CN2890062Y - 旋流、充气组合式生化反应器 - Google Patents

旋流、充气组合式生化反应器 Download PDF

Info

Publication number
CN2890062Y
CN2890062Y CN 200520074807 CN200520074807U CN2890062Y CN 2890062 Y CN2890062 Y CN 2890062Y CN 200520074807 CN200520074807 CN 200520074807 CN 200520074807 U CN200520074807 U CN 200520074807U CN 2890062 Y CN2890062 Y CN 2890062Y
Authority
CN
China
Prior art keywords
reactor
eddy flow
rotor
biochemical reactor
flow according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 200520074807
Other languages
English (en)
Inventor
洪厚胜
张庆文
张继民
欧阳平凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Tech University
Original Assignee
Nanjing Tech University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Tech University filed Critical Nanjing Tech University
Priority to CN 200520074807 priority Critical patent/CN2890062Y/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN2890062Y publication Critical patent/CN2890062Y/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/08—Stirrer or mobile mixing elements with different stirrer shapes in one shaft or axis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/18—Flow directing inserts
    • C12M27/20—Baffles; Ribs; Ribbons; Auger vanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/02—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of foam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
    • C12M41/22—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes in contact with the bioreactor walls

Abstract

本实用新型属于化工设备领域，公开了一种旋流、充气组合式生化反应器，该反应器包括有搅拌器电机(1)、电机支架(2)、排气口(4)、接种或补料口(5)、刮沫器(6)、手孔或人孔(7)、进气管(9)、夹套(11)及罐体，同时反应器上还装有轴流搅拌装置(8)、气液混合强化器(14)和挡板(10)；整个反应器结构紧凑，设备制造和维护费用低；同时本装置具有气液接触面积大，动力效率高，搅拌混合充分等优点，该反应器尤其适用于食品、医药、环保等生物工程行业中微生物的生长代谢。

