CN216192260U - 一种高溶氧发酵罐及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高溶氧发酵罐及系统，吸料管安装于发酵罐内，且吸料管位于物料液面的下方；吸料管的出口穿过发酵罐后连接物料泵，物料泵的出口连通冷却器；喷射器设置于发酵罐的上方，冷却器的物料出口连通喷射器，喷射器出口通过落水管连通于发酵罐内的物料液中，喷射器上连接有空气过滤器；导流筒设置于发酵罐内的物料液中，落水管的出口设置于导流筒中；发酵罐的上端设置有排风口，排风口连接有旋液器，旋液器的下端通过回流管连通发酵罐内部。本实用新型可有效地提高喷射器内的真空度，换热效率更高且制造成本更低，与通用的机械通风发酵罐相比，溶氧效率提高约1.4倍、能耗降低约50％，制造成本降低约50％。

Description

一种高溶氧发酵罐及系统

技术领域

本实用新型属于生物发酵技术领域，具体涉及一种高溶氧发酵罐及系统。

背景技术

现有的发酵罐种类很多，主要有机械通风发酵、气升式发酵罐、自吸式发酵罐，也有采用文丘里原理的射流发酵罐。现有的文丘里射流发酵罐的喷射装置，有用压缩空气作为动能源的、也有用泵驱动液流作为动能源的。有的喷射器安装在罐内，也有喷射器安装在外侧的，喷射器的运行效果并不理想。机械通风发酵罐作为目前最常用的发酵罐，其罐体的上方安装有传动系统、罐体内安装有搅拌轴和多组搅拌器、罐体内还安装有冷却管。这类发酵罐依靠外部的空气压缩机向它提供空气，空气进入罐内后靠搅拌器的转动来把空气打散，使空气分布在料液中与料液混合，空气中的氧气溶解到料液中，从而给发酵罐内的微生物提供氧气。以5吨的机械通风发酵罐为例：机械通风发酵罐的罐体上安装有传动装置,装机容量一般是7.5KW，按通风量为1比1，需要配套的空压机的装机功率为7.5KW。总装机容量为15KW，如果按有功功率0.8计算，实际功率为12KW。耗氧发酵系统属于高能耗作业，提高溶氧效率、节能降耗的问题是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高溶氧发酵罐及系统，用以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一方面，本实用新型提供了一种高溶氧发酵罐，包括发酵罐本体、导流筒、吸料管、喷射器和落水管，所述喷射器设置于发酵罐本体的上方，导流筒设置于发酵罐本体内的物料液中，喷射器的出口与落水管相连接，落水管的出口延伸至导流筒中；所述吸料管设置于发酵罐本体内的物料液面的下方，且吸料管的出口延伸至发酵罐本体外。

另一方面，本实用新型还提供了一种高溶氧发酵系统，包括上述高溶氧发酵罐，还包括物料泵和冷却器，所述吸料管的出口穿过发酵罐本体后连接物料泵的入口，物料泵的出口连通冷却器的物料进口，冷却器的物料出口连通喷射器的入口；所述喷射器上连接有空气过滤器；所述发酵罐本体的上端设置有排风口，排风口连接有旋液器，旋液器的下端通过回流管连通发酵罐本体内部。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述物料泵设置有两台，两台物料泵并联安装，两台物料泵分别为第一物料泵和第二物料泵，吸料管的出口穿过发酵罐本体后分别连接第一物料泵的入口和第二物料泵的入口，第一物料泵的出口和第二物料泵的出口均连接到冷却器的入口。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述喷射器的数量有1至16个，且当喷射器的数量为两个及以上时，所有的喷射器并联安装，冷却器的出口分别连通所有喷射器的入口，每个喷射器的出口均通过落水管连通于发酵罐本体内的物料液中，且每个落水管的出口均设置于一个导流筒中。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述空气过滤器包括粗空气过滤器和精空气过滤器，喷射器连通精空气过滤器，精空气过滤器通过粗空气过滤器连通外部空气。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述吸料管为环形结构，吸料管的上端和下端均设置有多个进料孔。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述旋液器的上端设置有出风口，出风口通过空气流量计连通外部。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述发酵罐本体的顶端设置有进料口，发酵罐本体底部设置有出料口。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述喷射器连接有蒸汽入口

