CN102250752B - 一种独立气升式双循环发酵罐 - Google Patents

一种独立气升式双循环发酵罐 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种独立气升式双循环发酵罐。包括:罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、视窗(1.1、2.7)等。发酵罐电路连接到仪表控制器上。本发明所采用的设计科学合理,克服了现有技术的缺点和不足,结构简单,易于操作,能耗低,发酵效果好。具有很强的工业化实施性。

Description

一种独立气升式双循环发酵罐
技术领域
本发明属于工程机械领域,涉及一种微生物发酵工程使用的发酵罐,尤其是一种独立气升式双循环发酵罐。
背景技术
目前传统的发酵罐,多采用机械搅拌、单管通气的方法,以搅拌浆的快速转动来打碎气泡,进行气液均匀分布和传质、传热,这种方式要求搅拌必须强烈,因而需要大功率的电机带动搅拌装置,不仅发酵过程的能耗过高,而且设备复杂、容易污染,发酵效果受到影响。
气升式发酵罐,以气体的流动带动罐内发酵液循环,替代机械搅拌,降低了能耗,简化了设备。但是目前使用的气升式发酵罐依旧存在一些缺点,比如,由于采用气体的流动带动发酵液循环,使得罐体的高径比大,对厂房高度有一定要求;空压机要采取大功率工作才能满足罐内循环正常;罐内空气利用率低,未利用的空气从排气管排出,造成浪费等等。中国国家知识产权局授权公告号CN2527566Y,公布了一种气升式节能发酵罐,通过在罐内安装通心筒管,使得发酵液在喷头的喷射气流压力带动下沿通心筒管向上流动,到达顶部后,向四周扩散,在筒管外重力回流。该发酵罐达到罐内良好的循环效果,但是存在上述气升式发酵罐的典型缺点,如,发酵液在通心筒管内与压缩空气接触混合,向上循环,但是到达发酵液面时,气体逸散,造成空气利用率低、浪费的现象;发酵液在通心筒管外重力回流的过程中,溶氧量迅速下降,影响发酵效果等。
由此可见,针对发酵罐技术需要重点解决的两个问题,一是如何降低发酵过程中的能耗;二是如何提高空气利用率。
另外一种发酵罐采取机械搅拌和气体分布器组合的方式,即综合传统发酵罐的搅拌技术与气升式发酵罐的气体分布技术。这种发酵罐发酵效果有一定提高,但是却以高能耗,和复杂的设备作为代价。投入与产出比例并未得到实质改观。
针对现有问题,本发明提出一种独立气升式双循环发酵罐,以低能耗达到很好的发酵效果。
发明内容
一种独立气升式双循环发酵罐,包括:罐体、保温层、外循环装置、空气进气管、空气进气管单向阀、空气分布器、内循环装置、发酵温度感应器、进料口、消泡剂入口、罐盖、排气管、压力阀、出料口、加热器、保温层进水口和保温层出水口、保温层温度感应器、保温层排气口,在罐体和保温层分别设置视窗以利于观察。发酵罐电路连接到仪表控制器上,操作十分简便。该发酵罐不仅可以用于微生物发酵,还可以作为高温灭菌器或反应釜使用。
罐体1底部设为倒锥形,倒锥形斜面与水平面呈10-45°角,优选角度为20-30°。
罐体1倒锥形最下方设有内循环排水口,发酵液依靠重力进入内循环排水口,在内循环泵的作用下,通过内循环管泵至发酵罐顶端,分成2-4个管,最后由内循环喷头以细小液体流喷出,达到循环及充分接触空气的效果。在罐外内循环管最低处设有排液阀门,内循环喷头设置2-4个,内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35,内循环泵的功率为100-350瓦,发酵罐内发酵液在3-7分钟内完全循环一次。
罐体1底部设有空气分布器,空气分布器包括底座、导管和莲花喷头。空气分布器底座焊接于进气管上,呈圆柱形,下面封闭,侧面开导管口,导管连接于底座上,导管末端连接莲花喷头。导管与莲花喷头设置10-50套。分布器外层导管比中间层导管直径大,二者直径比例为3-1.2∶1,外层和中间层导管呈喇叭形扩大,至莲花喷头,莲花喷头的直径外层比内层大,二者直径比例为3-1.2∶1,莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大,外层喷头上气孔比内层多。
保温层设有外循环系统,包括外循环管和外循环泵,外循环泵75-150瓦,间歇式工作,提供对罐体的保温及控温,设备连接于仪表控制器上,通过电钮开关调节控制。
罐体进气管设有单向阀,在突然断电的情况下,防止发酵液倒流,保护空气过滤器。
罐体倒锥形最下方设有出料口,出料口可以作为取样口使用。
罐体外壁设有视窗,以利于观察发酵情况。
罐体设有发酵温度感应器,感应器感应头深入发酵液下方20-30厘米,另一端接仪表控制器上。
罐体设有旋开式罐盖,可以作为投料口及人孔使用,开关方便,密闭良好。
罐体上设有进料口、消泡剂入口、排气管、压力阀。
保温层设有保温层进水口和保温层出水口和外视窗,上部设有保温层排气口、保温层温度感应器。
本发酵罐的优点是:
1.通过快速内循环和空气分布器,能够使气液充分混合均匀,提高空气利用率,发酵效果好。
2.发酵罐的高径比下降,厂房高度降低;空压机可以在较低功率下工作,即能达到供气及循环的要求,节能。
3.控制设备通过电路连接于仪表控制器上,操作简单,易于学会。
