CN114317247A - 一种高效的好氧发酵微生物反应釜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效的好氧发酵微生物反应釜，包括反应釜，所述反应釜上方设有搅拌驱动装置，所述反应釜内部设有喷气溶氧式搅拌机构，所述反应釜内部上方设有反向旋转式气体压缩机构。本发明通过利用搅拌桨和喷气套管的转动，使发酵液通过透料孔和呈叉状分布的喷气支管进行充分搅拌，同时利用圆形波浪式滑动架的形状带动抽气活塞进行空气的压缩，使发酵液在被搅拌的过程中，空气能够持续均匀的喷射在发酵液中，从而提高发酵液的溶氧效率，通过将反应釜内部的空气进行上下循环流动，一方面可以提高发酵液的溶氧效率，避免发酵液局部部位出现缺氧情况的发生，另一方面又可以大幅度减少外部空气的注入，从而降低装置的能耗，节省资源。

Description

一种高效的好氧发酵微生物反应釜

技术领域

本发明涉及微生物反应釜相关设备领域，特别是一种高效的好氧发酵微生物反应釜。

背景技术

微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。在微生物细胞发酵过程中，溶氧含量是影响发酵效率的重要因素之一。溶氧含量的大小对微生物细胞的生长及代谢都会产生一定的影响，其结果直接影响着发酵产物的产率，进而影响发酵效率。

在专利CN202010979839.X-一种基于搅拌机构的微生物好氧发酵设备中，设置了第一搅拌组件、第二搅拌组件、布气盘，使得氧气在水中打散的更加彻底，搅拌更加充分，实现了搅拌轮在发酵罐内的上下往复运动，使得发酵罐本体上部下部的发酵液的溶氧量更加均匀，提高了溶氧效果，提高了发酵效率。

但是上述专利中，虽然使用布气盘对发酵液内喷射空气，但是随着微生物发酵的进行，发酵液中的溶氧量会逐渐降低，而持续性向发酵液内喷射空气时，一方面空气的注入会降低发酵液的温度，使微生物发酵效率降低，另一方面也会极大的消耗电量，产生浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种高效的好氧发酵微生物反应釜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高效的好氧发酵微生物反应釜，包括反应釜，所述反应釜上设有进出管口装置，所述反应釜上方设有搅拌驱动装置，所述反应釜内部设有喷气溶氧式搅拌机构，所述反应釜内部上方设有反向旋转式气体压缩机构；

所述喷气溶氧式搅拌机构包括所述反应釜内部中心处上方设有搅拌轴，所述搅拌轴下端安装有搅拌套管，所述搅拌套管两侧设有若干喷气套管和搅拌桨，所述喷气套管和搅拌桨均匀分布在搅拌套管的两侧，相邻的两个所述喷气套管交错分布在搅拌套管的两侧，相邻的两个所述搅拌桨交错分布在搅拌套管的两侧，所述搅拌套管与喷气套管相连通，所述搅拌桨上开有若干透料孔，所述透料孔均匀分布在搅拌桨上，所述喷气套管的上下两侧侧表面上嵌装有若干内螺纹固定座，所述内螺纹固定座均匀分布在喷气套管的上下两侧，所述内螺纹固定座内螺纹安装有喷气支管，所述喷气支管上安装有环形密封座，所述环形密封座与内螺纹固定座之间通过密封垫密封，所述喷气支管上开有若干喷气孔，若干所述喷气孔呈条形均匀分布在喷气支管上，所述喷气支管上套装有喷气罩管，所述喷气罩管与环形密封座螺纹连接，所述喷气罩管与环形密封座之间通过密封垫密封，所述喷气罩管外侧表面上开有若干倒L型透气槽，所述倒L型透气槽与喷气孔的位置相对应，所述喷气支管和喷气罩管之间安装有透气反渗透膜。