Description

旋流、充气组合式生化反应器
技术领域
本实用新型属于化工设备领域，涉及一种生化过程反应装置，更具体地说涉及一种旋流、充气组合式生化反应器，该反应器尤其适用于食品、医药、环保等生物工程行业中微生物的生长代谢。
背景技术
生化反应器的设计和操作，是生化工程中一个极其重要的问题，它对产品的成本和质量有很大影响，判断其好坏的唯一标准是该反应器能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。从目前的情况来看，工业规模的微生物细胞反应器或其它多相生化反应的设备基本都是已经标准化的机械搅拌式通风反应器(简称“标准罐”)，采用通气管鼓泡加桨叶搅拌的方式来实现气相在液相中的分散与混合。但在复杂的生化反应体系条件下，这种过程装置日益暴露出其诸多的技术弊端。
从混合传递能力来看，“标准罐”多变化的桨叶组合设计足以保证微生物、培养液反应基质及热量的均匀混合，但是对于好气性微生物的生长发育和代谢活动，除了上述均匀混合条件之外，更重要的是必须有溶解氧参与微生物的代谢活动。由于气液的不相容性，氧气在培养液中的溶解度很低，要满足微生物生命活动和代谢所要求的条件，只有提高氧气在溶液中的传递速率。对于“标准罐”其现实而可行的方法就是增大空气流量和加强机械搅拌强度以增加气液比表面积，强化相间传质。但在传质、混合、传热，特别是对溶氧要求极高的高密度微生物培养面前，“标准罐”已显得无能为力，溶氧水平已成为微生物生长代谢的速度限制因素。
从生化反应器的节能设计来看，首先“标准罐”其单位体积培养液消耗功率为气提式生化反应器的3～4倍，其中底部桨叶搅拌和通气装置曝气所消耗的功率一般要占整个功率消耗的60％以上。其次，“标准罐”的氧利用率水平极低，通气流量过大，大的空气流量增加了空压机的负荷和功率消耗。
此外，由于“标准罐”搅拌器受电机功率、轴的材料、加工能力等方面的限制，其尺寸大小和搅拌能力有限，限制了反应器的扩大。
因此，如何合理地设计通气搅拌设备，使之既能保证足够的氧气供给，又尽可能节省能量，且不使微生物细胞或代谢产物失活是好氧培养过程的提出的新问题。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述现有技术中存在的问题和不足，提供一种节能高效、氧传递水平好的生化反应装置。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型的旋流、充气组合式生化反应器，它包括有搅拌器电机(1)、电机支架(2)、排气口(4)、接种或补料口(5)、刮沫器(6)、手孔或人孔(7)、进气管(9)、夹套(11)及罐体，同时反应器上还装有轴流搅拌装置(8)、气液混合强化器(14)和挡板(10)，所述的轴流搅拌装置(8)采用下伸轴形式安装于反应器上层位置，所述的气液混合强化器(14)安装于反应器底部中央，所述的挡板(10)安装在反应器罐体内壁。
本实用新型的反应器上封头为椭圆封头，下封头为碟形、锥形或平底封头；所述的轴流搅拌装置(8)其配置的桨叶为三斜叶搅拌器，轴流方向向下，轴流搅拌装置(8)的搅拌轴上端装有机械密封(3)，下端设有轴承底座(12)，轴承底座(12)固定在反应器周壁上；所述的气液混合强化器(14)主要包括混合器电机(22)、底部托盘(20)、通气罩(17)、定子(18)、转子(19)及磁力传动件(21)，转子(19)配合定子(18)在定子(18)内高速运转。
所述的转子(19)与混合器电机(22)的连接方式采用磁力传动及二级电机驱动；所述的定子(18)设有射流通道(23)，射流通道(23)为倾斜设计，倾斜角度为8～32度，射流通道的数量为8～16个；所述的转子(19)的转子叶片(24)数量为3～6片，转子叶片(24)为直叶或后掠式，转子(19)空腔壁上开有气孔(25)，气孔(25)数量为转子叶片(24)数量的1～2倍；所述的转子(19)带有四氟套(16)，四氟套(16)固定在通气罩(17)上，转子(19)外侧面与四氟套(16)滑动连接。
本实用新型的有益效果如下：
1)由于气液混合强化器有自吸气功能，因而本实用新型选用鼓风机和低阻力空气过滤器替代了传统的压缩空气输送设备和附件，相应节约了投资和能源，降低了设备的维护费用。
2)采用本实用新型提出的旋流、充气组合式生化反应器，由于气液混合强化器能产生强烈的湍动、搅拌、剪切，气泡直径大幅度减小，气泡数目增多，气泡的比表面积增大，氧分子更易从气相转移到液相，能保证供给微生物生长繁殖所需要的氧气。
3)采用了本实用新型提出的旋流、充气组合式生化反应器的反应过程，在不同程度上缩短了反应时间。与常规的机械搅拌式生化反应器比较，旋流、充气组合式生化反应器的操作时间缩短了近1/3至1/2，从而大大提高了反应器的时空生产能力，能耗也明显降低。
4)采用了本实用新型提出的旋流、充气组合式生化反应器的反应过程，氧利用率得到提高，空气流量降低，挥发性成分损失减少，同时不会造成泡沫的飞溅。
5)本实用新型可以变化不同的操作组合为各种复杂的生化体系提供适宜的生长环境。如，可以通过控制阀调节进气量，并可使曝气和搅拌两种功能分开和组合。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型的气液混合强化器纵剖面结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
