CN221566169U - 一种组合式发酵空气预处理设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种组合式发酵空气预处理设备，包括壳体，壳体的两端分别设有连通内外的壳体进口和壳体出口，所述的壳体形成的腔室内由壳体进口端向壳体出口端依次安装有空气冷却功能模块、卧式气液分离模块和空气加热功能模块，空气加热功能模块上设有热空气出接管和热空气进接管，热空气出接管通过管道连接到壳体进口上；有益效果：实用，结构新颖，经过模块化创新设计，组合成一台设备，主流空气流经各模块的截面积相近，没有流速突变造成的局部阻力损失，总体空气阻力损失更小；本发明系统设备空气阻力在3kPa以下；同时设备所占空间大幅减少，用户安装费用随之降低，而运行成本更低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发酵空气预处理设备，特别涉及一种组合式发酵空气预处理设备。
背景技术
好气性发酵是指微生物发酵过程需要氧气，用于基质同化、菌体生长和产物代谢。氧气的来源是空气，在发酵运行中必须持续提供洁净、干燥、无杂菌的空气，此空气还需要一定的压力，以克服设备、管道阻力损失、液态深层发酵基质产生的静压力和工艺所需罐内压力。
当今，膜技术已广泛应用于发酵无菌空气处理，但膜设备要求进口空气是干燥、干净的，因此必须通过前置预处理系统进行冷却除水降湿处理。传统的前置预处理系统通常是采用循环水、冷冻水两级冷却，两级除水，然后蒸汽加热的工艺，设备为普通列管式换热器和旋风分离器。这种传统的前置预处理系统有以下缺点：1、工艺复杂，阻力损失大；2、设备效率低，冷却后凝析水去除率低，除湿效果差；3、由于设备效率低，冷却和加热的温差都很大，能耗高。
经查，现有专利号ZL201921002028.3的中国专利《一种应用板翅换热技术的发酵空气预处理系统》，基本解决了上述问题，特别是在降低阻力、提高气液分离效率和低温差换热性能等方面表现良好。但为了用户安装和使用更方便，该系统还需改进。
另一方面，创新设备设计、降低发酵空气预处理系统的阻力，属于节能降耗工作，近三十年取得了不小的成绩。从上世纪传统系统空气阻力20kPa以上，到近年的5kPa～10kPa，是一大进步。继续降低，将进入常压通风系统的阻力要求范围，难度将会越来越大。但通过设备精细化、模块化不断创新还有提升空间。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种组合式发酵空气预处理设备。
为了实现上述目的，本实用新型所采取的措施：
一种组合式发酵空气预处理设备，包括壳体，壳体的两端分别设有连通内外的壳体进口和壳体出口，所述的壳体形成的腔室内由壳体进口端向壳体出口端依次安装有空气冷却功能模块、卧式气液分离模块和空气加热功能模块，空气加热功能模块上设有热空气出接管和热空气进接管，热空气出接管通过管道连接到壳体进口上；
所述的空气冷却功能模块设有三个，分别为第一空气冷却功能模块、第二空气冷却功能模块和第三空气冷却功能模块，第一空气冷却功能模块与第二空气冷却功能模块之间采用逆流、串联结构连接，第三空气冷却功能模块采用独立的安装结构；
所述的空气冷却功能模块包括有上水箱和下水箱，上水箱与下水箱之间通过换热管管束连通，空气冷却功能模块的外部两侧设有弧形支撑结构，空气冷却功能模块顶部设有冷却液进出接管；
所述的空气冷却功能模块近似圆形结构，为一个预制的独立整体，通过两侧多个第一安装板固定安装在壳体内；
所述的上水箱和下水箱的外部设有圆弧形水箱壳体和管板组成的水箱外壳，上水箱和下水箱的两块管板之间安装换热管管束，换热管管束由密集排列的等长翅片管组成，换热管管束所在的区域为空气流经的通道；
所述的卧式气液分离模块为一个独立整体结构，预制整体安装固定在壳体内，其具有直径小于壳体内径的圆筒，圆筒内部密布分离子形成分离器，分离器通过两侧多个第二安装板固定安装在壳体内，分离子内为空气流经的通道，相邻的分离子之间为非通风区；
