CN102268365B - 一种卧式液态发酵罐 - Google Patents

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Abstract

一种卧式液态发酵罐，其包括罐体、冷却系统、进气系统及排气系统，所述罐体上设置有料液进出口、出气气帽及各种必要的管道接口，所述冷却系统至少包括设置在罐体内的冷却装置以及与之相连接的冷却液进口管与出口管，所述进气系统包括进气管、及与进气管相连通的气液混合器，所述排气系统包括排气管，其特征在于：所述冷却装置是由环形螺旋管横向设置在罐体内，形成两端开口的圆筒状结构，所述气液混合器设置在环形螺旋管的筒状结构内，使罐体内的发酵气液在气液混合器的推动下，沿着环形螺旋管作内外循环运动。所述发酵罐还设置有回气装置，可回收利用部分发酵出气。本发明的卧式发酵罐结构新型、气液混合效果良好、发酵效率高，无需搅拌装置，综合节能可达50％～80％，适用于好气性微生物液态发酵。

Description

一种卧式液态发酵罐
技术领域
本发明涉及一种发酵罐，尤其是一种应用于工业化大生产中的好气性微生物卧式液态发酵罐。
背景技术
通常好气性微生物发酵罐都是立式的，且内部有搅拌系统、冷却散热系统以及通气排气装置等。随着工业大生产发酵规模不断扩大，单台发酵罐直径、高度也成倍增加。发酵罐直径从过去2m～4m增至现在的4m～10m；高度从过去5m～10m增至现在的10m～20m。由于搅拌功率与搅拌器直径的平方成正比、通气压力与发酵罐内液层高度成正比，因此发酵罐体积扩大后搅拌功率成倍上升、通气压力迅速上升，最终导致能耗大幅增加。
为降低能耗，近年开发有立式无搅拌射流发酵罐，其利用压缩空气压力能，通过射流装置使气液均质并转化为高速射流，再借助罐内导流装置，带动发酵液循环、使微生物发酵过程在罐内均匀进行。但为克服液层静压力和转化高速射流所需压力能，其空气进罐压力远大于带搅拌的普通通气发酵罐所需压力，虽然省却了搅拌功率消耗，而空压机出口压力上升导致电耗上升，此消彼长，射流无搅拌发酵罐并不节能。况且部分生产菌不能在高速射流的环境中生长代谢，不能应用，因此其实际应用范围非常有限，需要改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种气液混合效果良好、发酵效率高，且能耗低无需搅拌装置的好气性卧式液体发酵罐。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种卧式液体发酵罐，其包括罐体、冷却系统、进气系统及排气系统，所述罐体上设置有料液进出口、出气气帽及各种必要的管道接口；所述冷却系统至少包括设置在罐体内的冷却装置以及与之相连接的冷却液进口管与出口管，所述进气系统包括进气管、及与进气管相连通的气液混合器，所述排气系统包括排气管，其特征在于：所述冷却装置是由环形螺旋管横向设置在罐体内，形成两端开口的圆筒状结构；所述气液混合器设置在前述环形螺旋管的筒状结构内，使罐体内的发酵气液在气液混合器的推动下，沿着环形螺旋管作内外循环运动，环形螺旋管同时构成发酵罐内引起液体强制循环的“导流筒”。
作为改进，所述环形螺旋管由小直径圆管卷制成的2～3圈不同环形直径的螺旋管组成，并分为并联的数段，每段环形螺旋管分别设有相应的冷却液进口管与出口管。所述环形螺旋管中心轴线平行于罐体的中心线。
作为优选，所述小直径圆管是DN25～DN100的无缝钢管。
进一步改进，所述气液混合器采用旋流混合器，呈多级并联，沿螺旋管的中心轴线设置在每段环形螺旋管内，且每级旋流混合器分别通过进气支管与进气管相通。旋流混合器是无菌空气的进气装置，空气在其中涡旋通道内喷射旋转流出，吸引附近液体带入其中，并与气体强制混合后呈乳化状导出旋流混合器。由于在发酵罐简体长度方向，布置多个旋流混合器，使“导流筒”内的液层宏观上逐步沿发酵罐轴向推进，其外围液层自然往相反方向推进，从而形成循环。此循环不同于普通发酵罐内通过机械搅拌器建立的循环，没有机械剪切对微生物细胞的损害。
作为改进，所述排气系统还包括出气管、高效旋击气液分离器与液体回流管，所述出气管的一端与出气气帽相连，另一端连接气液分离器，所述气液分离器上连接有排气管与液体回流管，由出气管带来的气液固混合物经气液分离器处理后，分离出来的固、液物通过回流管回流，分离出来的气体由排气管排出。作进一步改进，所述回流管连接至发酵罐内气液混合器中心入口附近，便于回流物被引出、分流，
