CN201999934U - 生物发酵消泡装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种生物发酵消泡装置，包括发酵罐以及搅拌轴，所述发酵罐的内顶壁面上固定一个具有静止腔的静止筒体，静止筒体的侧壁面上设有与该静止筒体的静止腔连通的排气管，搅拌轴的下端从静止筒体的静止腔穿出，一个具有旋转腔的旋转装置周向固定于搅拌轴上，该旋转装置的上部位于静止筒体的静止腔中，旋转装置上部的侧壁面上至少设有2个通孔，旋转装置下部伸出到静止腔外，旋转装置下部的侧壁面上设有气液分离装置。本实用新型可对在医药、食品和化工产品发酵生产中广泛应用的通气、搅拌发酵过程进行消泡，以减少酵液的逃液损失，节省消泡剂。

Description

生物发酵消泡装置
技术领域
本实用新型涉及生物工程设备领域，具体涉及一种生物发酵消泡装置。
背景技术
通气、搅拌发酵过程常常伴随大量泡沫的产生，不仅容易造成发酵液的“逃液”损失，降低发酵罐的装料量，而且增加污染菌的风险。过多化学消泡剂的加入既增加发酵生产成本，还降低发酵过程氧的传递速率，减少发酵产率，并有可能影响到产物提取效率和产品质量。
目前所设计的各种机械消泡装置，在一定时期和一定程度上可减少化学消泡剂的用量，但对于发酵过程中后期的顽固性泡沫，简单的装置往往力不从心，而复杂的装置容易产生清洗和灭菌死角，导致杂菌的污染。
为了克服以上所述机械消泡与化学消泡的缺点，本实用新型设计了一种消泡装置，并结合这一装置的应用，对化学消泡剂的加入方式进行了改进，具体如下。
发明内容
针对上述技术问题，本实用新型提供了一种生物发酵消泡装置，可对在医药、食品和化工产品发酵生产中广泛应用的通气、搅拌发酵过程进行消泡，以减少酵液的逃液损失，节省消泡剂。
实现本实用新型目的的技术方案如下：
生物发酵消泡装置，包括发酵罐以及搅拌轴，所述发酵罐的内顶壁面上固定一个具有静止腔的静止筒体，静止筒体的侧壁面上设有与该静止筒体的静止腔连通的排气管，搅拌轴的下端从静止筒体的静止腔穿出，一个具有旋转腔的旋转装置周向固定于搅拌轴上，该旋转装置的上部位于静止筒体的静止腔中，旋转装置上部的侧壁面上至少设有2个通孔，旋转装置下部伸出到静止腔外，旋转装置下部的侧壁面上设有气液分离装置。
采用了上述方案，本实用新型在工作时，首先通过耙齿对发酵罐内上升的 泡沫进行初步破泡，未能消除的泡沫从气液分离器的入口进入到气液分离器中进行第一次气/水分离，残留的泡沫随气流进入到旋转装置的旋转腔中，随旋转装置和搅拌轴的旋转进行第二次气/水分离，剩余的少量泡沫随气流进入到静止腔中，在旋转装置和静止筒体之间进行第三次气/水分离，最后不含泡沫的废气流经排气管排出到发酵罐外。如果经过一次机械破泡和三次气/水分离，发酵罐内仍有大量泡沫滞留于静止腔内，则经泡沫探头探知后启动化学消泡剂加入。由于相对于发酵罐的液面面积来说静止腔与旋转腔之间的环形液面面积很小，因而只需要加入极少量的消泡剂就能达到消泡作用。
综上所述，本实用新型对泡沫经过一次机械破泡和三次气/水分离，在正常情况下可以不再采用化学消泡剂，特殊情况时可以减少化学消泡剂的用量，并且，装置的结构简单，所占用发酵罐内的空间小，容易进行清洗，即不会产生清洗和灭菌死角。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型消泡装置的装配结构示意图；
图2为沿图1中A-A线的剖面结构图；
图3为沿图1中B-B线的剖面结构图；
附图中，1为发酵罐，2为静止筒体，2a为静止腔，3为旋转装置，3a为旋转腔，3b为扇形体，3c为通孔，4为输气管，5为破泡装置，5a为短旋臂，5b为长旋臂，5c为耙齿，5d为扇形体，6为气液分离器，6a为入口，7为消泡剂加入管，8为搅拌轴，泡沫探头9，10为夹板，11为排气管。
