CN213172317U - 一种综合配置的发酵罐系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种综合配置的发酵罐系统，包括罐体，所述罐体外侧设置有外半管换热器，罐体内部设置有U型管换热器；外半管换热器包括进液管、半圆管以及出液管，U型管换热器包括换热U型管、进液箱和出液箱，当罐体处于工作状态时，操作人员通过进液口向外半管换热器输送换热介质，换热介质在半圆管内循环运转的过程中完成了与罐体内发酵液的热量交换；与此同时，操作人员通过输液管向U型换热管内输送换热介质，换热介质在换热U型管内运转时能够与罐体内发酵液的热量进行交换，外半管散热器以及U型管散热器的设计达到了便于发酵罐散热的效果。

Description

一种综合配置的发酵罐系统

技术领域

本申请涉及发酵罐的领域，尤其是涉及一种综合配置的发酵罐系统。

背景技术

发酵是生物工程中的重要环节，在发酵的过程中经常用到发酵罐，发酵罐能够给工程菌以及工程细胞提供较佳的生长繁殖条件，以使工程菌或者工程细胞生长繁殖后以包含体或者上清液的形式最大量地产出人们所需的各种物质，因此发酵罐广泛应用于医药化工、生物工程和酿造专业。

常见的发酵罐包括罐体、电机和搅拌轴，电机的输出端与搅拌轴的上端固定连接，搅拌轴的下端穿入罐体内，搅拌轴的圆周侧壁固定连接有搅拌器，在发酵罐的工作过程中，搅拌器以较高的速度运转，进而使物料充分循环以及混合。

针对上述中的相关技术，申请人认为在发酵罐的实际工作过程中，微生物发酵会产生大量的热量，从而导致发酵液温度升高，不利于微生物的生长以及产品的形成。

实用新型内容

为了增加发酵罐的散热能力，本申请提供一种综合配置的发酵罐系统。

本申请提供的一种综合配置的发酵罐系统采用如下的技术方案：

一种综合配置的发酵罐系统，包括罐体，所述罐体外侧设置有外半管换热器，罐体内部设置有U型管换热器；外半管换热器包括进液管、半圆管以及出液管，半圆管环绕罐体侧壁且自身与罐体侧壁固定连接，半圆管两端分别与进液管以及出液管固定连通；U型管换热器包括换热U型管、进液箱和出液箱，换热U型管与罐体内壁固定连接，且U型换热管的两端分别伸入进液箱以及出液箱，进液箱以及出液箱分别与罐体的内壁固定连接，进液箱靠近罐体内壁的一侧固定连接有输液管，出液箱靠近罐体内壁的一侧固定连接有排液管。

通过采用上述技术方案，当发酵罐处于发酵工况时，换热介质通过进液管进入外半管换热器，流动至出液管排出；同时换热介质通过输液管进入U型管换热器流动至排液管排出，在此过程中换热介质分别通过罐体侧壁以及U型管壁与罐内的发酵液完成了间壁传热，进而达到了便于发酵罐散热的效果。

优选的，所述U型管换热器的进液箱下底面倾斜设置，且进液箱的下底面沿靠近罐体侧壁的方向逐渐向下倾斜；出液箱的下底面倾斜设置，且出液箱的下底面沿靠近罐体侧壁的方向逐渐向下倾斜。

通过采用上述技术方案，当罐体需要进入消毒工况或闲置状态时，操作人员需要将换热U型管内的换热介质导出，此时换热介质在重力的作用下分别到进液箱以及出液箱内，由于进液箱以及出液箱的底面为倾斜设置，因此换热介质不易在进液箱以及出液箱的底面滞留，达到了有助于换热介质更加完全的从U型管换热器排出的效果。

优选的，所述外半管换热器的出液管在竖直平面的高度高于进液管。

通过采用上述技术方案，当换热介质从进液口进入半圆管后，由于出液口的高度高于进液口的高度，因此换热介质在半圆管内形成满流，换热介质与罐体的间接接触面积增加，进而达到了提高外半管换热器换热效率的效果。

