CN106190786A - 一种多点空气分布器以及应用其的发酵罐 - Google Patents

一种多点空气分布器以及应用其的发酵罐 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多点空气分布器，其至少包括第一喷管和第二喷管，所述第二喷管进口端套置于所述第一喷管的出口端，所述第一喷管和所述第二喷管之间具有间隙。本发明还公开了一种应用上述所述的多点空气分布器的发酵罐，所述发酵罐包括罐体、搅拌桨叶以及供气管；所述供气管位于所述罐体的底部，所述搅拌桨叶位于罐体的内部，并且通过旋转轴与所述罐体可转动连接；所述多点分布器的第一喷管的进口端与所述供气管连通。本发明的多点空气分布器将菌体料液菌体通过空气分布器以及罐体的搅拌装置的作用下，形成通畅的循环路径。在高压气流的作用下，将菌体料液快速吸入并喷出，同时对膨胀菌体料液中的泡沫起到紧缩作用，可有效提高发酵罐装料系数。

Description

一种多点空气分布器以及应用其的发酵罐
技术领域
本发明涉及一种发酵罐技术领域，具体的说，涉及到一种在生物好氧发酵过程中使用的空气分布技术，它能有效提高氧与菌体料液菌体的溶氧速率，使发酵技术指标和产量得到大幅度提高的具有多点空气分布器的发酵罐。
背景技术
目前在生物好氧发酵生产中，如氨基酸(谷氨酸、赖氨酸……)、有机酸(柠檬酸、衣康酸……)、抗生素(青霉素、土霉素……)酶制剂产品、糖醇类产品等等，都是属于液态深层好氧发酵生产。所谓“好氧生产”就是将无菌压缩空气均匀地分布于发酵罐内的原菌体料液中，使菌体能够得到充分的有氧呼吸(溶氧)，使其正常的生长、代谢，以达到所需要的生物产品。品种不同，好氧发酵周期也不同，但无论哪种好氧发酵，自始至终都离不开空气。因此，如何将空气均匀地分布到发酵液中，使原菌体料液菌体充分地将空气中的氧吸收(溶解氧)是影响稳产高产的关键因素。
传统的空气分布器，就是在发酵罐底部通入一根直管，有“￢”字型、有“﹂”字型、有“η”字型，这些型号的空气分布器都是通过一点供气，然后通过搅拌轴上的多档桨叶将空气中的氧气均匀地分布到发酵液中,使气液相溶，达到发酵液中溶解氧的目的，从而可供给菌体呼吸生长、代谢产物的目的。由于该技术是一点式供气，因此空气不能均匀分布，特别是大直径发酵罐，存在搅拌死角，使氧和菌体料液菌体不能充分融合吸收，造成溶氧不足影响发酵指标。
综上所述，现有技术中的空气分布器在结构上存在明显的不足，仅仅可以通过一个点给发酵罐内供气，再借助搅拌桨叶进一步将空气中的氧气与发酵液混合，不能将空气中的氧气均匀分布在发酵罐的发酵液中，特别是大直径发酵罐，存在搅拌死角，使氧和菌体料液菌体不能充分融合，造成溶氧不足影响发酵指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多点空气分布器以及应用其的发酵罐，用以解决现有发酵罐的氧气与料液混合不充分，存在搅拌死角的缺陷。
为实现上述目的，本发明一种多点空气分布器，所述多点空气分布器至少包括第一喷管和第二喷管，所述第二喷管进口端套置于所述第一喷管的出口端，所述第一喷管和所述第二喷管之间具有间隙。
所述多点空气分布器还包括第三喷管，所述第三喷管进口端套置于所述第二喷管的出口端，所述第三喷管与所述第二喷管之间具有间隙。
所述多点空气分布器还包括第四喷管，所述第四喷管的进口端套置于所述第三喷管的出口端，所述第四喷管与所述第三喷管之间具有间隙。
所述第一喷管、第二喷管、第三喷管以及第四喷管呈喇叭形状。
所述第一喷管和所述第二喷管之间通过连接板固定连接。
所述第一喷管的进口端安装有法兰。
本发明还提供一种应用上述所述的多点空气分布器的发酵罐，其特征在于，
所述发酵罐包括罐体、搅拌桨叶以及供气管；
所述供气管位于所述罐体的底部，所述搅拌桨叶位于罐体的内部，并且通过旋转轴与所述罐体可转动连接；
所述多点分布器的第一喷管的进口端与所述供气管连通。
所述多点分布器的设置数量至少为2个。
所述供气管为直管。
本发明具有如下优点：
本发明的多点空气分布器可以将菌体料液菌体通过空气分布器以及罐体的搅拌装置的作用下，形成通畅的循环路径，以及良好的反应状态。在高压气流的作用下，将菌体料液快速吸入并喷出，同时对膨胀菌体料液中的泡沫起到紧缩作用，可有效提高发酵罐装料系数；本发明的多点空气分布器具有强大的空吸作用和喷射能力，使菌体料液往复循环，将空气中的氧与菌体料液中的菌体快速均匀的溶解吸收，提高溶氧速率，大幅度提高发酵指标并有效增加装罐系数，大幅度提高产量。