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述冷却器上设置有冷却液进口和冷却液出口。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述吸料管与物料泵之间设置有位于发酵罐本体外的清洗水入口。

有益效果：本实用新型的高溶氧发酵罐将喷射器安装在罐顶，并距离罐有一定的距离，这样可有效地提高喷射器内的真空度，落水管中的气液混合物的流速推动发酵罐本体内的料液在导流筒内外循环流动，促使料液溶氧均匀，进一步的提高发酵效果；发酵罐本体内没有档板和换热管，外壁也没有换热夹套，发酵过程中产生的各种热量通过安装在物料泵后面作为换热器的冷却器进行换热，换热效率更高且制造成本更低。与通用的机械通风发酵罐本体相比，溶氧效率提高约1.4倍、能耗降低约50％，同时减去了空气压缩系统的设备，仅发酵罐的制造成本就可降低约50％。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1、发酵罐本体；2、进料口；3、排风口；4、出料口；5、喷射器；6、落水管；7、吸料管；8、导流筒；9-1、第一物料泵；9-2、第二物料泵；10、冷却器；11、物料进口；12、冷却液出口；13、物料出口；14、冷却液进口； 15、精空气过滤器；16、粗空气过滤器；17、旋液器；18、空气流量计；19、回流管；20、物料液面；21、蒸汽入口；22、清洗水入口。

具体实施方式

下面将结合附图1对本实用新型进行解释说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了一种高溶氧发酵罐和高溶氧发酵系统，高溶氧发酵罐包括发酵罐本体1、导流筒8、吸料管7、喷射器5和落水管6，所述喷射器5设置于发酵罐本体1的上方，优选喷射器喷液口距离发酵罐本体罐顶的距离为0.5米至10米，导流筒8设置于发酵罐本体1内的物料液中，喷射器 5的出口与落水管6相连接，落水管6的出口延伸至导流筒8中，落水管6中的气液混合物的流速推动发酵罐本体1内的料液在导流筒8内外循环流动，促使料液中溶氧均匀；其中，导流筒以落水管为中心安装在吸料管的下方，距离吸料管的距离为0.2米至1米，导流筒的下端距离发酵罐本体下封头焊缝的距离为0.2至1米；所述吸料管7设置于发酵罐本体1内的物料液面20的下方，距离液面的高度约为0.1米到1米，且吸料管7的出口延伸至发酵罐本体1外。优选的将吸料管7设置为与发酵罐本体1内部相匹配的环形结构，吸料管7的环形中心线直径优选是发酵罐本体内径的0.3至0.8倍，同时在吸料管7的上端和下端均设置有多个进料孔，物料通过进料孔进入吸料管7内。

本实施例的高溶氧发酵系统包括上述文中所述的高溶氧发酵罐，还包括物料泵和冷却器10，所述吸料管7的出口穿过发酵罐本体1后连接物料泵的入口，将发酵罐本体1内部的物料吸入物料泵，物料泵的出口连通冷却器10的物料进口11，在冷却器10中与冷却水间接接触进行降温，冷却器10的物料出口13 连通喷射器5的入口，降温后的物料输入喷射器5中，在喷射器5中形成高速向下喷射的液流，并在喷射器5中产生的负压，喷射器5出口通过落水管6连通于发酵罐本体1内的物料液中；所述喷射器5上连接有空气过滤器，由于喷射器5中产生负压，外界的空气经过空气过滤器后被吸入喷射器5中，在喷射器5和落水管6中气液充分地混合；所述发酵罐本体1的上端设置有排风口3，排风口3连接有旋液器17，旋液器17的下端通过回流管19连通发酵罐本体1 内部，回流管19插入液面以下。吸入的空气从物料液面20逸出，从排风口3 排出。通常发酵料液具有一定起泡性，部分气泡会随空气流出发酵罐本体1。从排风口3流出的含气泡的气流进入旋液器17，在离心力的作用下气泡与旋液器17内壁碰撞而破裂，并随旋液器17的空气流下行汇聚到底部，从回流管19 流回发酵罐本体内。在所述旋液器17的上端设置有出风口，出风口通过空气流量计18连通外部，使得不含气泡的空气可以从旋液器17的出风口流经空气流量计18排出。

