CN206244797U - 气升式发酵罐的复合进气装置 - Google Patents
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Abstract
一种气升式发酵罐的复合进气装置，包括旋流混合器、射流管分布器和进气流量分配装置，射流管分布器呈圆环形，设置在罐体与导流装置的外壁之间靠近罐体底部的位置，旋流混合器位于导流装置的正下方，进气流量分配装置设置在罐体外与总进气管相连接，进气流量分配装置设有两路进气管分别与旋流混合器、射流管分布器相连接。本实用新型结构合理、低耗高效，结合了旋流混合器气液分布均匀和射流管分布器强力推动气升罐导流筒内外循环的优点，使得气升式发酵罐内气液混合均匀，内外循环顺畅，增强空气利用率，提高发酵效率，适合于大型好气性微生物气升罐发酵，也适合于普通机械搅拌发酵罐。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种进气装置，具体涉及一种应用于工业化大生产中的大型好气性微生物气升式发酵罐的复合进气装置。
背景技术
气升式发酵罐的工作原理是把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡破碎，同时由于形成的气液混合物密度降低向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，由导流筒定向导流，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。气升式发酵罐完全依靠压缩空气的能量进行气液混合并推动循环流动，尤其是大型气升式发酵罐，同机械搅拌发酵罐相比传质混合效果相对较弱，因此研究提高压缩空气利用率，增进气升罐内气液混合与循环流动的进气装置具有重大意义。
图6为传统的大型气升式发酵罐，包括罐体1，这种发酵罐底部空气进气装置较常见的有两种，分别为打孔环形管分布器7和环形射流管分布器8，如图7所示，打孔环形管分布器7指空气管引入发酵罐近罐底处后，先连接一环形管71，而环形管71上分布有许多小孔72，空气从这些小孔72喷出；环形射流管分布器8也有环形管81，在环形管81上连接多个喷射管82，各喷射管82竖直向上或呈一定倾斜角度、围绕发酵罐中心轴线均布，利用压缩空气本身的静压力能量转变成高速射流，吸引发酵液与之混合成气液两相乳化液，射流管喷射方向可以朝导流筒内也可以朝导流筒外。
高效发酵罐进气装置要求减小空气气泡直径，以增加停留时间、增加气液接触面积、提高空气利用率，同时也要缩短导流筒内外上下循环时间，防止下沉区域生产菌过渡缺氧。从以上两点要求看上述两种进气装置，打孔环形管分布器的小孔难以引发湍流对气泡进行打散，而且单纯鼓泡作用对推动上下循环作用有限。环形射流管分布器对推动气升罐内上下循环作用较好，对气泡破碎有一定效果，但是发酵风量波动，进气压力不足的情况下其气液混合效果有限。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结构合理、气液混合效果好的气升式发酵罐的复合进气装置。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种气升式发酵罐的复合进气装置，包括一旋流混合器，旋流混合器设置在罐体内的底部与进气管相连通，其特征在于：所述复合进气装置还包括射流管分布器和进气流量分配装置，射流管分布器呈圆环形，设置在罐体与导流装置的外壁之间靠近罐体底部的位置，旋流混合器位于导流装置的正下方，进气流量分配装置设置在罐体外与总进气管相连接，进气流量分配装置设有两路进气管分别与旋流混合器、射流管分布器相连接。
优选，旋流混合器、射流管分布器的几何旋转轴线与罐体轴线重合。
作为改进，所述射流管分布器包括环形管和射流喷嘴，环形管上均匀开设有喷口，射流喷嘴均匀布设在环形管的喷口上，射流喷嘴的喷射方向竖直向上或沿发酵液旋流方向前倾，即与发酵水平面夹角15～90度，与圆周切面夹角0～45度。
