CN202116539U - 一种独立气升式双循环发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种独立气升式双循环发酵罐。包括：罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、视窗(1.1、2.7)等。发酵罐电路连接到仪表控制器上。本实用新型所采用的设计科学合理，克服了现有技术的缺点和不足，结构简单，易于操作，能耗低，发酵效果好。具有很强的工业化实施性。

Description

一种独立气升式双循环发酵罐
技术领域
本发明属于工程机械领域，涉及一种微生物发酵工程使用的发酵罐，尤其是一种独立气升式双循环发酵罐。 
背景技术
目前传统的发酵罐，多采用机械搅拌、单管通气的方法，以搅拌浆的快速转动来打碎气泡，进行气液均匀分布和传质、传热，这种方式要求搅拌必须强烈，因而需要大功率的电机带动搅拌装置，不仅发酵过程的能耗过高，而且设备复杂、容易污染，发酵效果受到影响。 
气升式发酵罐，以气体的流动带动罐内发酵液循环，替代机械搅拌，降低了能耗，简化了设备。但是目前使用的气升式发酵罐依旧存在一些缺点，比如，由于采用气体的流动带动发酵液循环，使得罐体的高径比大，对厂房高度有一定要求；空压机要采取大功率工作才能满足罐内循环正常；罐内空气利用率低，未利用的空气从排气管排出，造成浪费等等。中国国家知识产权局授权公告号CN2527566Y，公布了一种气升式节能发酵罐，通过在罐内安装通心筒管，使得发酵液在喷头的喷射气流压力带动下沿通心筒管向上流动，到达顶部后，向四周扩散，在筒管外重力回流。该发酵罐达到罐内良好的循环效果，但是存在上述气升式发酵罐的典型缺点，如，发酵液在通心筒管内与压缩空气接触混合，向上循环，但是到达发酵液面时，气体逸散，造成空气利用率低、浪费的现象；发酵液在通心筒管外重力回流的过程中，溶氧量迅速下降，影响发酵效果等。 
由此可见，针对发酵罐技术需要重点解决的两个问题，一是如何降低发酵过程中的能耗；二是如何提高空气利用率。 
另外一种发酵罐采取机械搅拌和气体分布器组合的方式，即综合传统发酵罐的搅拌技术与气升式发酵罐的气体分布技术。这种发酵罐发酵效果有一定提高，但是却以高能耗，和复杂的设备作为代价。投入与产出比例并未得到实质改观。 
针对现有问题，本发明提出一种独立气升式双循环发酵罐，以低能耗达到很好的发酵效果。 
发明内容
一种独立气升式双循环发酵罐。包括：罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)、空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、保温层进出水口(2.1、2.2)、保温层温度感应器(2.5)、保温层排气口(2.6)，在罐体和保温层分别设置视窗(1.1、2.7)以利于观察。发酵罐电路连接到仪表控制器上，操作十分简便。发酵罐罐体及部件采用耐热、耐酸碱不锈钢材质。该发酵罐不仅可以用于微生物发酵，还可以作为高温灭菌器或反应釜使用。 
罐体(1)底部设为倒锥形，倒锥形斜面与水平面呈10-45°角，优选角度为20-30°。 
罐体(1)倒锥形最下方设有内循环管(4)入口，发酵液依靠重力进入内循环入口管，在内循环泵(4.1)的作用下，通过内循环管(4)泵至发酵罐顶端，分成2-4个管，最后由内循环喷头(4.2)以细小液体流喷出，达到循环及充分接触空气的效果。在罐外内循环管最低处设有排液阀门，内循环管喷头设置2-4个，内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35，内 循环泵的功率为100-350瓦，发酵罐内发酵液在3-7分钟内完全循环一次。 
罐体(1)底部设有空气分布器，空气分布器包括底座(3.1)、导管(3.2)和莲花喷头(3.3)。空气分布器底座(3.1)焊接于进气管(3)上，呈圆柱形，下面封闭，侧面开导管口，导管连接于底座上，导管末端连接莲花喷头。导管与莲花喷头设置10-50套。分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1.2∶1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头外层比内层大，二者直径比例为3-1.2∶1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大，外层喷头上气孔比内层多。 
保温层(2)设有外循环系统，包括外循环管(2.3)和外循环泵(2.4)，保温层外循环管(2.3)入口设在进水口(2.2)附近，连接罐外的外循环泵(2.4)，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵75-150瓦，间歇式工作，提供对罐体(1)的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。 
罐体进气管(3)设有单向阀门(3.4)，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。 
罐体(1)倒锥形最下方设有出料口(11)，出料口可以作为取样口使用。 
罐体(1)外壁设有视窗(1.1)，以利于观察发酵情况。 
罐体(1)设有发酵温度感应器(5)，感应器感应头深入发酵液下方20-30厘米，另一端接仪表控制器上。 
罐体(1)设有旋开式罐盖(8)，可以作为投料口及人孔使用，开关方便，密闭良好。 
罐体(1)上设有进料口(6)、消泡剂加入口(7)、排气口(9)、压力阀(10)。 
保温层(2)设有进出水口(2.2)和(2.1)、视窗(2.7)，上部设有排气口(2.6)、温度感应器(2.5)。 
本发酵罐的优点是： 
1.通过快速内循环和空气分布器，能够使气液充分混合均匀，提高空气利用率，发酵效果好。 
2.发酵罐的径高比下降，厂房高度降低；空压机可以在较低功率下工作，即能达到供气及循环的要求，节能。 
3.控制设备通过电路连接于仪表控制器上，操作简单，易于学会。 