附图中：1.搅拌器电机，2.电机支架，3.机械密封，4.排气口，5.接种或补料口，6.刮沫器，7.手孔或人孔，8.轴流搅拌装置，9.进气管，10.挡板，11.夹套，12.轴承座，13.罐耳，14.气液混合强化器，15.进气管法兰，16.四氟套，17.通气罩，18.定子，19.转子，20.托盘，21.磁力传动件，22.混合器电机，23.射流通道，24.转子叶片，25.气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述：
如图1、图2和图3所示，本实用新型的旋流、充气组合式生化反应器，它包括有搅拌器电机1、电机支架2、排气口4、接种或补料口5、刮沫器6、手孔或人孔7、进气管9、夹套11及罐体，其特征在于反应器上还装有轴流搅拌装置8、气液混合强化器14和挡板10，轴流搅拌装置8采用下伸轴形式安装于反应器上层位置，它的桨叶为三斜叶搅拌器，轴流方向向下，轴流搅拌装置8的搅拌轴上端装有机械密封3，下端设有轴承底座12，轴承底座12固定在反应器周壁上，反应器上部设立轴流式搅拌器，其目的就是强化整个反应器的整体循环混合，搅拌器的底部设立轴承座，主要起稳定和支撑作用，同时也有利于反应器的大型化，轴承接触处的轴颈极易磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套，检修时只要更换轴套就行；气液混合强化器14安装于反应器底部中央，它主要包括混合器电机22、底部托盘20、通气罩17、定子18、转子19及磁力传动件21，转子19配合定子18在定子18内高速运转，转子19与混合器电机22的连接方式采用磁力传动及二级电机驱动，永磁铁偶合力强，不留转，可以彻底解决下伸轴的泄漏问题和防止污染杂菌，定子18上设有射流通道23，射流通道23为倾斜设计，倾斜角度为16度，射流通道的数量为16个，经从射流通道排出气液混合液，可造成水流成螺旋状向水平方向并继而向上流动，在曝气的同时兼有搅拌作用，同时转子19的转子叶片24数量为6片，形状为直叶，转子19空腔壁上开有气孔25，气孔数量为12个，外源空气通过进气管9，再经转子气孔被分散于液体中，转子19带有四氟套16，四氟套16固定在通气罩17的出口处，用紧固螺钉与通气罩固定，转子19外侧面与四氟套16滑动连接，转子在定子中作高速旋转运动，转子上沿与通气罩接触处极易磨损，在接触处加装一个四氟旋转套16既能减少磨损又能起密封作用；挡板10安装在反应器罐体内壁，挡板数量为4个，挡板宽度为罐体直径的1/16，挡板与罐壁的间隙为挡板宽度的1/8，当轴流搅拌转置与气液混合强化器14同时启用时，在挡板10的协同作用下，可进一步强化培养液的全槽混合，气液分散以及其它固形物的悬浮；本实用新型的反应器密封容器由立式简体、夹套及上下封头组成，其中上封头采用椭圆封头，下封头采用碟形封头。
本实用新型的工作原理如下：启动气液混合强化器，一般控制转子转速在1200～3000转/分钟之间，转子高速旋转促使液流激烈湍动，使转子周围的动能增加而位能减少，从而转子周围高动能的液体压力低于转子中心低动能的液体压力，形成负压状态，外源空气通过进气管，再经转子气孔被分散于液体中。液体从气液混合强化器的上部空间吸入，在叶轮的推动力下经定子射流通道喷射入液体中。由于水流喷射极强，空气分割成众多细小气泡，细小气泡缓慢上升，在水中停留时间长，因而空气中的氧充分被溶解和吸收，达到较高的传氧效果。这样通过气液混合强化器不断的在反应器底部引入外源气体，并被搅拌分散，周而复始，形成均匀的气液混合体系。其具体的外源空气的压力取决于气液混合强化器的结构尺寸、培养液性质、培养反应体系要求等多种因素，比如转子与反应器直径比愈大，转速愈高，液柱高度愈低、料液比重愈大，则外源空气可以适当降低。
通过功能组合和操作条件的改变，本实用新型可为各种微生物生长代谢的提供良好而满意的环境。
对比例1：
采用有效容积为1000L的“标准罐”进行黑曲糖化酶的发酵生产，在发酵时间137小时，酶活力为6635单位/毫升，酶的生成速率为48.43单位/毫升/小时。而采用100L的本实用新型的旋流、充气组合式生化反应器，在发酵时间136.5小时，酶活力单位已达9807单位/毫升，酶的生成速率为71.85单位/毫升/小时，是“标准罐”的1.5倍。同时旋流、充气组合式生化反应器具有高效的充气作用，其通气率为一般“标准罐”的25％～30％左右就能到达相同的产率。
应用旋流、充气组合式生化反应器，发酵醪含酶活力高，产酶速度快，技术经济指标比“标准罐”先进，能有效降低糖化酶成本。
对比例2：
采用有效容积为15L的“标准罐”进行柠檬酸的传统分批发酵，经过71小时的发酵，其产酸率达到10.8％，平均转化率为75.6％。而采用本实用新型的10L旋流、充气组合式生化反应器，在发酵时间62小时，其产酸率达到12.8％，转化率为96.0％。通过实验测试表明：旋流、充气组合式生化反应器其氧气有效转传输率能达到1.5～2.0kg/kw.h，比传统的通分搅拌系统提高50～70％，节约能耗50％左右。