附图说明
图1为本发明的多点空气分布器的结构示意图。
图2为本发明的多点空气分布器的正面视图。
图3为本发明的具有多点空气分布器的发酵罐的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图3所示，本发明提供一种多点空气分布器，该多点空气分布器10至少包括第一喷管1和第二喷管2，第二喷管2进口端套置于第一喷管1的出口端，第一喷管1和第二喷管2之间具有间隙。第一喷管1的进口端，是空气(含氧气)的进入口，当高压空气通过第一喷管1的进口端进入第一喷管1后，高压气流从第一喷管1进入第二喷管2，由于第二喷管2的直径大于第一喷管1的直径，第二喷管2的进口端套置于第一喷管1的出口端，且第二喷管2的进口端与第一喷管1的出口端具有间隙，在第二喷管2的进口处形成负压区，形成环形的吸料口，位于第二喷管2进口周围的菌体料液会通过环形吸料口吸入第二喷管2，菌体料液在第二喷管内与空气混合。
同样的，多点空气分布器10还可以包括第三喷管3，第三喷管3进口端套置于第二喷管2的出口端，第三喷管3的直径大于第二喷管2的直径，第三喷管3与第二喷管2之间具有间隙，形成环形吸料口，当高压气流和菌体料液通过第三喷管3时，在该间隙处形成负压区，可将第三喷管3进口处的菌体料液吸入第三喷管3，进一步的将空气和菌体料液混合。
进一步的，多点空气分布器10还包括第四喷管4，第四喷管4的进口端套置于第三喷管3的出口端，第四喷管4的直径大于第三喷管3的直径，第四喷管4与第三喷管3之间具有间隙，形成环形吸料口。较佳的，第一喷管1和第二喷管2之间，第二喷管2与第三喷管3之间，第三喷管3与第四喷管4之间均通过连接板6固定连接。当然不同喷管与连接板之间也可一体成型。
本发明的一个实施例中，本发明的多点分布器10由第一喷管1、第二喷管2、第三喷管3以及第四喷管4相互套接而成，其中，第一喷管1的直径小于第二喷管2的直径，第二喷管2的直径小于第三喷管3的直径，第三喷管3的直径小于第四喷管4的直径，四个喷管共同形成一个由细到粗具有喇叭状喷腔的多点分布器10，第一喷管1的进口端为进气口，第四喷管4的出口端为多点空气分布器10的喷口，各喷管之间的连接处形成三个大小不同的环形吸料口。其中，各喷管的管壁之间通过焊接板相连，第一喷管的进口端可与供气管连接。
作为可变换的实施方式，本发明的多点空气分布器10的喷管的数量可以为五个、六个甚至更多，只要满足在菌体料液与空气充分混合的目的即可。
较佳的，第一喷管1、第二喷管2、第三喷管3以及第四喷管4呈喇叭形状，喷管设为喇叭形状，有利于气流携带菌体料液进一步的扩散和混合，充分混合空气与菌体料液。第一喷管1的进口端安装有法兰5，第一喷管1可以通过法兰5与供气管8等连接。
本发明还提供一种应用上述多点空气分布器10的发酵罐，发酵罐包括罐体7、搅拌桨叶9以及供气管81；供气管81位于罐体7的底部，搅拌桨叶9位于罐体7的内部，并且通过旋转轴82与罐体7可转动连接；多点分布器10的第一喷管1的进口端与供气管81连通。
其中，旋转轴82位于罐体7的中心，搅拌桨叶9与旋转轴82固定连接，且搅拌桨叶9位于多点分布器10的上部，当多点分布器10将菌体料液和空气混合后，由多点分布器的喷口喷出，喷出的菌体料液进一步地由搅拌桨叶9进行搅拌，将空气与菌体料液进一步地混合，从而可以将空气与菌体料液进行充分均匀的混合，提高菌体料液的氧溶解量。
较佳地，供气管81为直管，供气管81的一端伸出罐体7的外部，与供气装置连接；供气管81的另一端伸入罐体7的底部中间位置处，在伸入罐体底部的供气管81上设置多个多点空气分布器10，多点空气分布器10通过法兰5与供气管81固定连接。
较佳地，多点分布器10的设置数量至少为2个，多点分布器10在供气管81上均匀分布，多点空气分布器10的喷口可以竖直向上，也可以朝向罐体7的侧壁方向，还可以朝向罐体7的底部，多点分布器10的喷口朝向不同方向，可以充分的将菌体料液与空气中的氧气充分混合。多点空气分布器10将一点供气变为多点供气，既将罐体7底部供气管81引入发酵罐内形成一个多点供气的长直管，在长直管供气管上安装多个空气分布器10。本发明可以根据罐体7的大小，设置伸入到罐体底部的长度，以及设置多点空气分布器10的数量。同时，也可考虑多点空气分布器10的喷口的朝向，以使空气与菌体料液充分均匀的混合。