4.本发酵罐制作成本低，能耗低(发酵能耗是同型号搅拌型的1/6至1/10)，适合推广应用。 
附图说明
图1：发酵罐结构图。1罐体、1.1内视窗、2保温层、2.1保温层出水口、2.2保温层进水口、2.3外循环管、2.4外循环泵、2.5保温层温度感应器、2.6保温层排气口、2.7外视窗、3进气管、3.1空气分布器底座、3.2空气分布器导管、3.3莲花喷头、3.4单向阀门、4内循环管、4.1内循环泵、4.2内循环喷头、4.3内循环排液阀门、5发酵温度感应器、6进料口、7消泡剂入口、8罐盖、9排气管、10压力阀门、11出料口、12加热器。 
图2：发酵罐外俯视图。 
图3：内循环系统罐内仰视图。 
图4：空气分布器仰视图及变形。 
具体实施方式
实施例1 
结合附图1、2、3、4，独立气升式双循环发酵罐，包括罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)以及视窗(1.1、2.7)等，设备连接到仪表控制器上，利于操作。 
发酵罐中，罐体(1)下方倒锥形底部与水平面采用30°角。空气进气管(3)沿罐体(1)内壁由上方进入向下延伸，下端至罐底连接空气分布器(3.1、3.2、3.3)。内循环系统内循环管(4)入口设在罐体底部，内循环管入口连接到罐体外的内循环泵(4.1)，在罐外内循环管最低处设有排液阀门(4.3)，再由内循环管(4)回到罐体内部，向上延伸至罐体顶部，分开2个管，连接到内循环喷头(4.2)。保温层外循环管(2.3)设在进水口(2.2)附近，连接罐外的外循环泵(2.4)，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体(1)的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。 
工作状态简述如下：首先清洗罐体内部，向罐中注入适量清水及发酵营养液，然后通过加热器加热，使罐内温度达到121℃，开启内循环，保持40min，灭菌，灭菌后关闭加热器。通过进水口向保温层注入冷水，开启外循环泵，使罐体内部迅速降温，达到所需温度后，关闭外循环泵。通过进料口(6)接种，开启排气口，打开压缩空气泵及气阀，压缩空气通过供气管(3)进入罐内，气体从空气分布器均匀喷出。打开内循环系统，发酵液循环，发酵过程中温度等参数体现在仪表控制器上，根据监测数据控制发酵过程。 
实施例2 
与实施例1比较，罐体底部也可以设置成圆弧形，即倒锥形改成圆弧形，将内循环管顶端设计成分开3(或4)个管，连接到内循环喷头。其他设计与实施例1相同。不再复述。 
实施例3 
与实施例2比较，空气分布器可以设计成向上喷空气，即空气分布器向上设置，其他设计与实施例1相同。不再复述。 
实施例4 
与实施例2比较，进气管(3)设计成从罐底进入，然后连接空气分布器。其他设计与实施例1相同。 
本发明空气分布器可根据罐体大小适当增减导管与莲花喷头，内循环管也可以设置多个入口和多个喷头，外循环管的位置也可以调整，其变形均在本发明保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种独立气升式双循环发酵罐，包括：罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)、空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、保温层进出水口(2.1、2.2)、保温层温度感应器(2.5)、保温层排气口(2.6)，在罐体和保温层分别设置视窗(1.1、2.7)以利于观察；发酵罐电路连接到仪表控制器上，发酵罐罐体及部件采用耐热、耐酸碱不锈钢材质。
2.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：罐体最下方设有内循环管(4)入口，内循环管(4)连接罐外的内循环泵(4.1)，再连接内循环管(4)，在罐外内循环管最低处设有排液阀门(4.3)，内循环管(4)自罐底进入罐体内，至发酵罐内部顶端，分成2-4个管，最后连接内循环喷头(4.2)；内循环喷头设置2-4个；内循环管入口设置1-4个；内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35。
3.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：罐体底部设有空气分布器，空气分布器包括底座(3.1)、导管(3.2)和莲花喷头(3.3)；空气分布器底座(3.1)焊接于进气管(3)上，呈圆柱形，下面封闭，侧面开导管口，导管焊接于底座上，导管末端连接莲花喷头，导管与莲花喷头设置10-50套，空气分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1.2∶1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头外层比内层大，二者直径比例为3-1.2∶1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大，外层喷头上气孔比内层多。
4.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：保温层(2)设有外循环系统，包括外循环管(2.3)和外循环泵(2.4)，保温层外循环管(2.3)入口设在进水口(2.2)附近，连接罐外的外循环泵(2.4)，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体(1)的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。
5.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：进气管(3)设有单向阀(3.4)，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。 
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