以阻沫能力受到限制，对大多数发酵产品在发酵过程中形成的泡沫阻击能力相对较弱，故该技术一直未能得到有效推广；同时该技术采用常规直叶式搅拌桨状设计，阻沫主板按上下对称均分于连接盘两面，这种设计在泡沫层处于阻沫有效位置即靠近连接盘下工作面时，仅有一半主板处于工作状态，当液面淹没阻沫器后，上部主板和挡板又会增大搅拌运转阻力，易造成电机负荷徒增甚至烧毁电机的风险，不利安全运行。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效阻止发酵液溢罐和逃液，防止环境污染，确保安全无菌生产，适用于大多数发酵产品生产，且阻沫效果好的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征在于包括：

一安装在生物反应器搅拌轴上的新型阻沫器，

一安装在生物反应器轴封下沿的排气内引气盘，

一安装在生物反应器外，且通过外排气管与排气内引气盘相连的罐式气液分离回收器，该罐式气液分离回收器为锥形底、底部为敞开式结构，其上开有尾气排气口和无菌空气进气口，

一安装在罐式气液分离回收器锥形底部的双L管，该双L管侧壁上开有气液回收吸入口，

一安装在回收管末端，且设置在生物反应器内部的回收气液分配站，回收管另一端与双L管连接，

无菌空气通过气流加速管直接被引入双L管。

所述新型阻沫器包括中心盘及均匀采用下沉式上边缘部紧固安装在中心盘上的若干个阻沫板，该阻沫板为空腔结构，其下底面密布有变径导流加速孔；所述中心盘上安装有轴套，新型阻沫器通过轴套安装在生物反应器的搅拌轴上，该新型阻沫器与搅拌轴同步转动并由此产生阻沫功能：一般不设置后挡板直接利用罐体上封头内壁作为逆向板，当液面含泡沫层靠近阻沫板时束流以破壁所需要的线速度形成击发力，对于成泡状明显的一般泡沫可以瞬间破壁，从而限制泡沫层的上升，对于呈膨胀状无形的高强度泡沫，可阻击近60％成泡并将余泡料混合液加速经由引气盘送入回收器进行气液泡分离并回收料液；对于需要加装后挡板改变击点流向和防止因阻沫主板过长而变形的200立方米以上超大容积的生物反应器用阻沫器，则在阻沫板上加装空框式活页转向挡板，所述的空框式活页转向挡板是由A型挡板框和内置固定在其上的活页可升降片组成，其作用是改变泡沫碎片束流向形成击碎液面表层泡沫的新的击点。当液面上升淹没阻沫器后活页板随浮力自动翻卷，减少液面阻力。这种设置既加固了主板，防止变形，其活页可升降片又能在泡沫层上升后随液面自动上浮叠折，规避了因液面上升阻沫挡板阻力骤然增大而带来的增加搅拌电机负荷的危险。同时本技术还将中心盘、阻沫板、轴套及空框式活页转向挡板各部件之间采用丝杆连接和嵌入式相结合的紧固连接法，这样不仅可以根据成泡强弱调整阻沫主板位置，还可以一器多用，扩大了应用范围。

所述排气内引气盘为朝液面开有导气孔的环管，该环管侧面开有与外排气管连通的排气孔，环管是由两个180度弯管组成，两弯管以上下两对简易挂耳由螺栓紧固，易拆易洗，同时将排气孔从封头侧位改为中央，避开了液面随搅拌而形成的波峰，有效的利用了上封头的容积空间，使装料体积直接增加5％以上。