优选的，所述罐体上封头固定连接有机架，机架背离罐体的一面固定连接有变频调速器、电机以及减速器，变频调速器的输出端与电机相连，电机的输出端与减速器固定连接，减速器的底端伸出有驱动轴，驱动轴固定连接有用于对罐体内发酵液进行搅拌的搅拌组件。

通过采用上述技术方案，当罐体处于工作状态时，操作人员可以通过变频调速器控制电机的转速，减速器在电机以及搅拌组件之间起到匹配转速以及传递转矩的作用，此时驱动轴带动搅拌组件对罐体内的发酵液进行搅拌，变频调速器、电机以及减速器的组合达到了便捷调节搅拌组件转速的效果。

优选的，所述搅拌组件包括上搅拌轴和下搅拌轴，上搅拌轴的一端与减速器的驱动轴转动连接，上搅拌轴背离减速器的一端与下搅拌轴固定连接，上搅拌轴圆周侧壁以及下搅拌轴圆周侧壁固定连接有旋浆式搅拌器叶片，下搅拌轴靠近底端的位置固定连接有涡轮式搅拌器叶片。

通过采用上述技术方案，当罐体处于工作状态时，搅拌组件带动旋浆式搅拌器叶片以及涡轮式搅拌叶片转动，旋浆式搅拌器叶片属于轴流型搅拌器叶片，涡轮式搅拌器叶片属于径流型搅拌器叶片，因此当罐体处于工作状态时，旋浆式搅拌器叶片会提供较高的宏观液流，涡轮式搅拌器叶片会提供较高的微观液流，两者的配合促进了罐体中的固液混合，固体悬浮以及气体分散，达到了有助于提高罐体内发酵液的循环流动以及均匀混合的效果。

优选的，所述罐体内部设置有第一支撑杆，第一支撑杆一端与罐体的内壁固定连接，第一支撑杆背离罐体的一端与下搅拌轴转动配合。

通过采用上述技术方案，在下搅拌轴转动的过程中，第一支撑杆能够对搅拌组件的运动起到限位与支撑作用，达到了有助于下搅拌轴在罐体内平稳转动的效果。

优选的，所述罐体圆周侧壁靠近底端的位置固定连接有进气管，罐体顶部固定连接有出气管，进气管倾斜设置，且进气管沿靠近罐体中心位置逐渐向下倾斜。

通过采用上述技术方案，在罐体的工作过程中，进气管可以向罐体内输送氧气等有助于发酵工作实行的有益气体，从进气管进入的气体在罐体内逐渐上升最终通过排气管排出罐体，进气管的倾斜设置减少了罐体内的液体从进气管向外倒灌的风险，达到了更加稳定的进气效果。

优选的，所述罐体底部固定连接有支撑柱，支撑柱竖直设置，且支撑柱背离罐体底部的一端与进气管的外壁固定连接。

通过采用上述技术方案，当罐体处于工作状态时，支撑柱对进气管起到一定的支撑作用，在循环流动的发酵液环境里，支撑柱达到了使进气管在罐体内更加稳定进气的效果。

优选的，所述罐体上封头靠近边缘的位置开设有检修口，罐体内部设置有检修梯，检修梯与罐体内部固定连接，检修梯与检修口位于同一竖直平面内。

通过采用上述技术方案，当操作人员需要对罐体内部进行检修时，操作人员可以通过检修口进入罐体内，并且通过罐体内布置的检修梯进入到罐体内部对罐体进行检修，检修口以及检修梯的设置达到了便于操作人员对罐体内部进行检修的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在罐体外侧设置外半管换热器，罐体内部设置U型管换热器；外半管换热器包括进液管、半圆管以及出液管，U型管换热器包括换热U型管、进液箱和出液箱，当罐体处于工作状态时，操作人员通过进液口向外半管换热器输送换热介质，换热介质在半圆管内循环运转的过程中完成了与罐体的热量交换；与此同时，操作人员通过输液管向U型换热管内输送换热介质，换热介质在换热U型管内运转时能够与罐体内发酵液的热量进行交换，外半管散热器以及U型管散热器的设计达到了便于发酵罐散热的效果；