本实施例中需要进一步说明的是，所述发酵罐本体1的顶端设置有进料口 2，发酵罐本体1底部设置有出料口4，保证发酵罐本体1可以正常的进料和出料。

本实施例中需要更进一步说明的是，所述冷却器10上设置有冷却液进口 14和冷却液出口12，冷却液与发酵料液在冷却器中间接接触进行热交换，带走发酵过程中产生的热量。

本实施例中需要更进一步说明的是，两台物料泵互为备用，在物料泵和冷却器10的进口和出口都设有阀门进行隔离，方便修理完成后使用蒸汽进行局部灭菌，使泵处于备用状态。同样，一旦冷却器10出现泄漏，也可以用阀门进行隔离，检修后局部蒸汽灭菌后恢复使用。因为作为换热器的冷却器10检修方便，故障率低，故不设备用换热器。优选地，物料泵为耐高温泵，优选地物料泵采用容积式泵。

对于溶氧效率，实用新型人有对比试验数据进行比较。用机传统的械通风发酵罐进行对比试验，在溶氧没有达到饱和前，分别测量两个罐中水的溶解氧的浓度进行对比，本实施例中的高溶氧节能发酵系统的溶氧速度在溶解氧浓度较低时的速率比机械通风发酵快1.5倍，在没有微生物耗氧的情况下，随着溶氧浓度升高，最终趋于一致。

对于能耗方面说明如下：

机械通风发酵罐是目前最常用的发酵罐，其罐体的上方安装有传动系统、罐体内安装有搅拌轴和多组搅拌器、罐体内还安装有冷却管。这类发酵罐依靠外部的空气压缩机向它提供空气，空气进入罐内后靠搅拌器的转动来把空气打散，使空气分布在料液中与料液混合，空气中的氧气溶解到料液中，从而给发酵罐内的微生物提供氧气。

以5吨的机械通风发酵罐为例：在耗氧发酵中，机械通风发酵罐的罐体上安装有传动装置,机械通风发酵罐5吨的罐装机容量一般是7.5KW，按通风量为 1比1，需要配套的空压的装机功率为7.5KW。总装机容量为15KW，如果按有功功率0.8计算，实际功率为12KW。同样的通风量时，高溶氧节能发酵罐的装机容量为5.5KW。5.5/12＝0.46。所以上面提到的是节能50％。

单从发酵罐本身来讲，壳体的制造成本只占总费用的40％，传动部分、搅拌部分、冷却部分的制造成本占60％。高溶氧节能发酵罐具有相同的壳体部分，没有传动部分、搅拌部分、冷却部分，增加了喷射器、落水管和导流筒，这些部分都是空壳，制造成本最多占10％。因此说可以节约制造成本50％。而且现有于现有发酵系统而言，本实用新型省略了空气压缩系统，系统成本更低，进而使得整体的成本更低。

