CN103013815A - 一种改进的谷氨酸发酵罐 - Google Patents

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杨玉岭
满德恩
张恒志
程美科
郭脉海
李国良
殷慧
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Abstract

本发明公开了一种改进的谷氨酸发酵罐，属于生物工程技术领域，其特征是发酵罐进料管口安装在发酵罐的底部。与过去安装在发酵罐顶部相比，具有节约能源、缩短进料时间、降低成本等优点。在发酵、化工等行业具有很好的推广应用价值。

Description

一种改进的谷氨酸发酵罐
技术领域
本发明属于生物工程技术领域。具体地说是发酵罐进料管口安装在发酵罐的底部的谷氨酸发酵罐。
背景技术
发酵罐是多学科交叉的生物技术领域，是21世纪生物工程发展的重要前沿之一。发酵罐是进行生化反应的核心设备，它的结构、操作方式和操作条件对反应原料的转化率和产品的质量有着密切的关系。发展至今，发酵罐已经形成了多种类型：仅在反应器结构特征上，目前已发展了釜式、罐式、管式、塔式、模式等类型。
随着社会的进步、发酵工业的发展，节能减排已成为当今社会研究的热点之一。谷氨酸发酵企业中，发酵罐进料管口均安装在顶部，进料时，需要将料液用泵先打到发酵罐的顶部才能进入到反应器中，此过程需要额外克服料液从底部到顶部的重力势能，造成能量浪费。同时也增加了管道投资成本。
发明内容
本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种能有效节约能源，降低设备投资成本的改进的谷氨酸发酵罐。
一种改进的谷氨酸发酵罐，包括与搅拌桨相连的电机、设在发酵罐底部的出料管、连接有进料泵的进料管，其特征是，所述进料管口设在发酵罐的底部。
前面所述的谷氨酸发酵罐，优选的方案是，发酵罐的体积为300-600m3（优选500m3）。
前面所述的谷氨酸发酵罐，优选的方案是，进料管为不带保温层的无缝钢管。
前面所述的谷氨酸发酵罐，优选的方案是，料液的流速控制为V=1m/s，截面积A=0.056 m2，直径d=0.267m。
现有的发酵罐进料管口安装在顶部，与底部进料相比，进料时额外需要的理论能量是料液的重力势能，（假设反应器是圆柱体，不考虑其椭圆形底部和椭圆形顶部）。所克服的料液重力势能计算公式为：Ep1=mgh=ρvgh1（ρ指料液密度、v指料液体积、g指重力加速度、h1指从发酵罐底部到顶部的高度）。本发明的目的是为节约能源和减少设备投资。为克服上述设备缺陷，通过革新，将进料管口安装在发酵罐的底部，所需要克服料液的重力势能大大降低（假设反应器是圆柱体，不考虑其椭圆形底部）。所克服的料液重力势能计算公式为：Ep2=1/2mgh2=1/2ρvgh2（h2指从发酵罐底部到发酵罐中料液上表面高度）。发酵罐的装料系数通常是0.6～0.7，故h2=0.6～0.7 h1，进而Ep2=0.3～0.35 Ep1。
本发明的发酵罐进料管口位置与现有进料管口位置相比，所产生的有益效果是：本发明不改变生产工艺，只改变进料管口的位置，在生产中实施后，同样可保证发酵正常远转。该方法的主要优点是降低了进料过程中的所克服的重力势能，进而降低了进料泵所需电能；同时也缩短了进料管道，降低了设备投资成本。
附图说明
图1是本发明一种谷氨酸发酵罐结构示意图。其中，1为进料管；2为进料泵；3为出料管；4为电机。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例  一种改进的谷氨酸发酵罐，结构可以参照附图1，包括与搅拌桨相连的电机、设在发酵罐底部的出料管、连接有进料泵的进料管，所述进料管口设在发酵罐的底部。
以500m3谷氨酸发酵罐为例，根据《压力容器安全技术监察规程》规定，发酵罐属于一级压力容器，设计计算按GB 150-2011《钢制压力容器》进行。进料管选择不带保温层的钢管，其直径的确定主要根据流体力学方程式计算：本发酵罐实装400m3，设计2h之内进料完毕，则进料体积流量q=400÷（3600×2）=0.056 (m3/s)，取料液的流速V=1m/s，则进料管截面积A=0.056 m2，则其直径d=0.267m。选择Φ273×6无缝钢管。
假设反应器是圆柱体，不考虑其椭圆形底部和椭圆形顶部，圆筒直径D=5.6m ,圆筒高度H=18m，装料系数为0.65，料液密度ρ=1080kg/ m3。
Ep1=ρvgh1=1080×（π2.82×18×0.65）×9.8×18=54872KJ=15.24kw/h
Ep2=0.65/2 Ep1=0.325×15.24 kw/h=4.95kw/h。
试验例：连续进行了10次试验，其结果如下：
  批次 理论耗电量差平均值kw/h 实际耗电量差平均值/kw/h
对照-试验 10 10.29 9.55
注：对照指顶部进料，试验为底部进料。由生产耗电量结果可以看出，谷氨酸发酵罐进料管口安装在底部成本有所降低，每1kw/h耗电量以0.5元计算，每进一批料可节省成本4.775元。同时还可以减少管道投资成本。
本发明的一种改进的谷氨酸发酵罐，应用于生物化工产品生产中是可行的。

Claims (5)

1.一种改进的谷氨酸发酵罐，包括与搅拌桨相连的电机、设在发酵罐底部的出料管、连接有进料泵的进料管，其特征是，所述进料管口设在发酵罐的底部。
2.根据权利要求1所述的谷氨酸发酵罐，其特征是，发酵罐的体积为300-600m3（优选500m3）。
3.根据权利要求1所述的谷氨酸发酵罐，其特征是，进料管为不带保温层的无缝钢管。
4.根据权利要求3所述的谷氨酸发酵罐，其特征是，料液的流速控制为V=1m/s。
5.根据权利要求3所述的谷氨酸发酵罐，其特征是，进料管截面积A=0.056 m2，直径d=0.267m。
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