2.通过将U型管换热器的进液箱下底面倾斜设置，将出液箱的下底面倾斜设置，当罐体需要进入消毒工况或闲置状态时，操作人员需要将换热U型管内的换热介质导出，此时换热介质在重力的作用下分别到进液箱以及出液箱内，由于进液箱以及出液箱的底面为倾斜设置，因此换热介质不易在进液箱以及出液箱的底面滞留，达到了有助于换热介质更加完全的从U型管换热器排出的效果；

3.通过在罐体内部设置第一支撑杆，第一支撑杆一端与罐体的内壁固定连接，第一支撑杆背离罐体的一端与下搅拌轴转动配合，在下搅拌轴转动的过程中，第一支撑杆能够对搅拌组件的运动起到限位与支撑作用，达到了有助于下搅拌轴在罐体内平稳转动的效果。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是旨在展现罐体内部结构的剖视图；

图3是旨在展现U型管换热器的剖视图。

附图标记说明：1、罐体；11、进出料口；12、检修口；121、检修梯；13、液位检测口；14、补料口；15、接种口；16、取样口；17、温度检测口；18、溶氧检测口；19、PH检测口；2、外半管换热器；21、进液管；22、半圆管；23、出液管；3、U型管换热器；31、换热U型管；32、进液箱；321、输液管；33、出液箱；331、排液管；34、锁紧组件；341、水平固定板；342、竖直固定板；35、U型螺栓；36、支撑组件；361、支撑板；362、弧形板；37、螺母；4、搅拌组件；41、上搅拌轴；411、联轴器；412、旋浆式搅拌器叶片；42、下搅拌轴；421、涡轮式搅拌器叶片；422、第一支撑杆；423、第二支撑杆；5、裙座；6、机架；61、变频调速器；62、电机；63、减速器；631、驱动轴；7、进气管；71、支撑柱；8、出气管；9、机械密封。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

参照图1和图2，一种综合配置的发酵罐系统包括罐体1，罐体1底部中心位置开设有进出料口11，罐体1的圆周外侧壁设置有外半管换热器2，罐体1内部设置有搅拌组件4以及U型管换热器3；当需要进行发酵工作时，操作人员通过进出料口11将物料导入至罐体1内，此时搅拌组件4对物料进行混合搅拌，在微生物的发酵过程中，外半管换热器2以及U型管换热器3能够有效对发酵罐内的发酵液进行冷却，经过一段时间的发酵后，操作人员即可从进出料口11将物料导出。

参照图1和图2，罐体1底端固定连接有裙座5，裙座5可以对罐体1起到支撑作用；罐体1上封头固定连接有机架6，机架6上固定连接有变频调速器61以及电机62，变频调速器61的输出端与电机62相连，机架6上表面中心位置固定连接有减速器63，电机62的输出端与减速器63固定连接，减速器63的底端伸出有驱动轴631，驱动轴631竖直设置且驱动轴631背离减速器63的一端与搅拌组件4固定连接；当罐体1处于工作状态时，操作人员可以通过变频调速器61控制电机62的转速，减速器63在电机62以及搅拌组件4之间起到匹配转速以及传递转矩的作用，此时驱动轴631带动搅拌组件4对罐体1内的液体进行搅拌。

参照图1和图2，搅拌组件4包括上搅拌轴41和下搅拌轴42，上搅拌轴41的一端与驱动轴631背离减速器63的一端固定连接，上搅拌轴41背离减速器63的一端与下搅拌轴42之间固定连接有联轴器411，在上搅拌轴41运动的过程中，联轴器411能够将上搅拌轴41的运动传递给下搅拌轴42以带动下搅拌轴42共同运动；罐体1上封头中心位置固定连接有机械密封9，且上搅拌轴41穿过机械密封9的中心位置，机械密封9可以实现上搅拌轴41与罐体1上封头之间的密封，有助于罐体1内部空间与罐体1外部空间的隔绝，减少罐体1内物料的外泄以及减少外界对罐体1内部物料的污染。

