CN201901671U - 发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种发酵罐，该发酵罐包括罐体和设置在所述罐体内的搅拌轴，所述搅拌轴上设置有搅拌器，其中，所述搅拌器包括旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器，所述涡轮式搅拌器设置在所述搅拌轴的下端，所述旋桨式搅拌器设置在所述涡轮式搅拌器的上方。通过上述技术方案，不仅使得发酵物料在罐体内循环从而混合更均匀，提高了发酵物料中的溶氧量，并能使氧气与物料更充分更均匀地混合，还提高了发酵罐的散热性能和罐体的强度。

Description

发酵罐
技术领域
本实用新型涉及化工设备技术领域，具体地，涉及一种发酵罐。
背景技术
目前，在发酵行业中，通常会采用发酵罐进行发酵，例如赖氨酸发酵一类的有氧发酵。此种发酵罐高径比较小，一般为1.7～2，采用沿发酵罐的高度方向分布的三级搅拌器的结构，该三级的搅拌器均为直径相同的涡轮式搅拌器，涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应的过程，此种三级搅拌器结构的功能在于使发酵物料均匀混合。
在发酵罐内由于生物发酵而产生的多余热量通过蛇管结构来冷却，该蛇管以多组的形式沿发酵罐高度方向设置于发酵罐内壁，蛇管内容纳有水或者其他冷却液；发酵罐内没有布置进气装置，空压机将空气直接从罐底的气孔通入发酵罐。
由于赖氨酸发酵要在有氧且控温的条件下进行，所以上述发酵罐存在很多缺陷和不足。首先，发酵罐的搅拌形式比较单一，三级的搅拌器均为直径相同的涡轮式搅拌器，而蜗轮式搅拌器主要使发酵物料径向流动，因此对使发酵物料在整个发酵罐内循环流动的效果较差；其次，正因为该涡轮式搅拌器主要使发酵物料径向流动，所以对蜗轮搅拌器的搅拌阻力较大，所以搅拌功率匹配高，一般为1∶1，即100m2发酵罐需配100kw的电机；另外，由于发酵罐罐身直径较大且罐内没有布置进气装置，所以由空压机输入发酵罐内的空气分布不均，影响发酵物料中氧气的溶解。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种发酵罐，该发酵罐对发酵罐中的搅拌结构、通气结构和冷却结构都进行了改进。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种发酵罐，该发酵罐包括罐体和设置在所述罐体内的搅拌轴，所述搅拌轴上设置有搅拌器，其中，所述搅拌器包括旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器，所述涡轮式搅拌器设置在所述搅拌轴的下端，所述旋桨式搅拌器设置在所述涡轮式搅拌器的上方。
优选地，所述涡轮式搅拌器的数量为一个，所述旋桨式搅拌器的数量为3个。
更优选地，所述搅拌器之间的设置为等间距。
优选地，所述涡轮式搅拌器的叶片形状为抛物线圆盘涡轮，叶片数量为6。
优选地，所述罐体的高径比为3～4。
优选地，所述旋桨式搅拌器的搅拌桨叶为轴流式桨叶。
优选地，所述涡轮式搅拌器的直径小于所述旋桨式搅拌器的直径。
优选地，在所述搅拌轴和所述罐体的底部之间设置有通风管，该通风管的一端穿出所述罐体，另一端具有喷头。
更优选地，所述喷头为多个。
更优选地，所述喷头设置于所述涡轮式搅拌器的下方。
更优选地，所述涡轮式搅拌器的下方设置有导流筒，所述喷头设置于该导流筒的下方。
优选地，在所述罐体的内壁沿罐体的高度方向上设置有内蛇管。
优选地，在所述罐体的外壁沿罐体的径向方向上缠绕有外蛇管。
