CN107058061A

CN107058061A - Vc气升式带换热发酵罐

Info

Publication number: CN107058061A
Application number: CN201710300913.9A
Authority: CN
Inventors: 肖微
Original assignee: FOURTH INSTITUTE OF NUCLEAR ENGINEERING OF CNNC
Current assignee: FOURTH INSTITUTE OF NUCLEAR ENGINEERING OF CNNC
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-08-18

Abstract

本发明涉及发酵装置的技术领域，特别是涉及一种VC气升式带换热发酵罐，其结构简单、换热均匀并且减少了发酵罐内的摩擦阻力，提高了液体提升能力，便于清洗维护，并且杂菌感染几率减小；包括罐体和支撑架，罐体的内部设有工作腔，罐体底壁上设有进气管和出料管，罐体侧壁上设有进料管，罐体顶端设有接种口和人孔，罐体的工作腔内横向设置有上筛板、中筛板和下筛板，将工作腔隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室为纵向排列设置，还包括第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒；第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒外壁上均设有夹套，夹套与第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒外壁之间形成放置腔。

Description

VC气升式带换热发酵罐

技术领域

本发明涉及发酵装置的技术领域，特别是涉及一种VC气升式带换热发酵罐。

背景技术

众所周知，发酵罐指工业上用来进行微生物发酵的装置，目前原料药、食品等行业的生产主要以生物发酵为主，常用的好氧发酵罐有机械搅拌式、气升式等，

机械搅拌式发酵罐是依靠机械搅拌作用，将通入罐内的无菌压缩空气气泡分割细碎，与培养基充分混合，以提高氧的吸收系数，通过设备内换热管组换热，设备结构复杂，动力消耗大，制造要求高；

气升式发酵罐，无机械搅拌，利用空气动力，使液体形成的循环流动，促进罐内发酵液混合、氧的溶解和热量的传递，一般发酵过程中，每立方发酵液每小时约产生12-30MJ的热量，另外培养基经实消和连消后问道较高，需要将其冷却至培养温度，这就需要发酵罐具有足够的换热面积和合适的冷却介质，将热量及时地带出罐体；但罐内换热管组结构复杂，增加了发酵罐内的摩擦阻力，降低了液体提升能力，不方便清洗、维护，杂菌感染几率大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、换热均匀并且减少了发酵罐内的摩擦阻力，提高了液体提升能力，便于清洗维护，并且杂菌感染几率减小的VC气升式带换热发酵罐。

本发明的VC气升式带换热发酵罐，包括罐体和支撑架，罐体安装在支撑架上，罐体的内部设置有工作腔，罐体底壁上设置有进气管和出料管，罐体侧壁上设置有进料管，罐体顶端设置有接种口和人孔，所述罐体的工作腔内横向设置有上筛板、中筛板和下筛板，将工作腔隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室为纵向排列设置，还包括第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒，所述第一导流筒的顶部输入端位于第一腔室内，第一导流筒的底部输出端位于第二腔室内，第二导流筒的顶部输入端位于第二腔室内，第二导流筒的底部输出端位于第三腔室内，第三导流筒的顶部输入端位于第三腔室内，第三导流筒的底部输出端位于第四腔室内，并且第二导流筒的输入端位于第一导流筒输出端的下方，第三导流筒的输入端位于第二导流筒输出端的下方，第三导流筒的输出端与出料管连通，所述进料管和进气管均与第四腔室相通，接种口和人孔均与第一腔室相通；所述第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁上均设置有夹套，所述夹套与第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁之间形成放置腔，夹套的外壁上设置有进水口和出水口，进水口和出水口均与放置腔相通。

本发明的VC气升式带换热发酵罐，所述第四腔室内设置有喷嘴，所述进气管的输入端位于罐体的外侧，进气管的输出端穿过罐体的侧壁并伸入至第四腔室内与喷嘴连通。

本发明的VC气升式带换热发酵罐，还包括攀爬梯，所述攀爬梯安装在第一腔室内侧壁上，并且攀爬梯位于人孔的下方。

与现有技术相比本发明的有益效果为：通过上述设置，可以达到结构简单、换热均匀并且减少了发酵罐内的摩擦阻力，提高了液体提升能力，便于清洗维护，并且杂菌感染几率减小的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中导流筒的结构示意图；