所述的分离子内前端设有旋流板，分离子后端设有末端径向出口和末端轴向出口；
所述的圆筒的底部连接有伸出到壳体外部的接管；
所述的空气加热功能模块为一个独立整体结构，预制整体通过第三安装板安装固定在壳体内，空气加热功能模块包括上部的进出接口结构件和下部的热空气底部回转空间结构件，进出接口结构件与热空气底部回转空间结构件之间交替设有水平向换热通道和垂直换热通道，进出接口结构件与热空气出接管和热空气进接管连通，相邻的水平向换热通道与垂直换热通道之间互不相通；
所述的空气加热功能模块内的加热功能元件为铝板翅换热器或不锈钢板式换热器。
本实用新型的有益效果：实用，结构新颖，经过模块化创新设计，组合成一台设备，主流空气流经各模块的截面积相近，没有流速突变造成的局部阻力损失，总体空气阻力损失更小。本发明系统设备空气阻力在3kPa以下。同时设备所占空间大幅地减少，用户安装费用随之降低，而运行成本更低。
附图说明
图1为本实用新型的剖面结构示意图；
图2为本实用新型空气冷却功能模块的剖面结构示意图；
图3为本实用新型卧式气液分离模块的剖面结构示意图；
图4为本实用新型分离子的剖面结构示意图；
图5为本实用新型空气加热功能模块的剖面结构示意图。
具体实施方式
一种组合式发酵空气预处理设备，包括壳体1，壳体1的两端分别设有连通内外的壳体进口11和壳体出口12，所述的壳体1形成的腔室内由壳体进口11端向壳体出口12端依次安装有空气冷却功能模块2、卧式气液分离模块3和空气加热功能模块4，空气加热功能模块4上设有热空气出接管14和热空气进接管13，热空气出接管14通过管道5连接到壳体进口11上。
如图1所示，整个实用新型设备采用卧式结构，设备内部空气走水平、单一方向，空气由壳体进口11进入，由壳体出口12流出，分别流经上述空气冷却功能模块2、卧式气液分离模块3和空气加热功能模块4三个部分。三个部分均按照模块化设计，便于预制和统一安装。
所述的空气冷却功能模块2设有三个，分别为第一空气冷却功能模块2a、第二空气冷却功能模块2b和第三空气冷却功能模块2c，第一空气冷却功能模块2a与第二空气冷却功能模块2b之间采用逆流、串联结构连接，即第二空气冷却功能模块2b的出口连接第一空气冷却功能模块2a的进口，实际应用中该处通常使用冷却塔循环水，第三空气冷却功能模块2c采用独立的安装结构，实际应用中通常使用冷水机组产生的低温水或冷冻水。空气冷却功能模块2，也可以是其他数量的上的任一组合，多个的时候，单个独立使用，或组合使用均可。
如图2所示，空气冷却功能模块2可以设为若干个独立单元模块，一个单元模块使用一种冷却介质；一种冷却介质可以使用多个单元模块；同种冷却介质在多个单元模块内的流程可以是串联，也可以是并联。模块化设计可以缩短单元长度，便于在圆筒形壳体内部安装。同时，运行在不同温度区间的模块相互独立，也是降低热应力、降低运行故障风险的有效措施。
所述的空气冷却功能模块2包括有上水箱21和下水箱22，上水箱21与下水箱22之间通过换热管管束23连通，空气冷却功能模块2的外部两侧设有弧形支撑结构24，空气冷却功能模块2顶部设有冷却液进出接管15。
所述的空气冷却功能模块2近似圆形结构，为一个预制的独立整体，通过两侧多个第一安装板25固定安装在壳体1内。
如图2所示，高温空气水平单向流经换热管管束23外部，冷却介质走换热管管束23内，垂直向多次折返流。
所述的上水箱21和下水箱22的外部设有圆弧形水箱壳体211和管板212组成的水箱外壳，上水箱21和下水箱22的两块管板212之间安装换热管管束23，换热管管束23由密集排列的等长翅片管231组成，换热管管束23所在的区域为空气流经的通道。
翅片管231是最适合气液换热的换热功能元件。如图2中所示，斜向剖面线表示的阴影部分为非通风区。
所述的卧式气液分离模块3为一个独立整体结构，预制整体安装固定在壳体1内，其具有直径小于壳体1内径的圆筒31，圆筒31内部密布分离子32形成分离器，分离器通过两侧多个第二安装板33固定安装在壳体1内，分离子32内为空气流经的通道，相邻的分离子32之间为非通风区。