作为改进，所述射流喷嘴包括内层喷口和外层喷管，外层喷管呈两端扩口、中间缩径的结构。
作为改进，所述环形管为单层、双层或三层，各层圆环同心布置，每层圆环上均布的射流管数目为4～20个。
再改进，所述旋流混合器包括盛装发酵液和分隔气液进口的内壳体和外壳体，内壳体顶部或底部与进气管相通，对应地，外壳体的顶部和底部设有进液口，内壳体内的中心呈圆周状分布有若干叶片，在内壳体内形成气流旋流通道，而内壳体和外壳体之间形成气液混合的涡流通道。
再改进，所述导流装置为一导流筒，旋流混合器的进液口位置在导流筒的筒径内，出液口位置在导流筒的筒径外。进一步改进，所述射流管分布器所在平面高于旋流混合器。
最后，所述进气流量分配装置的两路进气管上分别设置有流量调节阀。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：旋流混合器作为气液混合装置，取代传统的打孔环形管或者射流分布器，使得空气从中心进入，经过涡旋通道的导流，呈旋流状喷出，同时吸引附近液体带入其中，与气体强制混合后呈乳化状导出；射流管分布器作为循环推动装置，有效推动发酵液在导流装置外部向上流动，然后沿导流筒内部向下流动，缩短循环时间，提高传质效率，同时兼有气液混合气泡破碎作用；两者进气流量可以通过流量分配装置调节，对不同物料和不同发酵阶段的气液混合具有很强的适应性，有效提高发酵罐内的溶氧水平。本实用新型结构合理、低耗高效，结合了旋流混合器气液分布均匀和射流管分布器强力推动气升罐导流筒内外循环的优点，使得气升式发酵罐内气液混合均匀，内外循环顺畅，增强空气利用率，提高发酵效率，适合于大型好气性微生物气升罐发酵，也适合于普通机械搅拌发酵罐。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例射流喷嘴竖直向上设置状态下的俯视图；
图3为本实用新型实施例射流喷嘴沿发酵液旋流方向前倾设置状态下的俯视图；
图4为本实用新型实施例的旋流混合器的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为传统气升式发酵罐的结构示意图；
图7为传统气升式发酵罐进气装置的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1～5所示，一种气升式发酵罐的复合进气装置，包括一旋流混合器2、一射流管分布器3和进气流量分配装置4，发酵罐的罐体1内设有导流装置6，导流装置6为一导流筒，射流管分布器3呈圆环形，设置在罐体1与导流装置6的外壁之间靠近罐体1底部的位置，旋流混合器2设置在罐体1内的底部，位于导流装置6的正下方，旋流混合器2、射流管分布器3的几何旋转轴线与罐体1轴线重合，射流管分布器3所在平面高于旋流混合器2，进气流量分配装置4设置在罐体1外与总进气管5相连接，进气流量分配装置4设有两路进气管41和42分别与旋流混合器2、射流管分布器3相连接，并且在两路进气管41和42上分别设置有流量调节阀43和44；旋流混合器2包括盛装发酵液和分隔气液进口的内壳体21和外壳体22，内壳体21的底部与进气管41相连通，对应地，外壳体22的顶部和底部设有进液口221，外壳体22的两端设有出液口222，进液口221位置在导流装置6的筒径内，出液口222位置在导流装置6的筒径外、位于导流装置6与罐体1的内壁之间，内壳体21内的中心呈圆周状分布有若干叶片23，在内壳体21内形成气流旋流通道24，而内壳体21和外壳体22之间形成气液混合的涡流通道25，涡流通道25与旋流通道24是延伸并连通的，空气从进气管41进入旋流混合器2的旋流通道24，同时发酵液从其进液口221进入，气液两相在涡旋通道25内被强制混合后呈乳液状，而后向四周旋转喷射，并自然向上流动；