实施例二：

本实施例是在实施例一基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一的具体区别是：

本实施例中需要进一步说明的是，所述物料泵设置有两台，两台物料泵分别为第一物料泵9-1和第二物料泵9-2，吸料管7的出口穿过发酵罐本体1后分别连接第一物料泵9-1的入口和第二物料泵9-2的入口，第一物料泵9-1的出口和第二物料泵9-2的出口均连通冷却器10的入口，第一物料泵9-1和第二物料泵9-2性能相同的泵，采用并联连接的方式进行安装，配备两台性能相同的泵互为备用，一旦其中一台出现故障，立即启动另一台，并及时对损坏的泵进行检修。可以调节物料泵的转速，以调节发酵罐需要的风量。

实施例三：

本实施例是在实施例一或实施例二基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一或实施例二的具体区别是：

本实施例中需要进一步说明的是，所述喷射器5的数量有1至16个，且当喷射器5的数量为两个及以上时，所有的喷射器5并联安装，冷却器10的出口分别连通所有喷射器5的入口，每个喷射器5的出口均通过落水管6连通于发酵罐本体1内的物料液中，且每个落水管6的出口均设置于一个导流筒8中，喷射器的具体数量根据发酵罐壳体直径的大小来定，主要目的是让罐体内的料液循环更加均匀，使得料液中的溶氧更均匀。需要说明的时，当安装多组喷射器时，落水管中部带折弯，保证安装需求。

实施例四：

本实施例是在实施例一至实施例三中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例三中任一实施例的具体区别是：

本实施例中需要进一步说明的是，所述空气过滤器包括粗空气过滤器16和精空气过滤器15，喷射器5连通精空气过滤器15，精空气过滤器15通过粗空气过滤器16连通外部空气，以获得无菌空气。

实施例五：

本实施例是在实施例一至实施例四中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例四中任一实施例的具体区别是：

本实施例中需要进一步说明的是，所述喷射器5连接有蒸汽入口21，更准确的说是，蒸汽入口21设置于喷射器5与冷却器10之间的管道上，靠近喷射器5设置。

实施例六：

本实施例是在实施例一至实施例五中任一实施例基础上做出的进一步改进，本实施例与实施例一至实施例五中任一实施例的具体区别是：

本实施例中需要进一步说明的是，所述吸料管7与物料泵之间设置有位于发酵罐本体1外的清洗水入口22，更准确的说是，清洗水入口22设置于吸料管7与物料泵之间的连接管道上，打开清洗水入口22的阀门，物料泵如多于一台，分别启动，清洗管道及换热器。打开发酵罐人孔图中未画出，清洗发酵罐内壁。然后从蒸汽入口21向发酵罐本体内通往蒸汽数分钟，即可完成缮后工作。

本实用新型完整的工作原理如下：

1、发酵在进料之前进行空罐灭菌，从喷射器上部蒸汽入口21通入符合工艺要求压力的蒸汽，做到无死角灭菌。按生产工艺要求的空罐灭菌时间执行，灭菌完成后使用出口带无菌空气净化器的小型空气压缩机向发酵罐本体内通风，通风口在图中没有画出，以维持罐内正压。

2、从进料口2向发酵罐本体内通入料液，关闭喷射器5进气口的阀门，调节排风口3后的阀门经维持罐内正压。

3、进料完成时，进行实罐灭菌，按生产工艺要求的蒸汽压力从喷射器上部蒸汽入口21通入蒸汽，蒸汽通过落水管6与料液接触，并在蒸汽的动能推动下，使料液在罐内循环，促使料液均匀加热，由于蒸汽与水溶解强烈，在料液温度低时会有较大的噪声和振动。随着料液温度的升高，噪声和振动会逐渐减轻直至消失。

4、当达到生产工艺要求的温度后，按工艺要求的时间保温。当达到要求的保温时间时，启动物料泵开始泵液循环，调节物料泵的转速、适当开启喷射器空气进口的阀门以维持罐内的正压，因前期温度较高，当安装多于一台物料泵时，可轮换使用。开启冷却器的冷却水进出阀门，对料液降温。