进一步的，所述反向旋转式气体压缩机构包括所述反应釜上表面中心处安装有转动轴，所述转动轴与反应釜之间通过填料密封连接，所述转动轴与搅拌轴之间通过轴套固定连接，所述转动轴侧表面上套装有反向转动座，所述反向转动座与转动轴之间通过转动轴承连接，所述反向转动座内侧表面上方安装有内齿轮导轨，所述转动轴上安装有转动齿轮，所述内齿轮导轨和转动齿轮之间设有传动齿轮，所述传动齿轮与内齿轮导轨相咬合，所述传动齿轮与转动齿轮相咬合，所述传动齿轮与反应釜之间通过传动短轴和传动轴承连接，所述反向转动座下方设有圆形波浪式滑动架，所述圆形波浪式滑动架与反向转动座之间通过若干连接杆固定连接，所述圆形波浪式滑动架的两侧侧表面上开有滚动球槽，所述搅拌轴外侧表面上设有若干抽气套筒，所述抽气套筒呈环状均匀分布在搅拌轴外侧，所述抽气套筒与搅拌轴之间通过固定杆固定连接，所述抽气套筒内部安装有抽气活塞，所述抽气活塞上方安装有抽气杆，所述抽气杆与抽气套筒滑动连接，所述抽气套筒下表面一端安装有出气管，所述出气管与搅拌套管固定连接，所述抽气套筒下表面另一端安装有J型进气管，所述J型进气管的上端朝向上方，所述J型进气管和出气管上安装有单向气阀，所述抽气杆上方安装有滑动调节座，所述滑动调节座下端安装有固定柱，所述固定柱与抽气杆之间通过螺纹套管固定连接，所述滑动调节座内部两侧表面上安装有滚动轴承，所述滚动轴承内安装有滚动短轴，所述滚动短轴的一端安装有滚动球，所述滚动球活动插装在滚动球槽内。

进一步的，所述进出管口装置包括所述反应釜上方一侧安装有进气管，所述进气管上安装有空气除菌器，所述进气管上安装有预热套管，所述预热套管内安装有螺旋式电加热丝，所述反应釜上方一侧安装有氧含量检测管，所述反应釜上方另一侧安装有进料管，所述反应釜侧表面上方安装有排气管，所述反应釜下表面中心处安装有排料管。

进一步的，所述搅拌驱动装置包括所述反应釜上方安装有机架，所述机架上安装有减速器，所述减速器上方安装有搅拌电机，所述搅拌电机的旋转端与减速器的输入端固定连接，所述减速器的输出端与转动轴固定连接。

进一步的，所述倒L型透气槽的下端为倾斜表面。

进一步的，所述J型进气管的上端高于进料管的下端。

进一步的，所述反向转动座的旋转方向与转动轴的旋转方向相反。

进一步的，所述喷气支管的喷气范围完全覆盖发酵液。

利用本发明的技术方案制作的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，具有以下有益效果：

本微生物反应釜，通过利用转动轴带动搅拌桨和喷气套管的转动，使发酵液通过透料孔和呈叉状分布的喷气支管进行充分搅拌，从而使发酵液充分与空气接触，以提高发酵液的溶氧效率，同时利用圆形波浪式滑动架的形状带动抽气活塞进行空气的压缩，使发酵液在被搅拌的过程中，发酵液上方的空气能够输送到发酵液内，均匀的喷射在发酵液中，从而再次提高发酵液的溶氧效率。

本微生物反应釜，通过反向转动座与转动轴的转动方向相反，使装置在运行时，能够有效的提高抽气活塞的工作效率，以方便空气持续注入到发酵液中。

本微生物反应釜，通过将反应釜内部的空气进行上下循环流动，一方面可以提高发酵液的溶氧效率，避免发酵液局部部位出现缺氧情况的发生，使发酵液能够充分的溶氧，另一方面又可以大幅度减少外部空气的注入，从而降低装置的能耗，节省资源。

