CN106244424A - 发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发酵罐，罐体内设有搅拌装置，罐体的底部设有连通该罐体内部的第一管道，位于罐体外部的空气管通过三通阀与该第一管道连接，在罐体的内底面上设有空气导流装置，该空气导流装置的下端位于第一管道的正上方，空气导流装置的上端位于搅拌装置的正下方。本发明的发酵罐能够强化气‑液混合以及提高传质效率。

Description

发酵罐
技术领域
本发明涉及生物工程设备领域，具体涉及一种用于各种生物工程产品生产和实验的发酵罐。
背景技术
生物工程产品包括生物药物、生物化学品、生物燃料、酿造食品(饮料等等)，与国计民生息息相关。这些产品的研究开发与制造，都离不开发酵罐，其规模由几升到上千立方米，用于工业化生产的发酵罐容积，近年来呈现越来越大化的趋势。但迄今所见到的发酵罐，内部结构复杂，配管和阀门过多，不仅罐内容易产生死角，增加清洗和灭菌的难度，而且操作麻烦，劳动强度大，能量效率低，易发生误操作、灭菌不彻底的问题，造成生产损失。通气、搅拌式发酵罐还存在气-液混合和传质不良的问题，影响生产效率的提高。
为了减轻劳动强度，减少操作差错，提高能量效率和生产效率，本发明针别迄今发酵罐的缺点，对发酵罐及其配管的设计进行了改进。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种能够强化气-液混合以及提高传质效率的发酵罐。
实现本发明目的的技术方案如下：
发酵罐，罐体内设有搅拌装置，罐体的底部设有连通该罐体内部的第一管道，位于罐体外部的空气管通过三通阀与该第一管道连接，在罐体的内底面上设有空气导流装置，该空气导流装置的下端位于第一管道的正上方，空气导流装置的上端位于搅拌装置的正下方。
采用了上述方案，本发明将通气的管道移到罐体的外部，空气入口和料口合二为一，并取消了分气分布管在罐体内的布置，代之以空气导流装置。由于在发酵过程中空气的持续流通，因而可以确保料口处无死角，不存料，不堵塞。通过空气导流装置，可强化气-液混合，同时引导空气至搅拌装置的下层搅拌桨，强化对空气泡的破碎作用，使空气不至于走短路(即未经搅拌破碎而直接上升)，提高气-液传质效率。另外，通过搅拌装置的径向混合和轴向混合的复合型搅拌器，使气-液混合、液-液混合和传质的效率提高，且所需能量更省。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明发酵罐的装配结构示意图；
图2为空气导流装置的结构示意图；
附图中，1为罐体，2为外盘管，3为内盘管，4为上层搅拌桨，5为中层搅拌桨，6为下层搅拌桨，7为空气导流装置，8为挡板，9为玻璃，10为分叉蒸气管，11为快开盖，12为压力表，13为空气管，14为物料管，15为排水管，16为排气管，17为高压蒸气管，18为搅拌轴，20为排料管，21为预过滤器、22为精过滤器，23为电极口，24为三通阀，25为T型三通球阀，26为蒸气阀，27为排气阀，28为取样球阀，29为取样管，30为第一管道，33为进气管，34为喉管，35为出气管，36为支架。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明的发酵罐，其主要由罐体1、布置在罐体1内部的搅拌装置和空气导流装置7、以及布置在罐体外部的管道构成，下面分别对每一部分进行详细说明：
搅拌装置设置在罐体1内，搅拌装置包括搅拌轴27以及固定在该搅拌轴上的上层搅拌桨4、中层搅拌桨5以及下层搅拌桨6。上层搅拌桨4为水翼推进桨式的上层搅拌桨，例如窄长水翼浆HE-3、短翼浆Maxfol-T、LagntninA315等，其剪切作用不强，主要作用是轴向混。中层搅拌桨5为弯叶或箭叶圆盘涡轮式的中层搅拌桨，中层搅拌桨5的主要作用是径向混合，这样利于使物料混合得更为均匀，它的功率消耗低于同样是径向混合的平叶圆盘涡轮式搅拌桨。下层搅拌桨6为抛物面叶或半管叶圆盘涡轮式的下层搅拌桨，下层搅拌桨6具有很强的剪切力，主要用于剪切并打碎从空气导流装置输出的空气泡，而自身消耗的能量也小。通过三种形式的搅拌桨的组合，可以使发酵物达到较为理想的混合和传质效果，各层搅拌桨之间的距离以及下层搅拌桨6至罐底的距离按常规距离设计。
在发酵过程中，通入压缩空气也是必要的一环，因此，在罐体的底部设置了一个连通该罐体内部的第一管道30，该第一管道为三通管。作为气体的输入来说，分为压缩空气输入以及蒸气输入。位于罐体1外部的空气管13通过三通阀24与该第一管道30连接，三通阀24为L型的三通球阀，该三通阀24上还连接一个排料管20。空气管上连接一个过滤装置，该过滤装置包括串联的预过滤器21、精过滤器22，在预过滤器21和精过滤器22上均安装有耐高温的压力表12，在预过滤器21前设置兼作空气阀和蒸气阀的L型的三通球阀，另外，在罐体上连接一个通入到罐体内部的高压蒸气管17，在罐体外壁上设有外盘管2，以及在罐体内设有内盘管3，外盘管2和内盘管3均通入冷却水，内盘管3通过L型的三通球阀连接一个排水管15，该排水管15接至贮水罐或凉水塔。