通过上述技术方案，不仅使得发酵物料在罐体内循环从而混合更均匀，提高了发酵物料中的溶氧量，并能使氧气与物料更充分更均匀地混合，还提高了发酵罐的散热性能和罐体的强度。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的发酵罐的一种实施方式的示意图。
附图标记说明
1罐体              2搅拌轴
3旋桨式搅拌器      4涡轮式搅拌器
5通风管            6喷头
7导流筒            8内蛇管
9外蛇管            10人孔
11电机             12联轴器
13消泡器           14出料口
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”通常是指附图中所示的罐体1的高度方向的上和下；“内”、“外”是指发酵罐罐体1的内部和外部；“轴向”指搅拌轴2的方向，“径向”指罐体1的直径方向，即垂直于搅拌轴2的方向。
图1所示为本实用新型优选实施方式的示意图。如图所示，人孔10设置在罐体1的上端，当发酵罐内部的装置需要维护和更换时，维修人员可以从人孔10进入发酵罐内，如图1所示的罐体1的左侧内壁上设置有梯子等结构，该梯子可以连接到发酵罐的罐底，并且在罐体1内的不同高度上如图所示设置有检修架，方便维修人员活动。电机11通过传动结构带动搅拌轴2旋转，图1中所示的实施方式中优选皮带轮作为该传动结构。搅拌轴2可以为多节，各节之间通过联轴器12连接。搅拌轴2的上方设置有消泡器13，该消泡器13的作用是将发酵产生的泡沫打碎，有利用发酵物料和空气的混合。
如图1所示，本实用新型提供一种发酵罐，该发酵罐包括罐体1和设置在所述罐体1内的搅拌轴2，所述搅拌轴2上设置有有搅拌器，其中，所述搅拌器包括旋桨式搅拌器3和涡轮式搅拌器4，所述涡轮式搅拌器4设置在所述搅拌轴2的下端，所述旋桨式搅拌器3设置在所述涡轮式搅拌器4的上方。
优选地，所述涡轮式搅拌器4的数量为一个，所述旋桨式搅拌器3的数量为3个。更优选地，所述搅拌器之间为等间距。
涡轮式搅拌器由在水平圆盘上安装2至4片平直的或弯曲的叶片所构成。涡轮在旋转时造成高度湍动的径向流动，适用于气体及不互溶液体的分散和液液相反应的过程。涡轮式搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流，因此它适用于乳浊液、悬浮液等。
在本实用新型的优选实施方式中，所述涡轮式搅拌器4的叶片形状为抛物线圆盘涡轮，叶片数量为6。
在上述的本实用新型的搅拌结构中，旋桨式搅拌器3和涡轮式搅拌器4以搅拌轴2为轴同轴地设置，涡轮式搅拌器4设置在搅拌轴2的下端，旋桨式搅拌器3可以为一个或多个，多个旋桨式搅拌器3之间的距离根据内蛇管8的布置情况和实际需要设置。由于旋桨式搅拌器3主要造成发酵物料的轴向液流，也就是沿搅拌轴2方向的液流，而涡轮式搅拌器4则主要造成发酵物料的径向液流，也就是沿罐体1的径向的垂直于搅拌轴2方向的液流，所以当发酵物料在旋桨式搅拌器3的作用下沿搅拌轴2向下运动到涡轮式搅拌器4处，又在涡轮式搅拌器4的作用下向沿径向运动到罐体1的内壁，由于搅拌轴2周围的液体向下的压力较大，而罐体1的内壁处液体压力较小，从而使得罐体1的内壁处的发酵物料与搅拌轴2周围的发酵物料由于搅拌而产生强制对流，当罐体1的内壁处的液体到达物料上表面时再沿径向向内流动，如此循环，从而使发酵物料在罐体1内沿轴向方向循环流动，这样不但有利于发酵物料的均匀混合，还有利于发酵物料的冷却。
优选地，所述罐体1的高径比为3～4。但是，本实用新型并不限于此范围内的高径比，任何大于现有的发酵罐高径比的值都能较小搅拌器旋转时消耗的能量，也就是说，本实用新型的思想在于所设计的发酵罐比传统的发酵罐更加细长。由于罐体1的直径变小，并且发酵物料在轴向方向上循环流动，所以搅拌器在径向上受到的阻力变小，因此搅拌功率匹配显著降低，根据实际应用证实，300m2发酵罐由传统发酵罐所匹配的300kw电机降低为180kw电机。