本微生物反应釜，通过喷气支管和喷气罩管的拼装，可以使工作人员能够快速更换透气反渗透膜，以避免透气反渗透膜的损坏而导致发酵液进入到搅拌套管内。

附图说明

图1是本发明所述一种高效的好氧发酵微生物反应釜的结构示意图；

图2是本发明所述喷气套管的示意图；

图3是本发明所述图2的局部放大图；

图4是本发明所述喷气支管的示意图；

图5是本发明所述喷气罩管的示意图；

图6是本发明所述图2的俯剖图；

图7是本发明所述喷气罩管的俯视图；

图8是本发明所述搅拌桨的示意图；

图9是本发明所述喷气溶氧式搅拌机构的示意图；

图10是本发明所述圆形波浪式滑动架的展开图；

图中，1、反应釜；2、搅拌轴；3、搅拌套管；4、喷气套管；5、搅拌桨；6、透料孔；7、内螺纹固定座；8、喷气支管；9、环形密封座；10、密封垫；11、喷气孔；12、喷气罩管；13、倒L型透气槽；14、转动轴；15、反向转动座；16、转动轴承；17、内齿轮导轨；18、转动齿轮；19、传动齿轮；20、传动短轴；21、传动轴承；22、圆形波浪式滑动架；23、连接杆；24、滚动球槽；25、抽气套筒；26、固定杆；27、抽气活塞；28、抽气杆；29、出气管；30、J型进气管；31、单向气阀；32、滑动调节座；33、固定柱；34、螺纹套管；35、滚动轴承；36、滚动短轴；37、滚动球；38、进气管；39、空气除菌器；40、预热套管；41、螺旋式电加热丝；42、氧含量检测管；43、进料管；44、排气管；45、排料管；46、机架；47、减速器；48、搅拌电机；49、透气反渗透膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-10所示。

本方案的创造点在于喷气溶氧式搅拌机构的结构设计，结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7和附图8，喷气溶氧式搅拌机构包括反应釜1内部中心处上方设有搅拌轴2，搅拌轴2下端安装有搅拌套管3，搅拌套管3两侧设有若干喷气套管4和搅拌桨5，喷气套管4和搅拌桨5均匀分布在搅拌套管3的两侧，相邻的两个喷气套管4交错分布在搅拌套管3的两侧，相邻的两个搅拌桨5交错分布在搅拌套管3的两侧，搅拌套管3与喷气套管4相连通，搅拌桨5上开有若干透料孔6，透料孔6均匀分布在搅拌桨5上，喷气套管4的上下两侧侧表面上嵌装有若干内螺纹固定座7，内螺纹固定座7均匀分布在喷气套管4的上下两侧，内螺纹固定座7内螺纹安装有喷气支管8，喷气支管8上安装有环形密封座9，环形密封座9与内螺纹固定座7之间通过密封垫10密封，喷气支管8上开有若干喷气孔11，若干喷气孔11呈条形均匀分布在喷气支管8上，喷气支管8上套装有喷气罩管12，喷气罩管12与环形密封座9螺纹连接，喷气罩管12与环形密封座9之间通过密封垫10密封，喷气罩管12外侧表面上开有若干倒L型透气槽13，倒L型透气槽13与喷气孔11的位置相对应，喷气支管8和喷气罩管12之间安装有透气反渗透膜49；通过喷气支管8的设置，一方面可以使喷气支管8在喷气套管4上形成叉状结构，使搅拌套管3随转动轴14转动时，能够增加发酵液的搅拌效果，同时配合搅拌桨5和透料孔6的使用，使发酵液能够得到充分的搅拌，增加与空气的接触面积，从而便于氧气的溶解，另一方面又可以通过喷气孔11和透气反渗透膜49的配合，使反应釜1内部的空气随着发酵液的搅拌而喷射到发酵液中，从而使空气充分与发酵液接触，以提高溶氧效率。