具体实施方式
参照图1至图3，本实用新型的生物发酵消泡装置，其主要由发酵罐1、搅拌轴8、静止筒体2、旋转装置3、气液分离装置、破泡装置组成，下面对每部分及各部分之间的结构进行详细地说明(发酵罐和搅拌轴为现有部件，因此不再详述)：
具有静止腔2a的静止筒体2通过焊接方式固定在发酵罐1的内顶壁面上， 搅拌轴8的下端从静止筒体2的静止腔2a穿出。静止筒体2的侧壁面上设置一个孔，排气管11的一端插入到孔中与静止筒体的静止腔2a连通，排气管11的另一端从发酵罐的侧壁穿出。静止筒体在消泡的过程中是静止不动的，而设置其最主要的目的是能够使泡沫进行第三次气/水分离，具体的工程过程会在下面提到。
具有旋转腔3a的旋转装置3周向固定于搅拌轴8上。旋转装置3为一个上端封闭的圆筒，为了让搅拌轴8穿过，在该圆筒的上表面留出一个供搅拌轴穿过的轴孔，圆筒的下表面设有让位孔，让位孔与搅拌轴之间具有间隙。在本实施例中，为了在清洗发酵罐及消泡装置时能方便快速地拆卸圆筒，该圆筒的具体结构是这样的：圆筒由4个扇形体3b组成，每个扇形体的弧度为90度，各个呈扇形体3b的上端面均设有夹板10，这些扇形体拼合后通过螺栓连接夹板将扇形体抱紧在搅拌轴上。这种结构的圆筒除了具有快速的可拆卸性，在沿着搅拌轴的轴向重新周向定位时也具有很大的方便性。旋转装置3的上部位于静止筒体的静止腔中，在这样的位置关系下，静止筒体2与旋转装置3之间成型出了一个环形空间，但为了能使气体排放顺畅以及使发酵罐内的气压得以保持在正压状态下，静止筒体与旋转装置之间的环形截面积小于或等于圆筒内壁与搅拌轴之间的环形截面积。旋转装置上部的侧壁面上至少设有2个通孔3c，该通孔可以是圆孔，也可以是矩形孔。当通孔3c为两个时，是布置在两个相对的扇形体3b上，即呈对称布置的状态，而另外两个相对的扇形体3b上不设置通孔，各通孔的面积为排气管截面积的52％-60％；当通孔3c为4个时，每个扇形体3b上均设置一个，各通孔的面积为排气管截面积的26％-30％。旋转装置3下部伸出到静止腔外，在这样的位置关系下，旋转装置下部的侧壁面上设置了气液分离装置。
气液分离装置包括气液分离器6以及与输气管4，输气管4的一端与旋转装置连接，输气管的另一端经转折后竖直向下延伸并与气液分离器连接。圆筒内壁与搅拌轴之间的环形截面积大于排气管的截面积。为方便夹带发酵液的泡沫通过，各个气液分离器6的矩形入口6a总截面和出口的总截面积均应大于排气管11的截面积，优选地，气液分离器6的入口6a的总截面积为排气管截面积 的1.2-2.0倍，而出口的总截面积为排气管截面积的1.1-1.5倍。
发酵罐1上设有一个泡沫探头9，以及一个消泡剂加入管7，泡沫探头的一端与消泡剂自动加入机构连接(图中未示出)，而消泡剂加入管7的一端则和无菌消泡剂储罐连接，泡沫探头9和消泡剂加入管7的另一端均伸入到静止腔2a中，泡沫探头9在静止腔内的高低位置可以根据发酵过程泡沫的多少进行调节。
破泡装置5周向紧固在搅拌轴8上，破泡装置5位于旋转装置下方的，破泡装置5用于泡沫的初步破泡，可以提高消泡的效果。破泡装置包括一对对称设置和长旋臂5b，以及一对对称设置的短旋臂5a，长旋臂和短旋臂的下表面上均设有耙齿5c，耙齿5c作为消泡浆。长旋臂5b和短旋臂5a的一端与气液分离器6固定连接，另一端则设置有扇形体5d，同样地，在各个扇形体5d的周面上设置有夹板，这些扇形体拼合后通过螺栓连接夹板将扇形体抱紧在搅拌轴上。由于消泡的重点是在发酵液的中心部分，以防泡沫进入静止腔中，故旋臂不宜太长，优选地，连接在两个长旋臂5b上的两个气液分离器6的中心距为发酵罐内径的十分之四至十分之五，连接在两个短旋臂5a上的两个气液分离器6的中心距为发酵罐内径的十分之三至十分之四。
本实用新型的消泡工作过程如下：