图3是本发明中喷嘴与进气管连通的俯视结构示意图；

图4是本发明中筛板的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。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4所示，本发明的VC气升式带换热发酵罐，包括罐体1和支撑架2，罐体安装在支撑架上，罐体的内部设置有工作腔，罐体底壁上设置有进气管3和出料管4，罐体侧壁上设置有进料管，罐体顶端设置有接种口5和人孔6，罐体的工作腔内横向设置有上筛板7、中筛板8和下筛板9，将工作腔隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室为纵向排列设置，还包括第一导流筒10、第二导流筒11和第三导流筒12，第一导流筒的顶部输入端位于第一腔室内，第一导流筒的底部输出端位于第二腔室内，第二导流筒的顶部输入端位于第二腔室内，第二导流筒的底部输出端位于第三腔室内，第三导流筒的顶部输入端位于第三腔室内，第三导流筒的底部输出端位于第四腔室内，并且第二导流筒的输入端位于第一导流筒输出端的下方，第三导流筒的输入端位于第二导流筒输出端的下方，第三导流筒的输出端与出料管连通，进料管和进气管均与第四腔室相通，接种口和人孔均与第一腔室相通；第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁上均设置有夹套13，夹套与第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁之间形成放置腔14，夹套的外壁上设置有进水口15和出水口16，进水口和出水口均与放置腔相通，第四腔室内设置有喷嘴17，进气管的输入端位于罐体的外侧，进气管的输出端穿过罐体的侧壁并伸入至第四腔室内与喷嘴连通，还包括攀爬梯18，攀爬梯安装在第一腔室内侧壁上，并且攀爬梯位于人孔的下方；通过上述设置，可以达到结构简单、换热均匀并且减少了发酵罐内的摩擦阻力，提高了液体提升能力，便于清洗维护，并且杂菌感染几率减小的效果。

本发明的工作介质及压力：罐体内主要介质为液化淀粉乳、葡萄糖、无机盐、蒸汽及空气，灭菌温度为121℃，蒸汽压力为0.28 MPa（表压），属于I类压力容器，整体发酵罐要考虑内部压力对气体提升液体能力的影响，从经济角度考虑宜采取低压操作。

本发明的工作原理：145m3 VC气升式带换热发酵罐内的工艺过程是纯种培养的过程，利用压缩空气使罐内液体沿着带换热夹套式导流筒作循环流动，实现发酵液的混合、氧的溶解以及热量的传递。

本发明的材料：罐体材料均选用S30408不锈钢，支撑架为Q235B碳钢。

本发明的技术特点：其特点充分利用空气动力，使液体形成合理的循环流动，促进罐内发酵液和空气的混合、氧的溶解和热量的传递，防止生产过程中罐内发酵液被其他杂菌污染，实现发酵设备结构简单，无搅拌动力消耗，降低制造成本。

本发明的结构：VC气升式带换热发酵罐的结构及参数如图1所示，直径：DN = 3200mm，高度：H = l7000 mm（圆形筒体），发酵罐总高：20060 mm，换热面积：外半管110 m²，内导流筒：42 m²，全容积：145 m³；设备内构件力求简单，罐内导流筒兼换热，便于清洁和灭菌，流动死角较少，有利于发酵，同时便于加工制造；为了便于清洗及内构件装卸，发酵罐顶部设有快开人孔，方便操作。罐顶装有视镜和灯镜，并配有用于冲洗视镜的蒸汽吹管；发酵罐壳体及构件均采用连续焊缝并打磨光滑，抛光要求为Ra≤0.6μm，方便清洗消毒，尽量减少流动死角，以防止染菌中毒，影响产品质量和收率。

本发明的空气分布装置：如图3所示，安装在最下层导流筒下部靠近下封头的位置，采用设有2-4个对称喷嘴的环管结构。喷嘴开口斜向下，压缩空气少部分起泡分散到液体中，大部分射向下封头，并通过下封头使气流向上翻腾，逐步分散于液体中，同时促使液体激烈翻腾，进一步增加溶氧。由于气流的冲击作用，固体物料不易罐底堆积。喷嘴直径与数量、发酵罐尺寸与空气压力等应相互匹配；为了使气体进一步破碎分散，增加氧的传递速率，在导流筒和发酵罐罐壁间设置筛板（如图4所示），空气在通过筛板上正三角型排列的孔时再次分散。由于发酵液中含有菌丝，对筛板上菌丝的清洗较为困难，因此筛板的数量需要酌情考虑。