Claims (10)

1、一种旋流、充气组合式生化反应器，它包括有搅拌器电机(1)、电机支架(2)、排气口(4)、接种或补料口(5)、刮沫器(6)、手孔或人孔(7)、进气管(9)、夹套(11)及罐体，其特征在于反应器上还装有轴流搅拌装置(8)、气液混合强化器(14)和挡板(10)，所述的轴流搅拌装置(8)采用下伸轴形式安装于反应器上层位置，所述的气液混合强化器(14)安装于反应器底部中央，所述的挡板(10)安装在反应器罐体内壁。
2、根据权利要求1所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的反应器上封头为椭圆封头，下封头为碟形、锥形或平底封头。
3、根据权利要求1所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的轴流搅拌装置(8)其配置的桨叶为三斜叶搅拌器，轴流方向向下，轴流搅拌装置(8)的搅拌轴上端装有机械密封(3)，下端设有轴承底座(12)，轴承底座(12)固定在反应器周壁上。
4、根据权利要求1所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的气液混合强化器(14)主要包括混合器电机(22)、底部托盘(20)、通气罩(17)、定子(18)、转子(19)及磁力传动件(21)，转子(19)配合定子(18)在定子(18)内高速运转。
5、根据权利要求4所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的转子(19)与混合器电机(22)的连接方式采用磁力传动及二级电机驱动。
6、根据权利要求4所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的定子(18)设有射流通道(23)。
7、根据权利要求6所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的定子(18)的射流通道(23)为倾斜设计，倾斜角度为8～32度，射流通道的数量为8～16个。
8、根据权利要求4所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的转子(19)的转子叶片(24)数量为3～6片。
9、根据权利要求8所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述转子叶片(24)为直叶或后掠式，转子(19)空腔壁上开有气孔(25)，气孔(25)数量为转子叶片(24)数量的1～2倍。
10、根据权利要求4所述的旋流、充气组合式生化反应器，其特征在于所述的转子(19)带有四氟套(16)，四氟套(16)固定在通气罩(17)上，转子(19)外侧面与四氟套(16)滑动连接。
CN 200520074807 2005-08-23 2005-08-23 旋流、充气组合式生化反应器 Expired - Fee Related CN2890062Y (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200520074807 CN2890062Y (zh) 2005-08-23 2005-08-23 旋流、充气组合式生化反应器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200520074807 CN2890062Y (zh) 2005-08-23 2005-08-23 旋流、充气组合式生化反应器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN2890062Y true CN2890062Y (zh) 2007-04-18

Family

ID=38020717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200520074807 Expired - Fee Related CN2890062Y (zh) 2005-08-23 2005-08-23 旋流、充气组合式生化反应器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN2890062Y (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732417A (zh) * 2012-06-15 2012-10-17 卢行娥 乳化式好氧发酵罐
CN103525689A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 南京工业大学 基因工程菌高密度培养用高溶氧生物反应器及培养控制方法
CN103667013A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 青岛百瑞吉生物工程有限公司 一种微生物固体发酵罐
CN104450511A (zh) * 2013-09-17 2015-03-25 常州新区三环生物工程成套设备有限公司 节能环流发酵罐
CN105713830A (zh) * 2014-09-24 2016-06-29 常州新区三环生物工程成套设备有限公司 一种节能发酵罐

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102732417A (zh) * 2012-06-15 2012-10-17 卢行娥 乳化式好氧发酵罐
CN102732417B (zh) * 2012-06-15 2013-06-19 卢行娥 乳化式好氧发酵罐
CN104450511A (zh) * 2013-09-17 2015-03-25 常州新区三环生物工程成套设备有限公司 节能环流发酵罐
CN103525689A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 南京工业大学 基因工程菌高密度培养用高溶氧生物反应器及培养控制方法
CN103667013A (zh) * 2013-12-18 2014-03-26 青岛百瑞吉生物工程有限公司 一种微生物固体发酵罐
CN105713830A (zh) * 2014-09-24 2016-06-29 常州新区三环生物工程成套设备有限公司 一种节能发酵罐

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5075234A (en) Fermentor/bioreactor systems having high aeration capacity
CN2890062Y (zh) 旋流、充气组合式生化反应器
CN101007997A (zh) 一种轴芯通气喷气助力式搅拌发酵罐
CN2649170Y (zh) 高效自吸式气液搅拌装置
CN205999383U (zh) 一种用于氨基酸生产的发酵罐
CN212451400U (zh) 一种便于清洗的复合微生物发酵罐
CN208649296U (zh) 气升式生物反应器
CN100358996C (zh) 半气升式射流供气发酵节能装置
CN201376917Y (zh) 厌氧反应器立体液流搅拌装置
CN1081479C (zh) 搅拌叶片单元
CN209759442U (zh) 一种具有双搅拌器的液体发酵罐
CN2334762Y (zh) 高溶氧发酵罐
CN101508486A (zh) 厌氧反应器立体液流搅拌装置
CN112791629B (zh) 立式双曲搅拌叶轮及其搅拌机
CN201834913U (zh) 一种大型发酵罐搅拌系统
CN209685762U (zh) 搅拌发酵系统
CN2204803Y (zh) 具有混合元件的双循环气升式发酵罐
CN213537403U (zh) 一种环保节能型曝气装置
CN2078322U (zh) 高粘度发酵气升式生物反应器
KR100498882B1 (ko) 축산폐수 전처리 장치
CN114107001A (zh) 一种大型的循环式通风发酵罐
CN2885873Y (zh) 气体闭路循环式生化反应器
CN2341984Y (zh) 曝气搅拌机
CN2457164Y (zh) 一种节能发酵罐
CN218202846U (zh) 一种生物制药用发酵罐

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070418

Termination date: 20120823