所述的分离子32内前端设有旋流板321，分离子32后端设有末端径向出口322和末端轴向出口323。
所述的圆筒31的底部连接有伸出到壳体1外部的接管34。末端径向出口322排出的液体因重力作用汇集到圆筒31的底部，并通过接管34排出至设备外部。
如图3和图4所示，从前述空气冷却功能模块2出来的湿空气流入卧式气液分离模块3内分离子32的内部，分离子32呈管状结构，分离子32内湿空气因撞击凝聚和离心分离原理，液滴离心沉降在分离子32的管壁，并从末端径向出口322径向流出，气体由末端轴向出口323轴向流出分离子32。
所述的空气加热功能模块4为一个独立整体结构，预制整体通过第三安装板45安装固定在壳体1内，空气加热功能模块4包括上部的进出接口结构件43和下部的热空气底部回转空间结构件44，进出接口结构件43与热空气底部回转空间结构件44之间交替设有水平向换热通道41和垂直换热通道42，进出接口结构件43与热空气出接管14和热空气进接管13连通，相邻的水平向换热通道41与垂直换热通道42之间互不相通。
如图5所示，空气加热功能模块4采用气气换热式结构，冷侧空气来自前述的卧式气液分离模块3的分离子32，热侧介质是同源热空气。利用空气压缩机出口高温空气的余热，来加热湿空气，取消传统预处理设备蒸汽的使用，具有巨大的节能效益。放热后的热空气由热空气出接管14，经过管道5，再进入前述空气冷却功能模块2。其中，图5中斜向剖面线表示的阴影部分是非通风区。
所述的空气加热功能模块4内的加热功能元件为铝板翅换热器或不锈钢板式换热器。
空气加热功能模块4，可采用各种紧凑式换热器，如：板翅式换热器、板式换热器。其单位体积的换热面积数倍于管式换热器，可以弥补气气换热传热系数比气水换热小的不足，实现了大面积、小直径设备的要求，实现了加热与冷却功能模块共享统一直径壳体的要求。
整个实用新型设备，整合常规发酵空气预处理系统，至少三台不同直径的功能设备，在冷却、气液分离和加热参数要求不变的前提下，经过模块化创新设计，组合成一台设备。
上述所有功能模块，空气冷却功能模块2、卧式气液分离模块3和空气加热功能模块4，分别通过第一安装板25、第二安装板33和第三安装板45安装至壳体1内。各模块互不影响。各安装板可以是刚性连接，也可以是螺栓连接，后者允许使用中，功能模块一定范围内的伸缩变形。具体采用何种形式，可由工艺条件和计算决定。
由于一台标准卧式圆筒形压力容器，至少由一个圆筒状筒体、二端椭圆形封头和接管法兰组成。本实用新型把三台设备组合、设计成一台，节省了封头和接管法兰，缩短了制造周期，直接降低了制造和安装成本。
另一方面，由于封头和接管的存在，必定产生空气流经突变截面造成阻力损失，组合设备减少了这种损失。空气阻力损失的减少可以降低空压机的运行电流，直接节省电费。经过理论计算和实践验证，本实用新型设备该方面阻力可降低500～1000Pa，对于工作压力0.2MPa左右的空压机，可节电0.1％～0.3％。对于连续生产的大规模好气性发酵工厂，单台空压机流量就有1000Nm3/min以上、功率在3000KW以上，所以节电非常惊人。本实施例不仅制造成本低于同类系统，且设备空气总阻力可控制在3kPa以下。
由于本实用新型采用的气液分离功能模块无填料无运动部件，终生免维护；加热功能模块同源压缩空气之间等压换热且压缩空气相对洁净，不泄漏不积垢，也是终生免维护；唯冷却模块视冷却水水质情况，需要定期维护。本发明冷却功能多模块独立设计，可以实现在线切换清洗，而且处在后面的冷却模块由于水质好、温度低，不易积垢，不需要清洗。所以多功能设备组合后不增加维护的工作难度和工作量，反而减少。所以本实用新型技术性能和造价达到了更理想的结合。
Claims (10)