参照图1和图2，罐体1内部水平设置有第一支撑杆422，第一支撑杆422一端与罐体1的内壁固定连接，下搅拌轴42穿过第一支撑杆422远离罐体1内壁的表面且下搅拌轴42与第一支撑杆422为转动连接；罐体1底部设置有第二支撑杆423，第二支撑杆423的延伸方向先倾斜后水平，且第二支撑423沿向上方向逐渐靠近下搅拌轴42，第二支撑杆423一端与罐体1底部固定连接，第二支撑杆423远离罐体1底部的一端与下搅拌轴42转动连接；在搅拌组件4的工作过程中，下搅拌轴42沿着竖直方向的轴线转动，此时第一支撑杆422以及第二支撑杆423能够对下搅拌轴42的转动起到支撑与限位的作用，进而有助于提升搅拌组件4的运行稳定性。

参照图1和图2，搅拌组件4的圆周侧壁固定连接有旋浆式搅拌器叶片412以及涡轮式搅拌器叶片421，旋浆式搅拌器叶片412设置有多组，且多组旋浆式搅拌器叶片412依次固定于上搅拌轴41以及下搅拌轴42上，涡轮式搅拌器叶片421位于下搅拌轴42圆周侧壁靠近底端的位置；旋浆式搅拌器叶片412属于轴流型搅拌器叶片，涡轮式搅拌器叶片421属于径流型搅拌器叶片，当罐体1处于工作状态时，搅拌组件4带动旋浆式搅拌器叶片412以及涡轮式搅拌器叶片421的转动，旋浆式搅拌器叶片412的轴流特性提供了较高的宏观液流，涡轮式搅拌器叶片421的径流特性提供了较高的微观液流，因此两者的配合促进了发酵液在罐体1内全范围内的整体循环流动。

参照图1和图2，外半管换热器2设置有多组，且每组外半管换热器2包括进液管21、半圆管22以及出液管23，半圆管22呈螺旋状环绕在罐体1外侧，且半圆管22侧壁非弧形面的一侧焊接于罐体1外侧，半圆管22下部分末端固定连接有进液管21，半圆管22上部分末端固定连接有出液管23；当外半管换热器2处于工作状态时，换热介质从进液管21流入半圆管22，进而通过出液管23流出，换热介质在半圆管22内流动的过程中完成了与罐体1内物料的热量交换。

参照图2和图3，罐体1内壁设置有U型管换热器3，U型管换热器3包括换热U型管31、进液箱32和出液箱33，换热U型管31设置有多组，且多组换热U型管31的开口均朝下设置，罐体1内设置有用于将U型管换热器3固定于罐体1内壁的锁紧组件34，锁紧组件34包括水平固定板341以及竖直固定板342，水平固定板341以及竖直固定板342靠近罐体1的侧边均与罐体1内壁焊接，水平固定板341水平设置，竖直固定板342竖直设置，且水平固定板341侧边与自身所靠近的竖直固定板342侧壁中心位置焊接，竖直固定板342的侧壁设置有多组U型螺栓35以及螺母37，U型螺栓35的弯曲部分位于竖直固定板342背离水平固定板341的一侧，且U型螺栓35穿过竖直固定板342的竖直段部分与螺母37螺纹连接，U型螺栓35套设在换热U型管31的圆周侧壁，因此U型螺栓35与竖直固定板342共同对U型管换热器3起到了紧固的作用；与此同时，在罐体1工作的过程中，竖直固定板342以及水平固定板341有助于减少罐体1内部液面形成的漩涡流动，进而增强了罐体1内发酵液的湍动。

参照图2和图3，换热U型管31弯曲部分的圆周侧壁正下方设置有用于换热U型管31的支撑组件36，支撑组件36包括弧形板362以及竖直设置的支撑板361，支撑板361以及弧形板362靠近罐体1的侧边均与罐体1内壁焊接，支撑板361的上侧边与弧形板362下表面的中心位置焊接，弧形板362的侧壁为弧形面，且弧形面的曲率半径与换热U型管31的弯曲部分的曲率半径一致，弧形板362的上表面与换热U型管31弯曲部分的下表面相抵接；在U型管换热器3的工作过程中，弧形板362以及支撑板361共同对U型管换热器3起到了支撑的作用。