在本实用新型的实施方式中，优选地，所述旋桨式搅拌器3的搅拌桨叶为轴流式桨叶。在本实用新型的优选实施方式中，所述轴流式桨叶优选为箭叶式，能在搅拌桨叶旋转时造成发酵物料的轴向液流。但叶片的形状不限于上述形式，任何能够造成发酵物料轴向液流的叶片形状都可以用于本实用新型。
另外，优选地，在所述搅拌轴2和罐体1的底部之间设置有通风管5，该通风管5的一端穿出所述罐体1，另一端具有喷头6。更优选地，所述喷头6为多个，且朝向不同方向。
空压机通过通风管5将压缩空气输入到发酵罐内，多个朝向不同方向的喷头6能使输入发酵物料中的空气均匀分布，图1中的通风管5上具有两个喷头6，并朝向两个方向相对的设置，也可以根据实际需要设置为多个方向，从而使空气与发酵物料的混合更加均匀。
优选地，所述喷头6设置于所述涡轮式搅拌器4的下方。并且，优选地，所述涡轮式搅拌器4的下方设置有导流筒7，所述喷头6设置于该导流筒7的下方。
导流筒7的作用在于将喷头6输出的压缩空气向上引导，直至与导流筒7上端相对应的涡轮式搅拌器4，从而使空气能够与发酵物料在涡轮式搅拌器4处更好地混合。
另外，需要指出的是，搅拌轴2的轴向方向与罐体1的高度方向之间可以成一定角度，由于发酵罐的罐体1的高径比限制，该角度应为小于45°的锐角，也就是说搅拌轴2的轴向方向与罐体1的高度方向不相同，搅拌轴2斜插入罐体1中，此时液流的循环回路不对称，可以增加湍流，防止液面凹陷。
优选地，在所述罐体1的内壁沿罐体1的高度方向上设置有内蛇管8。由于本实用新型的发酵罐中的发酵物料沿轴向方向循环流动，即使搅拌轴2的轴向方向与罐体1的高度方向不相同，内蛇管8也发酵物料循环方向基本相同，因此能够提高冷却效果。
另外，优选地，在所述罐体1的外壁沿罐体1的径向方向上缠绕有外蛇管9。外蛇管9的方向与内蛇管8的方向相互垂直，这样，不仅提高了冷却效果，还由于该外蛇管9设置于罐体1的外壁而提高了罐体1的强度。
下面结合图1介绍本实用新型的发酵罐的工作过程。
发酵物料通过进料口(未图示)投入发酵罐中，发酵物料投入量的上限(也是最佳情况)为没过内蛇管8的上端。
然后启动电机11，电机11通过传动机构带动搅拌轴2旋转，在图1所示实施方式中，该传动机构为皮带轮。
在搅拌轴2上，以搅拌轴2为轴同轴地设置有消泡器13、旋桨式搅拌器3和涡轮式搅拌器4。在旋桨式搅拌器3旋转时造成发酵物料的轴向液流，在图1所示实施方式中，多个旋桨式搅拌器3等间距设置，从而使发酵物料不断地绕着搅拌轴2旋转地轴向流动。搅拌轴2下端的涡轮式搅拌器4的旋转造成发酵物料的径向液流。这样，沿着搅拌轴2不断产生使发酵物料轴向流动的压力，在接近罐底处又具有径向向外流动的力，流体由于惯性继续向下流动，直至流速降低到零或者解除罐体1的底部，但是由于罐体1的内壁侧的压力小于搅拌轴2侧的压力，并且涡轮式搅拌器4又不断地将发酵物料向罐体1的内壁方向推动，所以罐底附近的发酵物料会沿径向朝向罐体1的内壁流动，然后再向上流动，到达接近液面处时，由于最上方的旋桨式搅拌器3在其上方形成低压，所以罐体1的内壁侧的发酵物料沿径向方向流向搅拌轴2，从而实现了发酵物料沿竖直方向循环。而设置在旋桨式搅拌器之上的发酵物料液面处的消泡器13将发酵物料在循环流动的过程中产生的泡沫打碎，防止液面由于泡沫过多而升高。