本方案的创造点在于反向旋转式气体压缩机构的结构设计，结合附图，反向旋转式气体压缩机构包括反应釜1上表面中心处安装有转动轴14，转动轴14与反应釜1之间通过填料密封连接，转动轴14与搅拌轴2之间通过轴套固定连接，转动轴14外侧表面上套装有反向转动座15，反向转动座15与转动轴14之间通过转动轴承16连接，反向转动座15内侧表面上方安装有内齿轮导轨17，转动轴14上安装有转动齿轮18，内齿轮导轨17和转动齿轮18之间设有传动齿轮19，传动齿轮19与内齿轮导轨17相咬合，传动齿轮19与转动齿轮18相咬合，传动齿轮19与反应釜1之间通过传动短轴20和传动轴承21连接，反向转动座15下方设有圆形波浪式滑动架22，圆形波浪式滑动架22与反向转动座15之间通过若干连接杆23固定连接，圆形波浪式滑动架22的两侧侧表面上开有滚动球槽24，搅拌轴2外侧表面上设有若干抽气套筒25，抽气套筒25呈环状均匀分布在搅拌轴2外侧，抽气套筒25与搅拌轴2之间通过固定杆26固定连接，抽气套筒25内部安装有抽气活塞27，抽气活塞27上方安装有抽气杆28，抽气杆28与抽气套筒25滑动连接，抽气套筒25下表面一端安装有出气管29，出气管29与搅拌套管3固定连接，抽气套筒25下表面另一端安装有J型进气管30，J型进气管30的上端朝向上方，J型进气管30和出气管29上安装有单向气阀31，抽气杆28上方安装有滑动调节座32，滑动调节座32下端安装有固定柱33，固定柱33与抽气杆28之间通过螺纹套管34固定连接，滑动调节座32内部两侧表面上安装有滚动轴承35，滚动轴承35内安装有滚动短轴36，滚动短轴36的一端安装有滚动球37，滚动球37活动插装在滚动球槽24内；通过传动齿轮19、内齿轮导轨17和转动齿轮18的使用，使反向转动座15与转动轴14的转动方向相反，并且利用转动轴14带动抽气杆28的转动和圆形波浪式滑动架22的反向转动，使滑动调节座32带动抽气杆28进行上下往复运动，从而利用转动轴14的转动，使抽气套筒25进行抽气工作，使反应釜1内部的空气进行上下循环，一方面可以提高发酵液的溶氧效率，另一方面又可以极大的降低外界空气的注入，减少能耗，而通过圆形波浪式滑动架22的使用，则可以使转动轴14转动过程中，抽气杆28能够沿着圆形波浪式滑动架22的形状进行上下移动，有效的解决了抽气套筒25的驱动问题，降低装置的复杂性，同时也能减少装置的成本和能耗。

在本装置中，倒L型透气槽13的下端为倾斜表面；可以避免发酵液在倒L型透气槽13内的残留，使发酵液排放时能够排放干净，便于装置的清洗。

在本装置中，J型进气管30的上端高于进料管43的下端；有效的避免了发酵原料注入过程中掉落到J型进气管30内的情况发生，避免J型进气管30的堵塞。

在本装置中，反向转动座15的旋转方向与转动轴14的旋转方向相反；使抽气套筒25能够获得动力来源，便于空气的循环。

在本装置中，喷气支管8的喷气范围完全覆盖发酵液；提高发酵液与氧气的接触面积，避免出现溶氧死角，使发酵液能够保持高效率工作。

工作原理：

当需要使用本装置时，将装置安装到使用地点，并依次将相应的管道与反应釜1上的进气管38、进料管43、排气管44和排料管45连接，并将氧含量检测探针安装到氧含量检测管42内，对反应釜1内部的氧含量进行检测，同时将螺旋式电加热丝41和搅拌电机48通过开关与外界电源连接，而后便可使用本装置；

当发酵原料和微生物发酵液注入到反应釜1内后，此时工作人员通过开关控制搅拌电机48开始工作，随着搅拌电机48的转动，并利用减速器47降低输出转速，使转动轴14开始旋转，而转动轴14通过轴套带动搅拌轴2进行旋转，使搅拌轴2带动搅拌套管3进行转动，从而使喷气套管4和搅拌桨5随着搅拌套管3的转动，对发酵原料和微生物发酵液进行搅拌，同时喷气套管4上设置的喷气支管8可以增加搅拌效率，使发酵原料和微生物发酵液搅拌效果更加良好；