所述罐式气液分离回收器为带锥形底的筒状体，其内设有气液分离撞板，该气液分离撞板与罐式气液分离回收器罐顶之间形成单向密封室，迫使带泡沫的料液在高速运行中经惯性撞击后按比重差定向分流，罐顶为快开式顶盖，侧壁上设置有上下两个视镜和灯镜，运行过程中可直接监控，每批发酵终止后可拆洗，无灭菌死角，其锥部配置双L管后利用峡谷效应可加速经惯性分离后的料液和水分回收，需要回收无菌空气节能的只要在双L管外接无菌空气，改变无菌空气进气通道，在经过回收器锥底时形成局部负压把料液和一部分无菌空气吸进回收管。整套罐式气液分离回收器通过外排气管、进气管和回收管与生物反应器主体连通形成一个密闭无菌的大环路，以体外循环的方式，实现阻沫增量到料液和空气回收。经加速进入回收器内的含泡气体，在利用惯性气液分离后，利用各自不同的比重差和流速差使气、液、水各行其道，料液和水直接顺回收管流回生物反应器继续参与发酵，干净干燥的尾气则沿尾气排气口通畅排出。整个过程无外加动力，没有任何外加物料，自然、快捷、流畅，达到了阻沫增量，同时防止了逃液，实现了空气回收，保护了环境，增加了产量。

所述双L管即双流，为来自不同方向的两种相同或不同流体在局部负压作用下，融为一体后相向并流，为异型喷射套管(即外型为两头细中间粗园型套管)，其侧壁上开有与罐式气液分离回收器相通的气液回收吸入口，内部设有管芯，管芯为水滴状花瓶型，中空，内芯与管壁之间形成走廊式环路，管芯上端通过气流加速管将无菌空气引入，这种设计成功利用了既有进气作为动力源在其经过回收器锥底时，以特殊的双流效应在锥底形成负压，并以吸入的方式加速回收液和无菌空气进入生物反应器内，节约了空气动力消耗。

所述回收气液分配站为下壁面以章鱼状布置有引出管的环管，其设置在生物反应器第二档搅拌桨附近，这种设计可使其借助发酵液在搅拌浆作用下产生流场时的引力，使回收的料液与无菌空气克服罐内因液位产生的静压顺利进入生物反应器并与发酵液均匀混合，正常发酵培养。

上述所有设备在应用中互为依托、互相贯通，综合解决了生物发酵过程中普遍存在的“高泡沫”影响产量，“高通气量”影响环境，“高能耗”影响效益的三高难题，为生物产业的发展提供了一个增产、环保、节能、安全的新的辅助设备。

本发明的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置应用于发酵生产时，与生物反应器配套安装使用，能有效阻止泡沫层的溢灌和逃液，提高发酵液装液量和放罐产量，使放罐体积达到罐容的80％～85％，实验表明，本发明的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置对于因泡沫量大影响装料量的产品如阿维菌素增产幅度和效果达15％以上。同时经过本装置处理后的排气干净干燥，杜绝了排气中含有的生物活体和其他污染源，有效的保护了环境。本发明的装置在空气回收上节能效果更为显著，以120立方罐为例，按每小时通气量3000立方计，回收10％～20％可节约无菌空气和减少排放气体300～600立方/时，节能减排效果明显。

在实际实用中，还可进行发酵生产过程中随排气蒸发的水分的回收，这样不仅为生物发酵提供一个相对稳定的湿度，还可节约宝贵的水资源和制造无菌水耗用的蒸汽能源。

附图说明

图1为本发明多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置的总体结构示意简图；

图2为本装置中新型阻沫器的结构示意简图；

图3为本装置中新型阻沫器底面平面图；

图4为阻沫器中空框式活页转向挡板的结构示意简图；

图5为本装置中排气内引气盘的结构示意简图；

图6为本装置中排气内引气盘的底面平面图；

图7为罐式气液分离回收器与双L管的连接结构示意简图；

图8为本装置中回收气液分配站的结构示意简图；

图9为本装置中回收气液分配站的底面平面图。

具体实施方式

本发明的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置包括如下设备：

a.新型阻沫器

该新型阻沫器1包括中心盘1-1及若干个阻沫板1-2，阻沫板1-2共有六片，以下沉式靠近顶边紧固均匀安装在中心盘1-1的外环上。阻沫板1-1为空腔结构，其下底面采用线性加速原理密布设计有变径导流加速孔，后侧还可以安装空框式活页转向挡板1-3。所述的空框式活页转向挡板1-3是由A型挡板框1-31和内置固定在其上的活页可升降片1-32组成。中心盘1-1中心安装有轴套9。新型阻沫器1通过该轴套9安装在生物反应器8内的搅拌轴8-1上。