搅拌轴在转动的过程中，带动破泡装置5、气液分离装置以及旋转装置3同步旋转，首先通过耙齿5c对发酵罐内上升的泡沫进行初步破泡，未能消除的泡沫从气液分离器6的入口6a进入到气液分离器6中进行第一次气/水分离，残留的泡沫随气流进入到旋转装置3的旋转腔中，随旋转装置3和搅拌轴8的旋转进行第二次气/水分离，剩余的少量泡沫随气流进入到静止腔中，在旋转装置3和静止筒体2之间进行第三次气/水分离，最后不含泡沫的废气流经排气管排出到发酵罐外。如果经过一次机械破泡和三次气/水分离，发酵罐内仍有大量泡沫滞留于静止腔2a内，则经泡沫探头探知后启动化学消泡剂加入。由于相对于发酵罐的液面面积来说静止腔与旋转腔之间的环形液面面积很小，因而只需要加入极少量的消泡剂就能达到消泡作用。

Claims (10)

1.生物发酵消泡装置，包括发酵罐以及搅拌轴，其特征在于：所述发酵罐的内顶壁面上固定一个具有静止腔的静止筒体，静止筒体的侧壁面上设有与该静止筒体的静止腔连通的排气管，搅拌轴的下端从静止筒体的静止腔穿出，一个具有旋转腔的旋转装置周向固定于搅拌轴上，该旋转装置的上部位于静止筒体的静止腔中，旋转装置上部的侧壁面上至少设有2个通孔，旋转装置下部伸出到静止腔外，旋转装置下部的侧壁面上设有气液分离装置。
2.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：静止筒体与旋转装置之间的环形截面积小于或等于圆筒内壁与搅拌轴之间的环形截面积。
3.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述旋转装置包括一个圆筒，该圆筒的上表面留有一个供搅拌轴穿过的轴孔，圆筒的下表面设有让位孔，让位孔与搅拌轴之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述圆筒至少由2个扇形体组成，各个呈扇形体的上端面均设有夹板，这些扇形体拼合后通过螺栓连接夹板将呈扇形体抱紧在搅拌轴上。
5.根据权利要求3所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述圆筒内壁与搅拌轴之间的环形截面积大于排气管的截面积。
6.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述通孔为2个，各通孔的面积大于二分之一排气管截面积；或者通孔为4个，各通孔的面积大于四分之一排气管截面积。
7.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述气液分离装置包括气液分离器以及与输气管，输气管的一端与旋转装置连接，输气管的另一端经转折后竖直向下延伸并与气液分离器连接。
8.根据权利要求1所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述发酵罐上设有一个泡沫探头，以及一个消泡剂加入管。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述搅拌轴上还周向紧固一个位于旋转装置下方的破泡装置。
10.根据权利要求9所述的生物发酵消泡装置，其特征在于：所述破泡装置包括一对对称设置和长旋臂，以及一对对称设置的短旋臂，长旋臂和短旋臂的下表面上均设有耙齿。 
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CN110898466A (zh) * 2019-12-07 2020-03-24 陈龙刚 一种用于生物制药的电磁搅拌分离装置
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