5、当料液温度达到接种温度时，适当降低物料泵的转速并维持一定的正压，向发酵罐本体接种。

6、接种完成后，按工艺要求的溶氧调节物料泵的转速以调整风量。与其它发酵罐不同的是，本实用新型的发酵罐建议维持罐压在0.02Mpa左右。某些类型的发酵罐需要一定的罐压来提高溶氧效率，本实用新型的发酵罐是通过喷射装置的强烈混合作用来提高溶氧效率，因此只需要维持罐内有一定的正压即可。

7、通过调节排风口3后面的阀门来调整罐压，通过调节泵的转速来调整风量，以达到工艺要求的溶氧条件，直至发酵完成。由于本实用新型的发酵罐溶氧效率较高，通过风量较一般发酵罐要小。

8、发酵结束后，建议使用1步中的压缩空气来排料。

9、打开清洗水入口22的阀门，启动物料泵，如多于一台，分别启动，清洗管道及换热器。打开发酵罐人孔(图中未画出)，清洗发酵罐本体内壁。然后从蒸汽入口21向发酵罐本体内通入蒸汽数分钟，即可完成缮后工作。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高溶氧发酵罐，其特征在于，包括发酵罐本体(1)、导流筒(8)、吸料管(7)、喷射器(5)和落水管(6)，所述喷射器(5)设置于发酵罐本体(1)的上方，导流筒(8)设置于发酵罐本体(1)内的物料液中，喷射器(5)的出口与落水管(6)相连接，落水管(6)的出口延伸至导流筒(8)中；所述吸料管(7)设置于发酵罐本体(1)内的物料液面(20)的下方，且吸料管(7)的出口延伸至发酵罐本体(1)外。

2.一种高溶氧发酵系统，其特征在于，包括权利要求1所述的高溶氧发酵罐，还包括物料泵和冷却器(10)，所述吸料管(7)的出口穿过发酵罐本体(1)后连接物料泵的入口，物料泵的出口连通冷却器(10)的物料进口(11)，冷却器(10)的物料出口(13)连通喷射器(5)的入口；所述喷射器(5)上连接有空气过滤器；所述发酵罐本体(1)的上端设置有排风口(3)，排风口(3)连接有旋液器(17)，旋液器(17)的下端通过回流管(19)连通发酵罐本体(1)内部。

3.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述物料泵设置有两台，两台物料泵分别为第一物料泵(9-1)和第二物料泵(9-2)，吸料管(7)的出口穿过发酵罐本体(1)后分别连接第一物料泵(9-1)的入口和第二物料泵(9-2)的入口，第一物料泵(9-1)的出口和第二物料泵(9-2)的出口均连接到冷却器(10)的入口。

4.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述喷射器(5)的数量有1至16个，且当喷射器(5)的数量为两个及以上时，所有的喷射器(5)并联安装，冷却器(10)的出口分别连通所有喷射器(5)的入口，每个喷射器(5)的出口均通过落水管(6)连通于发酵罐本体(1)内的物料液中，且每个落水管(6)的出口均设置于一个导流筒(8)中。

5.根据权利要求2或3所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述空气过滤器包括粗空气过滤器(16)和精空气过滤器(15)，喷射器(5)连通精空气过滤器(15)，精空气过滤器(15)通过粗空气过滤器(16)连通外部空气。

6.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述吸料管(7)为环形结构，吸料管(7)的上端和下端均设置有多个进料孔。

7.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述旋液器(17)的上端设置有出风口，出风口通过空气流量计(18)连通外部。

8.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述发酵罐本体(1)的顶端设置有进料口(2)，发酵罐本体(1)底部设置有出料口(4)；所述冷却器(10)上设置有冷却液进口(14)和冷却液出口(12)。

9.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述喷射器(5)连接有蒸汽入口(21)。

10.根据权利要求2所述的一种高溶氧发酵系统，其特征在于，所述吸料管(7)与物料泵之间设置有位于发酵罐本体(1)外的清洗水入口(22)。

Images