空气导流装置7设置在罐体的内底面上，空气导流装置7将来自于第一管30道输出的压缩空气进行收集，并将发酵液吸入，然后对压缩空气以及发酵液进行收缩及混合，最后喷射至下层搅拌桨6进行剪切。空气导流装置7包括支架36以及空气导流管。支架36由3至4根角钢组成，这些角钢的一端焊接固定在罐体内壁上，支架的另一端与空气导流管连接。空气导流管包括喇叭状的进气管33、喇叭状的出气管35以及位于该进气管和出气管之间的喉管34。将进气管33设计成喇叭状，是为了便于使从第一管道30输出的空气进入到进气管33中，同时也便于使压缩空气进入进气管33时将发酵液也吸入到进气管中。将出气管设计成喇叭状，是为了扩大输出面积，增加下层搅拌桨6与压缩空气的接触面积，提高压缩空气的剪切效率。将喉管34布置在进气管和出气管之间，以及进气管和出气管均为喇叭形状，显然地，喉管34的管径要小于进气管和出气管的口径，喉管的内径为第一管道内径的0.4-0.8倍，进气管和出气管的管口内径为第一管道内径的1.2-2.0倍。正是因为这样的结构，当从进气管33输出的压缩空气和发酵液进入到喉管34时，在喉管内会形成一个收缩的过程，在该收缩的过程中，压缩空气和发酵液在喉管内进行混合，从喉管输出的气-液混合物在出气管中再次进行混合，这样利于提高气-液混合均匀度。为了进一步使气-液混合良好，出气管35的高度大于进气管33的高度。由于第一管道的作用不但让压缩空气通过，而且还让物料从该第一管道排出，因此空气导流装置的下端位于第一管道的正上方，即空气导流装置与第一管道的输出口之间是有间距的，而进气管33的管口与第一管道管口之间的间距也是由支架36来保证的。进气管管口与第一管道管口之间的间距为第一管道内径的0.5-1倍。此外，为了获得下层搅拌桨6对出气管35输出的气-液混合物具有更好地剪切效果，下层搅拌桨6与出气管35之间的间距第一管道内径的0.5-1倍。
罐体1外设置一个物料管14，该物料管的一端与第一管道30连接，物料管的另一端与一个接种分配站连接。物料管不仅是排出物料，其还作为接种管，于是这个物料管与接种管合二为一，并连接到由T型三通球阀25串连组成的接种分配站。由于接种和打料不会同时操作，因而这种设计不影响工艺过程的实施。由T型三通球阀25组成的接种站结构紧凑，安装和维修方便，无死角，操作简单、灵活。接种分配站的一端连接另外的预过滤器21和精过滤器22，这两个过滤器接用于收压缩空气，在发酵运转中保压，可避免频繁灭菌，从而节约蒸气。接种分配站的另一端连接取样管29，在取样管29上设有取样球阀，取样时先用接种站上的压缩空气冲刷物料管14，这样取样时不用放料，取得的样品为实时发酵样品，避免取出管道内的存料，由于各发酵罐的取样操作不可能同时进行，所以这一设计不会造成操作冲突。T型三通球阀25的与一个蒸气阀26连接，该蒸气阀通过管道通入到罐体1内，这一蒸气阀通过该T型三通球阀25的切换，可用来对发酵罐灭菌，或对空气过滤器进行反向灭菌。
本发明的发酵罐具具有以上结构外，在罐体1内壁处根据罐体容积大小以均匀的间距布置4块挡板8。罐体1内上方设置用于冲洗两块视玻璃9的分叉蒸气管10，该蒸气管在罐体1外的部分安装一蒸气阀26，罐体1的顶部开圆形或椭圆形人孔及快开盖11。罐体1的顶部设置一排气管16，在排气管16上设置有排气阀27，该排气阀的内侧安装耐高温的压力表12。在罐体1中部设有电极口23。
上述实施方式只是为了说明本发明的结构及作用，并非是对本发明的限制，凡在本发明的权利要求范围内作出的改动，均会落入到本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.发酵罐，罐体内设有搅拌装置，其特征在于：罐体的底部设有连通该罐体内部的第一管道，位于罐体外部的空气管通过三通阀与该第一管道连接，在罐体的内底面上设有空气导流装置，该空气导流装置的下端位于第一管道的正上方，空气导流装置的上端位于搅拌装置的正下方。
2.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：空气导流装置包括支架以及空气导流管，支架的一端固定在罐体内壁上，支架的另一端与空气导流管连接，空气导流管包括喇叭状的进气管、喇叭状的出气管以及位于该进气管和出气管之间的喉管。
3.根据权利要求2所述的发酵罐，其特征在于：所述喉管的内径为第一管道内径的0.4-0.8倍，进气管和出气管的管口内径为第一管道内径的1.2-2.0倍。
4.根据权利要求2所述的发酵罐，其特征在于：进气管管口与第一管道管口之间的间距，以及出气管管口与搅拌装置之间的间距均为第一管道内径的0.5-1倍。
5.根据权利要求2所述的发酵罐，其特征在于：出气管的高度大于进气管的高度。
6.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌轴以及固定在该搅拌轴上的上层搅拌桨、中层搅拌桨以及下层搅拌桨。
7.根据权利要求6所述的发酵罐，其特征在于：所述上层搅拌桨为水翼推进桨式的上层搅拌桨，中层搅拌桨为弯叶或箭叶圆盘涡轮式的中层搅拌桨，下层搅拌桨为抛物面叶或半管叶圆盘涡轮式的下层搅拌桨。
8.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：所述罐体上连接一个通入到罐体内部的高压蒸气管，在罐体外壁上设有外盘管，以及在罐体内设有内盘管。
9.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：所述罐体外设置一个物料管，该物料管的一端与第一管道连接，物料管的另一端与一个接种分配站连接。
10.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：空气管上连接一个过滤装置，该过滤装置包括串联的预过滤器、精过滤器。
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