b.排气内引气盘

排气内引气盘2采用两个180度弯管2-3组成，两弯管2-3以上下两对简易挂耳由螺栓紧固。两环管的液面向开有若干个导气孔2-1，环管侧面开有与外排气管3连通的排气孔2-2，紧靠轴封环搅拌轴安装。排气内引气盘2以圆钢直接固定在生物反应器8的轴封下沿。

c.罐式气液分离回收器

罐式气液分离回收器4为锥形底、底部为敞开式结构，其上开有尾气排气口4-1和无菌空气进气口4-2，内部设有气液分离撞板4-3，该气液分离撞板4-3与罐式气液分离回收器4罐顶之间形成有密封室4-4，罐顶为快开式顶盖4-5，罐壁上还设置有上下两个视镜和灯镜。

罐式气液分离回收器4设在生物反应器8外部，其通过外排气管3与排气内引气盘2连通。

d.双L管

双L管5外型为两头细中间粗园型套管，安装在罐式气液分离回收器4的锥底，其侧壁上开有气液回收吸入口5-1，内部设有管芯5-2，且其上部通过气液加速管10将由无菌空气进气口4-2处的无菌空气直接引入到双L管5内。

双L管的下端连通有回收管6。

e.回收气液分配站

回收气液分配站7主体也是一环管7-2，其下壁面章鱼状布置有引出管7-1。

回收气液分配站7安装在回收管6末端，且设置在生物反应器8内的第二档搅拌桨附近。

Claims (10)

1.一种多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征在于包括：

一安装在生物反应器(8)搅拌轴(8-1)上的新型阻沫器(1)，

一安装在生物反应器(8)轴封下沿的排气内引气盘(2)，

一安装在生物反应器外，且通过外排气管(3)与排气内引气盘(2)相连的罐式气液分离回收器(4)，该罐式气液分离回收器(4)为锥形底、底部为敞开式结构，其上开有尾气排气口(4-1)和无菌空气进气口(4-2)，

一安装在罐式气液分离回收器(4)锥形底部的双L管(5)，该双L管(5)侧壁上开有气液回收吸入口(5-1)，

一安装在回收管(6)末端，且设置在生物反应器内部的回收气液分配站(7)，回收管(6)另一端与双L管(5)连接，

无菌空气通过气流加速管(10)直接被引入双L管(5)。

2.按照权利要求1所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述新型阻沫器(1)包括中心盘(1-1)及均匀安装在中心盘(1-1)上的若干个阻沫板(1-2)，该阻沫板(1-2)为空腔结构，其下底面密布有变径导流加速孔；所述中心盘(1-1)上安装有轴套(9)，新型阻沫器通过轴套(9)安装在生物反应器(8)的搅拌轴(8-1)上。

3.按照权利要求2所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：上述阻沫板(1-2)上安装有空框式活页转向挡板(1-3)，所述的空框式活页转向挡板(1-3)是由A型挡板框(1-31)和固定在其上的活页可升降片(1-32)组成。

4.按照权利要求2或3所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：上述中心盘(1-1)、阻沫板(1-2)、轴套(9)及空框式活页转向挡板(1-3)各部件之间采用丝杆连接和嵌入式相结合的紧固连接法。

5.按照权利要求1所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述排气内引气盘(2)为一液面向开有导气孔(2-1)的环管(2-3)，该环管侧面开有与外排气管(3)连通的排气孔(2-2)。

6.按照权利要求5所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述排气内引气盘(2)采用两个180度环管组成，排气孔(2-2)设在环管中央。

7.按照权利要求1所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述罐式气液分离回收器(4)内设有气液分离撞板(4-3)，该气液分离撞板(4-3)与罐式气液分离回收器(4)罐顶之间形成有密封室(4-4)。

8.按照权利要求1或7所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述罐式气液分离回收器(4)的罐顶为快开式顶盖(4-5)。

9.按照权利要求1所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述双L管(5)内设有管芯(5-2)。

10.按照权利要求1所述的多功能复合型生物发酵用阻沫回收装置，其特征是：所述回收气液分配站(7)为下壁面以章鱼状布置有引出管(7-1)的环管(7-2)，其设置在生物反应器(8)第二档搅拌桨附近。

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