射流管分布器3包括至环形管31和射流喷嘴32，本实施例的环形管31为同心布置的二层，射流喷嘴32向上均匀布设在二层环形管31上，每层环形管31上均布的射流喷嘴32数目为6个，每层环形管31上开设有6个供射流喷嘴32安装的喷口，射流喷嘴32的喷射方向竖直向上(如图2)，也可根据实际物料特性和发酵工艺需求沿发酵液旋流方向前倾(如图3)，其整体倾斜方向与旋流混合器2喷射的发酵液旋流方向契合，即与发酵水平面夹角15～90度，与圆周切面夹角0～45度；射流喷嘴32包括内层喷口321和外层喷管322，外层喷管322呈两端扩口、中间缩径的结构，这样压缩空气从喷口喷出后在内层喷口321和外层喷管322之间产生负压将周边发酵液带入，气液混合后向上喷出，对发酵液有强劲的向上推动作用。
工作时，无菌压缩空气通入进气流量分配装置4，通过流量阀43和44，根据发酵工艺需求分别调节分配进入旋流混合器2和射流管分布器3的流量，一路压缩空气进入旋流混合器2喷出，旋流混合器2使得气液混合均匀，使得夹带气泡的发酵液绕罐体1轴线中心旋转，同时由于该液体比重较轻自然上升，射流管分布器3的喷射方向竖直向上，对发酵液有竖直向上的推动作用，发酵液体的整体流动方向是沿导流装置6向下流动进入旋流混合器2，从旋流混合器2喷出后经射流管分布器3向上推动，发酵液沿导流装置6外部上升，从罐体1上部沿导流装置6内部下降，然后从旋流混合器2进液口221进入，形成循环。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，不能理解为对本发明的保护范围限制，将旋流混合器设于罐体底部的偏离中心一点位置，或者将旋流混合器与射流管分布器相对位置稍作偏移，依然会取得类似的明显地突出于背景技术的技术效果，虽然不是最佳的，也依然是我们要求保护范围。所述射流管分布器层数、射流管数目和倾斜角度根据实际设计有所变动，依然是要求保护范围。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种气升式发酵罐的复合进气装置，包括一旋流混合器，旋流混合器设置在罐体内的底部与进气管相连通，其特征在于：所述复合进气装置还包括射流管分布器和进气流量分配装置，射流管分布器呈圆环形，设置在罐体与导流装置的外壁之间靠近罐体底部的位置，旋流混合器位于导流装置的正下方，进气流量分配装置设置在罐体外与总进气管相连接，进气流量分配装置设有两路进气管分别与旋流混合器、射流管分布器相连接。
2.根据权利要求1所述的复合进气装置，其特征在于：所述旋流混合器、射流管分布器的几何旋转轴线与罐体轴线重合。
3.根据权利要求2所述的复合进气装置，其特征在于：所述射流管分布器包括环形管和射流喷嘴，环形管上均匀开设有喷口，射流喷嘴均匀布设在环形管的喷口上，射流喷嘴的喷射方向竖直向上或沿发酵液旋流方向前倾，即与发酵水平面夹角15～90度，与圆周切面夹角0～45度。
4.根据权利要求3所述的复合进气装置，其特征在于：所述射流喷嘴包括内层喷口和外层喷管，外层喷管呈两端扩口、中间缩径的结构。
5.根据权利要求3所述的复合进气装置，其特征在于：所述环形管为单层、双层或三层，各层圆环同心布置，每层圆环上均布的射流管数目为4～20个。
6.根据权利要求1所述的复合进气装置，其特征在于：所述旋流混合器包括盛装发酵液和分隔气液进口的内壳体和外壳体，内壳体顶部或底部与进气管相通，对应地，外壳体的顶部和底部设有进液口，内壳体内的中心呈圆周状分布有若干叶片，在内壳体内形成气流旋流通道，而内壳体和外壳体之间形成气液混合的涡流通道。
7.根据权利要求6所述的复合进气装置，其特征在于：所述导流装置为一导流筒，旋流混合器的进液口位置在导流筒的筒径内，出液口位置在导流筒的筒径外。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的复合进气装置，其特征在于：所述射流管分布器所在平面高于旋流混合器。
9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的复合进气装置，其特征在于：所述进气流量分配装置的两路进气管上分别设置有流量调节阀。
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