本发明的传热过程：发酵罐的换热面积应满足正常发酵所产生的热量和培养基经高温消毒后冷却所需的热量传递。有良好的热量交换性能，以适应灭菌操作和使发酵在最适温度下进行；发酵罐罐体外部采用外半管冷却，外半管的传热系数高，有利于罐内消毒、清洗、并能加强筒体强度，降低罐体的壁厚，节约投资。由于半管受设备内液面高度的限制，冷却面积达不到要求，降温困难，难于维持发酵工艺要求的温度。一般带搅拌的大型发酵罐罐内安装4、6或8组蛇管或盘管换热器来增加换热面积。但换热器增加了VC发酵罐内的摩擦阻力，降低了液体提升能力，因而不易采用。故发酵罐用夹套换热式导流筒（如图2所示）来增加的传热面积，从而达到使用要求，其结构紧凑，且降低了发酵罐内发酵液染菌的机率。

本发明的导流过程：VC发酵罐内设上、中、下三个导流筒，导流筒与罐底及侧壁连接进行固定，下部设空气分布装置。在气体的带动以及导流筒内外密度差的作用下，使导流筒外发酵液上升，导流筒内发酵液下降，从而在整个罐体内部形成循环流动，促进发酵液之间的均匀混合和气液接触；通常导流筒是采用薄钢板制成的，但发酵罐换热面积不够，采用冷却盘管弯而制成（盘管之间间隙以扁钢点焊固定，防止液体泄漏），但这种导流筒焊缝多，易染菌，以上使用效果不好。本发酵罐的夹套换热式导流筒如图2所示，导流筒上端安装了圆锥形的斜口导流结构，导流筒筒壁采用夹套结构，换热面积满足正常发酵所产生的热量和培养基经高温消毒后冷却所需的热量，导流筒各部分结构简单，外表面焊缝少，易加工，易消毒，不易产生固体物料堆积和染菌；导流筒直径、高度和液面高度是影响发酵液循环效率的重要因素。发酵液循环周期必须符合菌种发酵溶氧的需求，周期过长则供氧不足，过短则空气耗量大，动力消耗大。液面过高易使循环强度不够，可能造成罐内最上层的发酵液呆滞不动，使罐内溶氧分布不均匀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种VC气升式带换热发酵罐，包括罐体和支撑架，罐体安装在支撑架上，罐体的内部设置有工作腔，罐体底壁上设置有进气管和出料管，罐体侧壁上设置有进料管，罐体顶端设置有接种口和人孔，其特征在于，所述罐体的工作腔内横向设置有上筛板、中筛板和下筛板，将工作腔隔成第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室为纵向排列设置，还包括第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒，所述第一导流筒的顶部输入端位于第一腔室内，第一导流筒的底部输出端位于第二腔室内，第二导流筒的顶部输入端位于第二腔室内，第二导流筒的底部输出端位于第三腔室内，第三导流筒的顶部输入端位于第三腔室内，第三导流筒的底部输出端位于第四腔室内，并且第二导流筒的输入端位于第一导流筒输出端的下方，第三导流筒的输入端位于第二导流筒输出端的下方，第三导流筒的输出端与出料管连通，所述进料管和进气管均与第四腔室相通，接种口和人孔均与第一腔室相通；所述第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁上均设置有夹套，所述夹套与第一导流筒、第二导流筒和第三导流筒的外壁之间形成放置腔，夹套的外壁上设置有进水口和出水口，进水口和出水口均与放置腔相通。

2.如权利要求1所述的VC气升式带换热发酵罐，其特征在于，所述第四腔室内设置有喷嘴，所述进气管的输入端位于罐体的外侧，进气管的输出端穿过罐体的侧壁并伸入至第四腔室内与喷嘴连通。

3.如权利要求2所述的VC气升式带换热发酵罐，其特征在于，还包括攀爬梯，所述攀爬梯安装在第一腔室内侧壁上，并且攀爬梯位于人孔的下方。