CN108795704A - 一种供氧发酵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种供氧发酵系统，包括发酵罐、供气器、循环泵和射流曝气器，所述发酵罐内的顶部空间形成集气室，所述供气器设置在所述集气室内；所述循环泵的输入端与所述发酵罐中部空间连通，其输出端与所述射流曝气器连通，所述射流曝气器同时与所述供气器连通；所述射流曝气器设置在所述发酵罐的中下部，所述发酵罐的罐体顶部设置排气孔，在所述排气孔内设置排气阀。本发明实现了气相、液相的迅速均质化，混合过程气泡少，溶氧系数高，混合效率高，均质化程度高、染菌几率小。另外，本发明结构简单，无须空气压缩机、搅拌器，动力消耗省，综合成本低，使用方便快捷，具有很好的市场前景。

Description

一种供氧发酵系统
技术领域
本发明涉及发酵设备技术领域，具体涉及一种供氧发酵系统。
背景技术
发酵罐是指工业上用来进行微生物发酵的装置，为微生物提供生存和代谢的场所。微生物包括好氧菌和厌氧菌。目前，好氧菌的发酵在工业上运用广泛，需求量大。
然而，在好氧菌的发酵过程中，发酵液的氧传递工序比较复杂。传统的抗生素工业以及近年来发展起来的基因工程菌高密度培养，都存在发酵设备的供氧能力与生产菌株对氧的需求量之间的矛盾。在拥有了优良的菌种并获得合适的发酵工艺条件下，发酵设备中通气搅拌系统的工作效率就变得极为重要，是影响生物发酵的重要因素。
目前，好氧菌发酵所用的通风发酵设备主要为机械搅拌式、自吸式、气升式和高位筛板式：
机械搅拌式系统主要由搅拌轴、搅拌器、机械密封、轴承、联轴器和电机等构成，结构复杂、变速转动部件故障点多、搅拌容器内的死角区大，导致菌种接种率低，很难实现调质容器各层悬浮液均质化，延长发酵周期，致使微生物和代谢产物受到强剪切而失活；如需通入无菌空气，则需要设置无菌空气系统，包括空气压缩机、粗过滤器、精过滤器、隔膜伐和空气分布器等部件，这种情况下往往会因操作原因而发生染菌现象，或是因过滤器失效，罐、管路密封损坏导致菌种不纯、灭菌不彻底。机械搅拌式系统结构复杂，耗功率较高，运行维护费用高，综合成本高。
自吸式系统和气升式系统虽然能实现部分发酵介质上部与下部的均质化，但是服务半径小、均质化程度不高、菌群接种效率低、易发生染菌现象、发酵周期长。
高位筛板式系统的罐体内装有若干筛板，压缩空气由罐底导入，经过筛板逐渐上升，气泡在上升过程中带动发酵液同时上升，发酵液通过筛板上带有液封作用的降液管下降而形成循环，但是，该系统工艺流程长、工艺周期长、混合效率低下。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种供氧发酵系统，用以解决现有发酵设备工艺周期长、均质化程度低、染菌现象严重、能源消耗大、结构复杂、综合成本高的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种供氧发酵系统，所述供氧发酵系统包括：发酵罐、供气器、循环泵和射流曝气器，所述发酵罐内的顶部空间形成集气室，所述供气器设置在所述集气室内；所述循环泵的输入端与所述发酵罐中部空间连通，其输出端与所述射流曝气器连通，所述射流曝气器同时与所述供气器连通；所述射流曝气器设置在所述发酵罐的中下部，所述发酵罐的罐体顶部设置排气孔，在所述排气孔内设置排气阀。
优选地，所述供气器包括通气盘和供气管，所述通气盘连接在所述供气管的上方，所述供气管与所述射流曝气器连接，在所述通气盘上设置若干进气孔。
优选地，所述射流曝气器包括射流臂和混合腔，所述混合腔位于所述发酵罐的轴线上，所述射流臂与所述混合腔连接，沿所述混合腔周向设置。
优选地，所述射流臂的轴向与水平面向上相交成10～30度，所述射流臂采用文丘里喉管结构。
优选地，所述发酵罐罐体中部的内侧壁设置挡墙，所述挡墙与所述发酵罐罐体内壁形成进液区，所述进液区与所述循环泵的输入端连通。
优选地，所述发酵罐的罐体上设置进料口与出料口，所述进料口位于所述发酵罐的中上部，所述出料口位于所述发酵罐的下部。
优选地，所述排气阀为电动控制阀。
优选地，所述发酵罐为密封保温罐。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提供的供氧发酵系统，包括发酵罐、供气器、循环泵和射流曝气器，循环泵的输入端与发酵罐中部空间连通，其输出端与所述射流曝气器连通，从而将液体介质抽吸进入射流曝气器中，射流曝气器同时与供气器连通，供气器将发酵罐上部集结的空气吸入到射流曝气器中与液体介质混合，实现了气相液相的迅速均质化，混合过程气泡少，溶氧系数高，混合效率高，均质化程度高。发酵罐的罐体顶部设置排气孔，在排气孔内设置排气阀，以保证发酵罐内外的气压均衡，染菌几率小。本发明实施例提供的供氧发酵系统结构简单，无须空气压缩机、搅拌器，动力消耗省，综合成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、3提供的供氧发酵系统的结构示意图。
图2为本发明实施例1、2、3提供的供氧发酵系统的通气盘的结构俯视图。
其中，1-发酵罐、11-进料口、12-出料口、2-供气器、21-通气盘、211-进气孔、22-供气管、3-循环泵、4-射流曝气器、41-射流臂、42-混合腔、5-排气阀、6-挡墙。
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。
实施例1
如图1、2所示，本实施例提供的供氧发酵系统包括：发酵罐1、供气器2、循环泵3和射流曝气器4，发酵罐1内的顶部空间形成集气室，供气器2设置在集气室内。循环泵3的输入端与发酵罐1的中部空间连通，其输出端与射流曝气器4连通，射流曝气器4同时与供气器2连通。射流曝气器4设置在发酵罐1的中下部，发酵罐1的罐体顶部设置排气孔，在排气孔内设置排气阀5。
本实施例提供的供氧发酵系统工作过程为：循环泵3对发酵罐1内的液体介质抽吸加压，使液体介质进入射流曝气器4，同时，供气器2将集气室内的氧气吸入射流曝气器4，完成气液混合。混合介质经由射流曝气器4喷向发酵罐内腔，形成罐内紊流。同时，气体因密度较小，形成上升流，促进了罐内介质的发酵，加速了气相液相的均质化。
实施例2
如图1、2所示，本实施例提供的供氧发酵系统包括：发酵罐1、供气器2、循环泵3和射流曝气器4。
发酵罐1内的顶部空间形成集气室，供气器2设置在集气室内。供气器2包括通气盘21和供气管22，通气盘21连接在供气管22的上方，供气管22与射流曝气器4连接，在通气盘21上设置若干进气孔211。
循环泵3的输入端与发酵罐1的中部空间连通，其输出端与射流曝气器4连通，射流曝气器4同时与供气器2连通。射流曝气器4设置在发酵罐1的中下部，射流曝气器4包括射流臂41和混合腔42，混合腔42位于发酵罐1的轴线上，射流臂41与混合腔42连接，沿混合腔42周向设置多个。射流臂41的轴向与水平面向上相交成10～30度，射流臂41采用文丘里喉管结构。
发酵罐1的罐体顶部设置有排气孔，在排气孔内设置排气阀5，排气阀5为电动控制阀，可以自动控制发酵罐体内外气压平衡。
发酵罐罐体中部的内侧壁设置挡墙6，挡墙6与罐体内壁之间形成进液区，进液区与循环泵3的输入端连通。
本实施例提供的供氧发酵系统工作过程为：发酵罐1内的液体介质经循环泵3抽吸加压，作为动力流体进入到射流曝气器的混合腔42，以较高的速度从射流臂41喷射出来，形成一股射流束。根据文丘里原理，在射流束射出后，在混合腔42内形成负的静压力区，此时，发酵罐集气室内的空气被通气盘21吸入，经由供气管22进入到混合腔42中，与液体介质进行混合，高速的液体介质将气体切割雾化成直径极其微小的气泡，然后形成紊流的气液混合流体，由射流臂41喷出，在此过程中，空气中的氧气快速转移进入液体介质，实现了气、液均质化过程。另一方面，由于气体密度小，在发酵介质中引起上升流，从而促进发酵进程。同时，从射流臂41释放出的动力液体再度对罐中液体进行搅拌，形成罐内紊流，促进罐内发酵介质菌种的接种均匀化，实现快速均质化。
实施例3
如图1、2所示，发酵罐1的罐体上设置进料口11与出料口12，进料口11位于发酵罐1的中上部，在进料过程中，原料由上至下倾泻，已经实现了初步的原料均质化，出料口12位于发酵罐下部，当发酵结束，人为控制将原料从出料口12输出。
实施例4
本实施例中发酵罐为密封保温罐，除了降低染菌几率同时还能保温，为菌种生长提供优异的环境。
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 (8)