再进一步改进，所述罐体还设置有回气系统，所述回气系统包括气体循环管和气体混合器，所述气体循环管与气液分离器相连，所述气体混合器与进气系统相通，气液分离器中的部分气体通过气体循环管连接进入气体混合器，在气体混合器的作用下，被无菌空气抽吸，通过进气系统连接至罐内再次循环使用。
作为优选，所述气体混合器为文氏管式气体混合器，无菌空气在其中通过时，产生压力变化，抽吸部分发酵出气并与之混合。
作为改进，所述气体循环管上设置有流量调节阀门，用以调节控制气体的流量。
再改进，所述的冷却液进、出口管、排气管以及各个进气支管上分别设置有流量调节阀。可以对罐体内的温度、空气通量进行调节控制。
进一步改进，所述冷却系统还包括设置在发酵罐外表面的薄层环形带构成的外冷却装置，用以提高冷却效果。
与现有技术相比，本发明在罐体内设置环形螺旋管结构的冷却装置，并且采用旋流混合器沿环形螺旋管中心轴线安装，使得环形螺旋管成为气液循环的“导流筒”，替代了传统的搅拌装置，通过混合、循环，气液两相流被均质、乳化，气体被分散成细小的气泡，延长了在液层中的停留时间，大大提高了提高发酵液中的溶解氧浓度，同时提高了发酵效率，而且由于没有机械剪切对微生物细胞的损害，有助于发酵产物的生成和提取；还设置有回气装置，使得20％～50％的发酵出气被循环利用，增加了其在发酵罐内的停留时间及其氧利用效率，并且无菌空气进发酵罐压力仅是传统立式发酵罐的1/2～1/4左右，使得发酵配套空压机的产气流量减小、排气压力降低，从而大幅节约电能。本发明的卧式发酵罐结构新型、气液混合效果良好、发酵效率高，综合节能可达50％～80％，适用于好气性微生物液态发酵。
附图说明
图1为本发明实施例的卧式发酵罐的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种卧式液态发酵罐，包括罐体1、冷却系统、进气系统、排气系统及回气系统，所述罐体的前端顶部设置有料液进口2、后端顶部设置有出气气帽9，罐体1的前端底部设置有料液出口14，罐体1上还设置有各种必要的管道接口，为便于出料，发酵罐安装时可略微向出口14倾斜，这样也有利于发酵出气向气帽9汇聚。所述冷却系统包括贴在发酵罐外表面的薄层环形带构成的外冷却装置和设置在罐体内的冷却装置以及与之相连接的冷却液进口管15与出口管16，所述冷却装置是由小直径圆管卷制成的2圈直径不同的环形螺旋管12组成，所述环形螺旋管12横向设置在平行于罐体1中心线的方向上，形成两端开口的圆筒状结构，所述环形螺旋管12分为并联的三段，相应进出接管15、16为三进三出，在每段进出管15、16上均设有流量调节阀17，环形螺旋管12同时起到了发酵液在其内外循环的“导流筒”的作用。所述进气系统包括进气管3、进气支管10及气液旋流混合器13，所述旋流混合器13为并联三级，分别设置在每段环形螺旋管12内，每级旋流混合器13分别通过进气支管10与进气管3相通，每个进气支管10上均设置有流量调节阀18，无菌空气通过进气管3、进气支管10通入气液旋流混合器13，气流由中心向四周呈涡旋喷出，产生相对低压区，吸引周边发酵液体进入旋流混合器13，从前一级旋流混合器13出来的气液混合物被吸入下一级旋流混合器13，进入其中的空气流量可通过调节阀18进行控制，由于环形螺旋管12相当于“导流筒”，如图1中箭头所示，发酵液在其内部向气帽9方向运动，遇罐体1折返，在其外围向料液出口14方向运动，形成循环。
所述排气系统包括排气管7、出气管8、高效旋击气液分离器5与液体回流管6，所述出气管8的一端与出气气帽9相连，另一端连接气液分离器5，所述气液分离器5上连接有排气管7与液体回流管6，发酵过程产生的代谢气体、未被利用的空气汇集在气帽9内，并通过出气管8引出发酵罐，而后进入高效旋击气液分离器5，经气液分离器处理后，出气中夹带的液沫、固形物等在其中被分离，通过回流管6引入到旋流混合器13中心入口附近，被其加速引流，分离出来的气体分两部分引出，一部分通过回气系统的气体循环管4，被引入到文氏管式气体混合器19，无菌空气通过文氏管式气体混合器19时，产生抽吸作用，将该部分发酵出气通过进气总管再次进入发酵罐，形成循环，此部分循环利用的气体可通过阀门21调节，约占总出气量的20％～50％；高效旋击气液分离器5内的另一部分气体通过排气管7、排气调节阀20排出。