而转动轴14的转动同时带动转动齿轮18旋转，并通过转动齿轮18与传动齿轮19的咬合，使传动齿轮19进行转动，而通过传动齿轮19与内齿轮导轨17的咬合，使内齿轮导轨17带动反向转动座15开始转动，此时反向转动座15的转动方向与转动轴14的转动方向相反，而反向转动座15的转动则通过连接杆23带动圆形波浪式滑动架22进行转动，并且搅拌轴2在转动过程中，通过固定杆26的带动，使搅拌轴2外侧的抽气套筒25绕搅拌轴2进行转动，此时抽气套筒25的转动方向与圆形波浪式滑动架22的转动方向相反，而随着抽气套筒25和圆形波浪式滑动架22的转动，此时抽气杆28上端的滑动调节座32通过滚动球37与圆形波浪式滑动架22上的滚动球槽24的滑动接触，使得滑动调节座32在抽气套筒25和圆形波浪式滑动架22转动过程中，通过滚动球槽24对滚动球37的挤压，使滑动调节座32沿着圆形波浪式滑动架22的形状进行上下移动，从而带动抽气杆28进行上下往复移动，而抽气杆28则带动抽气活塞27进行同步移动，并利用J型进气管30和出气管29上的单向气阀31，使反应釜1内部上方的空气被抽入到J型进气管30内，而后进入到抽气套筒25内，再通过抽气活塞27的挤压，使空气通过出气管29进入到搅拌套管3内；

而随着反应釜1内部上方的空气持续被抽送到搅拌套管3内，使搅拌套管3内的空气进入到喷气套管4内，而后注入到喷气支管8内，并通过喷气支管8上的喷气孔11喷射到喷气支管8外部，并利用透气反渗透膜49的透气不透液体的特性，使微生物发酵液不会穿过透气反渗透膜49进入到喷气支管8内，而喷气支管8内喷射的空气则穿过透气反渗透膜49注入到倒L型透气槽13内，并排放到微生物发酵液内，从而使空气与微生物发酵液充分接触，以促进发酵液的溶氧效率；

随着搅拌电机48的持续工作，使反应釜1内部的发酵原料和微生物发酵液进行充分的搅拌，同时在搅拌过程中，反应釜1内部上方的空气则被均匀的喷射到发酵原料和微生物发酵液内，从而能够实时的向发酵原料和微生物发酵液内喷射空气，以保证微生物发酵液内的含氧量，避免出现溶氧死角而导致局部部位无法进行发酵工作的进行，同时通过空气的持续循环流动，可以避免微生物发酵液的含氧量的降低，使微生物发酵工作处于高效率运行。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效的好氧发酵微生物反应釜，包括反应釜（1），所述反应釜（1）上设有进出管口装置，所述反应釜（1）上方设有搅拌驱动装置，其特征在于，所述反应釜（1）内部设有喷气溶氧式搅拌机构，所述反应釜（1）内部上方设有反向旋转式气体压缩机构；

所述喷气溶氧式搅拌机构包括所述反应釜（1）内部中心处上方设有搅拌轴（2），所述搅拌轴（2）下端安装有搅拌套管（3），所述搅拌套管（3）两侧设有若干喷气套管（4）和搅拌桨（5），所述喷气套管（4）和搅拌桨（5）均匀分布在搅拌套管（3）的两侧，相邻的两个所述喷气套管（4）交错分布在搅拌套管（3）的两侧，相邻的两个所述搅拌桨（5）交错分布在搅拌套管（3）的两侧，所述搅拌套管（3）与喷气套管（4）相连通，所述搅拌桨（5）上开有若干透料孔（6），所述透料孔（6）均匀分布在搅拌桨（5）上，所述喷气套管（4）的上下两侧侧表面上嵌装有若干内螺纹固定座（7），所述内螺纹固定座（7）均匀分布在喷气套管（4）的上下两侧，所述内螺纹固定座（7）内螺纹安装有喷气支管（8），所述喷气支管（8）上安装有环形密封座（9），所述环形密封座（9）与内螺纹固定座（7）之间通过密封垫（10）密封，所述喷气支管（8）上开有若干喷气孔（11），若干所述喷气孔（11）呈条形均匀分布在喷气支管（8）上，所述喷气支管（8）上套装有喷气罩管（12），所述喷气罩管（12）与环形密封座（9）螺纹连接，所述喷气罩管（12）与环形密封座（9）之间通过密封垫（10）密封，所述喷气罩管（12）外侧表面上开有若干倒L型透气槽（13），所述倒L型透气槽（13）与喷气孔（11）的位置相对应，所述喷气支管（8）和喷气罩管（12）之间安装有透气反渗透膜（49）。