参照图2和图3，换热U型管31的两端分别伸入且固定于进液箱32以及出液箱33，进液箱32与罐体1的内壁固定连接，且进液箱32靠近罐体1内壁的一侧固定连接有输液管321，输液管321与进液箱32内部空间相连通，进液箱32的下底面倾斜设置，且进液箱32的下底面沿靠近罐体1侧壁的方向逐渐向下倾斜，输液管321下表面与进液箱32下底面相接触；出液箱33与罐体1的内壁固定连接，且出液箱33的水平高度高于进液箱32的水平高度，出液箱33靠近罐体1内壁的一侧固定连接有排液管331，排液管331与出液箱33的内部空间相连通，出液箱33的下底面倾斜设置，且出液箱33的下底面与进液箱32的下底面平行，排液管331的下表面与出液箱33的下底面相接触；当U型管换热器3处于工作状态时，换热介质从输液管321依次进入进液箱32以及换热U型管31内，换热介质从换热U型管31通过后进入出液箱33进而从排液管331排出，在换热介质的运动过程中完成了与罐体1内物料的热交换；当操作人员需要将换热U型管31内的换热介质全部导出时，此时换热介质在重力的作用下分别流至进液箱32以及出液箱33的底面，由于进液箱32以及出液箱33的底面为倾斜设置，因此换热介质不容易在进液箱32以及出液箱33的底面滞留，有助于换热介质的完全排放。

参照图1和图2，罐体1圆周侧壁靠近底端的位置固定连接有进气管7，进气管7与罐体1内部空间相连通，进气管7倾斜设置，且进气管7沿靠近罐体1中心位置逐渐向下倾斜，罐体1底部固定连接有支撑柱71，支撑柱71竖直设置，支撑柱71背离罐体1底部的一端与进气管7的外壁固定连接；罐体1顶部靠近边缘的位置固定连接有出气管8，出气管8竖直设置且出气管8与罐体1内部空间相连通；当罐体1处于工作状态时，操作人员可以通过进气管7向罐体1内输送气体，进气管7的倾斜设置减少了罐体1内的液体从进气管7向外倒灌的风险，支撑柱71能够使进气管7在罐体1中保持相对稳定的状态，从进气管7进入的气体在罐体1内逐渐上升最终通过出气管8排出罐体1。

参照图1和图2，罐体1上封头靠近边缘的位置开设有检修口12，罐体1内部设置有检修梯121，检修梯121与罐体1内部固定连接，检修梯121与检修口12位于同一竖直平面内，当操作人员需要对罐体1内部进行检修时，操作人员可以通过检修口12进入罐体1内，并且通过罐体1内布置的检修梯121进入到罐体1内部的不同高度对罐体1进行检修。

参照图1和图2，罐体1上封头靠近边缘的位置开设有液位检测口13，操作人员可以将液位检测计通过液位检测口13伸入罐体1内部以对罐体1内部的液位进行检测；罐体1圆周侧壁沿竖直方向从上至下依次开设有补料口14、接种口15和取样口16，操作人员可以通过补料口14向罐体1内填充所需物料，通过将接种瓶对准接种口15以完成接种操作，通过取样口16进行取样工作；罐体1圆周侧壁中心位置背离取样口16的一侧沿竖直方向从上至下依次开设有温度检测口17、溶氧检测口18以及PH检测口19，操作人员可以通过安装于温度检测口17的温度测量仪对罐体1内温度进行检测，通过安装于溶氧检测口18的溶氧检测仪对罐体1内的溶氧量进行测量，通过安装于PH检测口19的PH传感器对罐体1内的PH值进行检测。