本发明的具有多点空气分布器的发酵罐，是根据空气动力学和文丘里原理相设计而成的，多点空气分布器10由多个不同直径的喷管套接形成一个由细到粗的喇叭状多点空气分布器。当具有一定压力的空气通过空气分布器时，菌体料液就会从各个喷管间的环形吸料口进入喷管，在高压空气动力的作用下，快速通过相互套接的喷管，在喷管内和喷口处，多点空气分布器10将空气和菌体料液充分混合，喷射到罐体7的各个角落，再进一步地由搅拌桨叶9进行搅拌，最终达到空气在菌体料液中均匀分布，溶氧充足，不留死角，提升发酵指标的目的。
本发明的发酵罐的具体的工作原理为：
本发明的发酵罐在使用时，首先，在发酵罐内填充适量的料液以及接种适量的菌体；同时开启搅拌装置和多点空气分布器，当供气装置通过供气管对罐体内部进行供气，设置在供气管上的多点空气分布器开始工作，当高压气流从第一喷管的进口进入并通过第一喷管、第二喷管、第三喷管以及第四喷管时，在多点空气分布器的喷管之间的多个环形吸料口的周围形成多个负压区，大量挤压在多点空气分布器周围的菌体料液，通过各环形吸料口迅速被吸入分布器喷管内，在高压气流的作用下将菌体料液和空气在喷管内进行了混合。最后，由于发酵罐本身配有搅拌装置,多点空气分布器具有强大的空吸作用和喷射能力，可以使菌体料液在搅拌装置和多点空气分布器的作用下往复循环，将空气中的氧与菌体料液中的菌体快速均匀的溶解吸收，提高了溶氧速率，杜绝了搅拌死角和溶氧不均匀不充分的弊端，大幅度提高了发酵技术指标。同时，在高压气流的作用下，多点空气分布器将菌体料液快速吸入并喷出，同时对膨胀菌体料液中的泡沫起到紧缩作用，进而提高发酵罐装料系数。
本发明的多点空气分布器可以将菌体料液菌体通过空气分布器以及罐体的搅拌装置的作用下，形成通畅的循环路径，以及良好的反应状态。在高压气流的作用下，将菌体料液快速吸入并喷出，同时对膨胀菌体料液中的泡沫起到紧缩作用，可有效提高发酵罐装料系数；本发明的多点空气分布器具有强大的空吸作用和喷射能力，使菌体料液往复循环，将空气中的氧与菌体料液中的菌体快速均匀的溶解吸收，提高溶氧速率，大幅度提高发酵指标并有效增加装罐系数，大幅度提高产量。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种多点空气分布器，其特征在于，所述多点空气分布器至少包括第一喷管和第二喷管，所述第二喷管进口端套置于所述第一喷管的出口端，所述第一喷管和所述第二喷管之间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的多点空气分布器，其特征在于，
所述多点空气分布器还包括第三喷管，所述第三喷管进口端套置于所述第二喷管的出口端，所述第三喷管与所述第二喷管之间具有间隙。
3.根据权利要求2所述的多点空气分布器，其特征在于，所述多点空气分布器还包括第四喷管，所述第四喷管的进口端套置于所述第三喷管的出口端，所述第四喷管与所述第三喷管之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的多点空气分布器，其特征在于，
所述第一喷管、第二喷管、第三喷管以及第四喷管呈喇叭形状。
5.根据权利要求1所述的多点空气分布器，其特征在于，
所述第一喷管和所述第二喷管之间通过连接板固定连接。
6.根据权利要求1所述的多点空气分布器，其特征在于，
所述第一喷管的进口端安装有法兰。
7.一种应用权利要求1-6中任一项所述的多点空气分布器的发酵罐，其特征在于，
所述发酵罐包括罐体、搅拌桨叶以及供气管；
所述供气管位于所述罐体的底部，所述搅拌桨叶位于罐体的内部，并且通过旋转轴与所述罐体可转动连接；
所述多点分布器的第一喷管的进口端与所述供气管连通。
8.根据权利要求7所述的发酵罐，其特征在于，
所述多点分布器的设置数量至少为2个。
9.根据权利要求7所述的发酵罐，其特征在于，
所述供气管为直管。
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