1.一种供氧发酵系统，其特征在于，所述供氧发酵系统包括：发酵罐(1)、供气器(2)、循环泵(3)和射流曝气器(4)，所述发酵罐(1)内的顶部空间形成集气室，所述供气器(2)设置在所述集气室内；所述循环泵(3)的输入端与所述发酵罐(1)中部空间连通，其输出端与所述射流曝气器(4)连通，所述射流曝气器(4)同时与所述供气器(2)连通；所述射流曝气器(4)设置在所述发酵罐(1)的中下部，所述发酵罐(1)的罐体顶部设置排气孔，在所述排气孔内设置排气阀(5)。
2.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述供气器(2)包括通气盘(21)和供气管(22)，所述通气盘(21)连接在所述供气管(22)的上方，所述供气管(22)与所述射流曝气器(4)连接，在所述通气盘(21)上设置若干进气孔(211)。
3.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述射流曝气器(4)包括射流臂(41)和混合腔(42)，所述混合腔(42)位于所述发酵罐(1)的轴线上，所述射流臂(41)与所述混合腔(42)连接，沿所述混合腔(42)周向设置。
4.根据权利要求3所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述射流臂(41)的轴向与水平面向上相交成10～30度，所述射流臂(41)采用文丘里喉管结构。
5.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述发酵罐罐体中部的内侧壁设置挡墙(6)，所述挡墙(6)与所述发酵罐罐体内壁形成进液区，所述进液区与所述循环泵(3)的输入端连通。
6.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述发酵罐的罐体上设置进料口(11)与出料口(12)，所述进料口(11)位于所述发酵罐(1)的中上部，所述出料口(12)位于所述发酵罐(1)的下部。
7.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述排气阀(5)为电动控制阀。
8.根据权利要求1所述的供氧发酵系统，其特征在于，所述发酵罐(1)为密封保温罐。
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