本申请实施例一种综合配置的发酵罐系统的实施原理为：当罐体1处于工作状态时，操作人员通过进出料口11向罐体1内导入发酵液，并向外半管换热器2以及U型管换热器3内分别输送换热介质，以使换热介质分别在外半管换热器2以及U型管换热器3内循环流动，与此同时操作人员通过调节变频调速器61进而控制电机62的转速，电机62带动减速器63运转，减速器63带动搅拌组件4转动，此时在罐体1内旋浆式搅拌器叶片412以及涡轮式搅拌器叶片421跟随搅拌组件4旋转并对罐体1内的发酵液进行搅拌，当罐体1内的发酵工作完成时，操作人员可以通过进出料口11从罐体1内向外导出发酵液，在罐体1进行发酵的过程中，外半管换热器2以及U型管换热器3及时将发酵产生的热量带走，有助于维持罐体1内合理的发酵温度，保证发酵过程的正常进行。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：包括罐体(1)，所述罐体(1)外侧设置有外半管换热器(2)，罐体(1)内部设置有U型管换热器(3)；

外半管换热器(2)包括进液管(21)、半圆管(22)以及出液管(23)，半圆管(22)环绕罐体(1)侧壁且自身与罐体(1)侧壁固定连接，半圆管(22)两端分别与进液管(21)以及出液管(23)固定连通；

U型管换热器(3)包括换热U型管(31)、进液箱(32)和出液箱(33)，换热U型管(31)与罐体(1)内壁固定连接，且换热U型管(31)的两端分别伸入进液箱(32)以及出液箱(33)，进液箱(32)以及出液箱(33)分别与罐体(1)的内壁固定连接，进液箱(32)靠近罐体(1)内壁的一侧固定连接有输液管(321)，出液箱(33)靠近罐体(1)内壁的一侧固定连接有排液管(331)。

2.根据权利要求1所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述U型管换热器(3)的进液箱(32)下底面倾斜设置，且进液箱(32)的下底面沿靠近罐体(1)侧壁的方向逐渐向下倾斜；出液箱(33)的下底面倾斜设置，且出液箱(33)的下底面沿靠近罐体(1)侧壁的方向逐渐向下倾斜。

3.根据权利要求1所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述外半管换热器(2)的出液管(23)在竖直平面的高度高于进液管(21)。

4.根据权利要求1所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述罐体(1)上封头定连接有机架(6)，机架(6)背离罐体(1)的一面固定连接有变频调速器(61)、电机(62)以及减速器(63)，变频调速器(61)的输出端与电机(62)相连，电机(62)的输出端与减速器(63)固定连接，减速器(63)的底端伸出有驱动轴(631)，驱动轴(631)固定连接有用于对罐体(1)内发酵液进行搅拌的搅拌组件(4)。

5.根据权利要求4所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述搅拌组件(4)包括上搅拌轴(41)和下搅拌轴(42)，上搅拌轴(41)的一端与减速器(63)的驱动轴(631)转动连接，上搅拌轴(41)背离减速器(63)的一端与下搅拌轴(42)固定连接，上搅拌轴(41)圆周侧壁以及下搅拌轴(42)圆周侧壁固定连接有旋浆式搅拌器叶片(412)，下搅拌轴(42)靠近底端的位置固定连接有涡轮式搅拌器叶片(421)。

6.根据权利要求5所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述罐体(1)内部设置有第一支撑杆(422)，第一支撑杆(422)一端与罐体(1)的内壁固定连接，第一支撑杆(422)背离罐体(1)的一端与下搅拌轴(42)转动配合。

7.根据权利要求1所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述罐体(1)圆周侧壁靠近底端的位置固定连接有进气管(7)，罐体(1)顶部固定连接有出气管(8)，进气管(7)倾斜设置，且进气管(7)沿靠近罐体(1)中心位置逐渐向下倾斜。

8.根据权利要求7所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述罐体(1)底部固定连接有支撑柱(71)，支撑柱(71)竖直设置，且支撑柱(71)背离罐体(1)底部的一端与进气管(7)的外壁固定连接。

9.根据权利要求1所述的一种综合配置的发酵罐系统，其特征在于：所述罐体(1)上封头靠近边缘的位置开设有检修口(12)，罐体(1)内部设置有检修梯(121)，检修梯(121)与罐体(1)内部固定连接，检修梯(121)与检修口(12)位于同一竖直平面内。

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