Claims (9)

1.一种卧式液态发酵罐，其包括罐体、冷却系统、进气系统及排气系统，所述罐体上设置有料液进出口、出气气帽及各种必要的管道接口，所述冷却系统至少包括设置在罐体内的冷却装置以及与之相连接的冷却液进口管与出口管，所述进气系统包括进气管、及与进气管相连通的气液混合器，所述排气系统包括排气管，其特征在于：所述冷却装置是由环形螺旋管横向设置在罐体内，形成两端开口的圆筒状结构，所述气液混合器设置在环形螺旋管的筒状结构内，使罐体内的发酵液在气液混合器的推动下，沿着环形螺旋管作内外循环运动；所述环形螺旋管采用直径为DN25～DN100的无缝钢管卷制、由2～3圈不同环形直径的螺旋管组成，并横向分为并联的数段，每段环形螺旋管分别设有相应的冷却液进口管与出口管。
2.根据权利要求1所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述气液混合器采用旋流混合器，呈多级并联，沿螺旋管的中心轴设置在每段环形螺旋管内，且每级旋流混合器分别通过进气支管与进气管相通。
3.根据权利要求1所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述排气系统还包括出气管、高效旋击气液分离器与液体回流管，所述出气管的一端与出气气帽相连，另一端连接气液分离器，所述气液分离器上连接有排气管与液体回流管，由出气管过来的气液固混合物经气液分离器处理后，分离出来的固、液物通过液体回流管回流至发酵罐内气液混合器中心入口附近而被分流，分离出来的气体由排气管排出。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述罐体还设置有回气系统，所述回气系统包括气体循环管和气体混合器，所述气体循环管与气液分离器相连，所述气体混合器与进气系统相通，气液分离器中的部分气体经过气体循环管连接进入气体混合器，在气体混合器的作用下，被无菌空气抽吸，通过进气系统连接至罐内再次循环使用。
5.根据权利要求4所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述气体混合器为文氏管式气体混合器。
6.根据权利要求4所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述气体循环管上设置有流量调节阀门。
7.根据权利要求2所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述的冷却液进、出口管、排气管以及各个进气支管上分别设置有流量调节阀。
8.根据权利要求1至3任一权利要求所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述冷却系统还包括设置在发酵罐外表面的薄层环形带构成的外冷却装置。
9.根据权利要求1至3任一权利要求所述的卧式液态发酵罐，其特征在于所述环形螺旋管设置在平行于罐体中心轴的方向上。
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