4.本发酵罐制作成本低,能耗低(发酵能耗是同型号搅拌型的1/6至1/10),适合推广应用。
附图说明
图1:发酵罐结构图。1罐体、1.1内视窗、2保温层、2.1保温层出水口、2.2保温层进水口、2.3外循环管、2.4外循环泵、2.5保温层温度感应器、2.6保温层排气口、2.7外视窗、3进气管、3.1空气分布器底座、3.2空气分布器导管、3.3莲花喷头、3.4单向阀、4内循环管、4.1内循环泵、4.2内循环喷头、4.3内循环排水口、5发酵温度感应器、6进料口、7消泡剂入口、8罐盖、9排气管、10压力阀、11出料口、12加热器。
图2:发酵罐外俯视图。
图3:内循环系统罐内仰视图。
图4:空气分布器仰视图及变形。
具体实施方式
实施例1
结合附图1、2、3、4,独立气升式双循环发酵罐,包括罐体1、保温层2、外循环管2.3、外循环泵2.4、空气进气管3、空气进气管的单向阀3.4、空气分布器底座3.1、空气分布器导管3.2、莲花喷头3.3、内循环管4、内循环泵4.1、内循环喷头4.2、内循环排水口4.3、发酵温度感应器5、进料口6、消泡剂入口7、罐盖8、排气管9、压力阀10、出料口11、加热器12以及内视窗1.1、外视窗2.7等,设备连接到仪表控制器上,利于操作。
发酵罐中,罐体1下方倒锥形底部与水平面采用30°角。空气进气管3沿罐体1内壁由上方进入向下延伸,下端至罐底依次连接空气分布器底座3.1、空气分布器导管3.2、莲花喷头3.3。内循环排水口4.3设在罐体底部,内循环排水口连接到罐体外的内循环泵4.1,在罐外内循环管最低处设有排液阀门,再由内循环管4回到罐体内部,向上延伸至罐体顶部,分开2个管,连接到内循环喷头4.2。保温层外循环管2.3与保温层相连通的部位设在保温层进水口2.2附近,连接罐外的外循环泵2.4,而后进入保温层向上开口于保温层顶部,外循环泵间歇式工作,提供对罐体1的保温及控温,设备连接于仪表控制器上,通过电钮开关调节控制。
工作状态简述如下:首先清洗罐体内部,向罐中注入适量清水及发酵营养液,然后通过加热器加热,使罐内温度达到121°,开启内循环,保持40min,灭菌,灭菌后关闭加热器。通过进水口向保温层注入冷水,开启外循环泵,使罐体内部迅速降温,达到所需温度后,关闭外循环泵。通过进料口6接种,开启排气管,打开压缩空气泵及气阀,压缩空气通过进气管3进入罐内,气体从空气分布器均匀喷出。发酵液循环,发酵过程中温度等参数体现在仪表控制器上,根据监测数据控制发酵过程。
实施例2
与实施例1比较,罐体底部也可以设置成圆弧形,即倒锥形改成圆弧形,将内循环管顶端设计成分开3(或4)个管,连接到内循环喷头。其他设计与实施例1相同。不再复述。
实施例3
与实施例2比较,空气分布器可以设计成向上喷空气,即空气分布器向上设置,其他设计与实施例1相同。不再复述。
实施例4
与实施例2比较,进气管3设计成从罐底进入,然后连接空气分布器。其他设计与实施例1相同。
本发明空气分布器可根据罐体大小适当增减导管与莲花喷头,内循环管也可以设置多个入口管和多个喷头,外循环管的位置也可以调整,其变形均在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种独立气升式双循环发酵罐,包括:罐体、保温层、外循环装置、空气进气管、空气进气管单向阀、空气分布器、内循环装置、发酵温度感应器、进料口、消泡剂入口、罐盖、排气管、压力阀、出料口、加热器、保温层进出水口、保温层温度感应器、保温层排气口,在罐体和保温层分别设置视窗以利于观察,发酵罐电路连接到仪表控制器上,发酵罐罐体及部件采用耐热、耐酸碱不锈钢材质,其特征在于:罐体最下方设有内循环排水口,内循环排水口连接罐外的内循环泵,再连接内循环管,在罐外内循环管最低处设有排液阀门,内循环管自罐底进入罐内,至发酵罐顶端,分成2-4个管,最后连接内循环喷头,内循环喷头设置2-4个,内循环排水口设置1-4个,内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35。
2.如权利要求1所述的发酵罐,其特征在于:罐体底部设有空气分布器,空气分布器包括底座、导管和莲花喷头,空气分布器底座焊接于进气管上,呈圆柱形,下面封闭,侧面开导管口,导管焊接于底座上,导管末端连接莲花喷头,导管与莲花喷头设置10-50套,分布器外层导管比中间层导管直径大,二者直径比例为3-1.2∶1,外层和中间层导管呈喇叭形扩大,至莲花喷头,莲花喷头的直径外层比内层大,二者直径比例为3-1.2∶1,莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大,外层喷头上气孔比内层多。
3.如权利要求1所述的发酵罐,其特征在于:保温层设有外循环系统,包括外循环管和外循环泵,保温层外循环管与保温层相连通的部位设置在保温层进水口附近,连接罐外的外循环泵,而后进入保温层向上开口于保温层顶部,外循环泵间歇式工作,提供对罐体的保温及控温,设备连接于仪表控制器上,通过电钮开关调节控制。
4.如权利要求1所述的发酵罐,其特征在于:进气管设有单向阀,在突然断电的情况下,防止发酵液倒流,保护空气过滤器。
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