2.根据权利要求1所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述反向旋转式气体压缩机构包括所述反应釜（1）上表面中心处安装有转动轴（14），所述转动轴（14）与反应釜（1）之间通过填料密封连接，所述转动轴（14）与搅拌轴（2）之间通过轴套固定连接，所述转动轴（14）外侧表面上套装有反向转动座（15），所述反向转动座（15）与转动轴（14）之间通过转动轴承（16）连接，所述反向转动座（15）内侧表面上方安装有内齿轮导轨（17），所述转动轴（14）上安装有转动齿轮（18），所述内齿轮导轨（17）和转动齿轮（18）之间设有传动齿轮（19），所述传动齿轮（19）与内齿轮导轨（17）相咬合，所述传动齿轮（19）与转动齿轮（18）相咬合，所述传动齿轮（19）与反应釜（1）之间通过传动短轴（20）和传动轴承（21）连接，所述反向转动座（15）下方设有圆形波浪式滑动架（22），所述圆形波浪式滑动架（22）与反向转动座（15）之间通过若干连接杆（23）固定连接，所述圆形波浪式滑动架（22）的两侧侧表面上开有滚动球槽（24），所述搅拌轴（2）外侧表面上设有若干抽气套筒（25），所述抽气套筒（25）呈环状均匀分布在搅拌轴（2）外侧，所述抽气套筒（25）与搅拌轴（2）之间通过固定杆（26）固定连接，所述抽气套筒（25）内部安装有抽气活塞（27），所述抽气活塞（27）上方安装有抽气杆（28），所述抽气杆（28）与抽气套筒（25）滑动连接，所述抽气套筒（25）下表面一端安装有出气管（29），所述出气管（29）与搅拌套管（3）固定连接，所述抽气套筒（25）下表面另一端安装有J型进气管（30），所述J型进气管（30）的上端朝向上方，所述J型进气管（30）和出气管（29）上安装有单向气阀（31），所述抽气杆（28）上方安装有滑动调节座（32），所述滑动调节座（32）下端安装有固定柱（33），所述固定柱（33）与抽气杆（28）之间通过螺纹套管（34）固定连接，所述滑动调节座（32）内部两侧表面上安装有滚动轴承（35），所述滚动轴承（35）内安装有滚动短轴（36），所述滚动短轴（36）的一端安装有滚动球（37），所述滚动球（37）活动插装在滚动球槽（24）内。

3.根据权利要求1所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述进出管口装置包括所述反应釜（1）上方一侧安装有进气管（38），所述进气管（38）上安装有空气除菌器（39），所述进气管（38）上安装有预热套管（40），所述预热套管（40）内安装有螺旋式电加热丝（41），所述反应釜（1）上方一侧安装有氧含量检测管（42），所述反应釜上方另一侧安装有进料管（43），所述反应釜（1）侧表面上方安装有排气管（44），所述反应釜（1）下表面中心处安装有排料管（45）。

4.根据权利要求1所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述搅拌驱动装置包括所述反应釜（1）上方安装有机架（46），所述机架（46）上安装有减速器（47），所述减速器（47）上方安装有搅拌电机（48），所述搅拌电机（48）的旋转端与减速器（47）的输入端固定连接，所述减速器（47）的输出端与转动轴（14）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述倒L型透气槽（13）的下端为倾斜表面。

6.根据权利要求2所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述J型进气管（30）的上端高于进料管（43）的下端。

7.根据权利要求2所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述反向转动座（15）的旋转方向与转动轴（14）的旋转方向相反。

8.根据权利要求1所述的一种高效的好氧发酵微生物反应釜，其特征在于，所述喷气支管（8）的喷气范围完全覆盖发酵液。

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