在搅拌轴2之下和罐体1的底部之间设置有通风管5，通风管5的一端穿出罐体1，并与空压机(未图示)连接，另一端具有喷头6，空压机将压缩空气通过通风管5和喷头6输入到罐体1内。在如图1所示的本实用新型实施方式中，通风管5上具有多个喷头6，且多个喷头6设置于所述涡轮式搅拌器4的下方，压缩空气向上运动，并在涡轮式搅拌器4处被搅拌，从而与发酵物料混合。在本实施方式中，还优选地设置有导流筒7，喷头6设置于该导流筒7的下方，该导流筒7的作用在于引导输入到发酵物料中的压缩空气向上流动到涡轮式搅拌器4，从而使压缩空气能被涡轮式搅拌器4被打碎和搅拌，促进了压缩空气与发酵物料的混合。
由于发酵物料在发酵的过程中会产生热量，为了控制发酵温度，在发酵罐的罐体1内壁沿竖直方向上设置有内蛇管8，也就是说内蛇管8的径向方向与罐体1的高度方向相同。为了提高发酵罐的冷却性能，优选地，在图1所示的实施方式中，罐体1的外壁沿水平方向缠绕有外蛇管9，也就是说，外蛇管9的径向与罐体1的径向方向相同。这样不仅提高了发酵罐的冷却性能，由于加设了外蛇管9，还能提高发酵罐的罐体1的强度。
当完成发酵后，需要将最终的发酵产物输出时，将设置于罐体1的底部的出料口14打开，通过与出料口14连接的管道将发酵产物从发酵罐中引导出来，从而完成发酵。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。例如，可以将旋桨式搅拌器3的叶片替换为其他形状的叶片。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (12)

1.一种发酵罐，该发酵罐包括罐体(1)和设置在所述罐体(1)内的搅拌轴(2)，所述搅拌轴(2)上设置有搅拌器，其特征在于，所述搅拌器包括旋桨式搅拌器(3)和涡轮式搅拌器(4)，所述涡轮式搅拌器(4)设置在所述搅拌轴(2)的下端，所述旋桨式搅拌器(3)设置在所述涡轮式搅拌器(4)的上方。
2.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述涡轮式搅拌器(4)的数量为一个，所述旋桨式搅拌器(3)的数量为3个。
3.根据权利要求2所述的发酵罐，其特征在于，所述搅拌器之间等间距布置。
4.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述涡轮式搅拌器(4)的叶片形状为抛物线圆盘涡轮，叶片数量为6。
5.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述罐体(1)的高径比为3～4。
6.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，所述旋桨式搅拌器(3)的搅拌桨叶为轴流式桨叶。
7.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，在所述搅拌轴(2)和所述罐体(1)的底部之间设置有通风管(5)，该通风管(5)的一端穿出所述罐体(1)，另一端具有喷头(6)。
8.根据权利要求7所述的发酵罐，其特征在于，所述喷头(6)为多个。
9.根据权利要求7或8所述的发酵罐，其特征在于，所述喷头(6)设置于所述涡轮式搅拌器(4)的下方。
10.根据权利要求9所述的发酵罐，其特征在于，所述涡轮式搅拌器(4)的下方设置有导流筒(7)，所述喷头(6)设置于该导流筒(7)的下方。
11.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，在所述罐体(1)的内壁沿罐体(1)的高度方向上设置有内蛇管(8)。
12.根据权利要求1所述的发酵罐，其特征在于，在所述罐体(1)的外壁沿罐体(1)的径向方向上缠绕有外蛇管(9)。
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