1.一种组合式发酵空气预处理设备，包括壳体(1)，壳体(1)的两端分别设有连通内外的壳体进口(11)和壳体出口(12)，其特征在于：所述的壳体(1)形成的腔室内由壳体进口(11)端向壳体出口(12)端依次安装有空气冷却功能模块(2)、卧式气液分离模块(3)和空气加热功能模块(4)，空气加热功能模块(4)上设有热空气出接管(14)和热空气进接管(13)，热空气出接管(14)通过管道(5)连接到壳体进口(11)上。
2.根据权利要求1所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的空气冷却功能模块(2)设有三个，分别为第一空气冷却功能模块(2a)、第二空气冷却功能模块(2b)和第三空气冷却功能模块(2c)，第一空气冷却功能模块(2a)与第二空气冷却功能模块(2b)之间采用逆流、串联结构连接，第三空气冷却功能模块(2c)采用独立的安装结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的空气冷却功能模块(2)包括有上水箱(21)和下水箱(22)，上水箱(21)与下水箱(22)之间通过换热管管束(23)连通，空气冷却功能模块(2)的外部两侧设有弧形支撑结构(24)，空气冷却功能模块(2)顶部设有冷却液进出接管(15)。
4.根据权利要求3所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的空气冷却功能模块(2)近似圆形结构，为一个预制的独立整体，通过两侧多个第一安装板(25)固定安装在壳体(1)内。
5.根据权利要求4所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的上水箱(21)和下水箱(22)的外部设有圆弧形水箱壳体(211)和管板(212)组成的水箱外壳，上水箱(21)和下水箱(22)的两块管板(212)之间安装换热管管束(23)，换热管管束(23)由密集排列的等长翅片管(231)组成，换热管管束(23)所在的区域为空气流经的通道。
6.根据权利要求5所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的卧式气液分离模块(3)为一个独立整体结构，预制整体安装固定在壳体(1)内，其具有直径小于壳体(1)内径的圆筒(31)，圆筒(31)内部密布分离子(32)形成分离器，分离器通过两侧多个第二安装板(33)固定安装在壳体(1)内，分离子(32)内为空气流经的通道，相邻的分离子(32)之间为非通风区。
7.根据权利要求6所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的分离子(32)内前端设有旋流板(321)，分离子(32)后端设有末端径向出口(322)和末端轴向出口(323)。
8.根据权利要求7所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的圆筒(31)的底部连接有伸出到壳体(1)外部的接管(34)。
9.根据权利要求8所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的空气加热功能模块(4)为一个独立整体结构，预制整体通过第三安装板(45)安装固定在壳体(1)内，空气加热功能模块(4)包括上部的进出接口结构件(43)和下部的热空气底部回转空间结构件(44)，进出接口结构件(43)与热空气底部回转空间结构件(44)之间交替设有水平向换热通道(41)和垂直换热通道(42)，进出接口结构件(43)与热空气出接管(14)和热空气进接管(13)连通，相邻的水平向换热通道(41)与垂直换热通道(42)之间互不相通。
10.根据权利要求9所述的一种组合式发酵空气预处理设备，其特征在于：所述的空气加热功能模块(4)内的加热功能元件为铝板翅换热器或不锈钢板式换热器。
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