CN112029634A - 一种搓泡式气体分布发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种搓泡式气体分布发酵罐，包括罐体和搅拌器，搅拌器从顶部***罐体内，搅拌器的搅拌轴上装有1～5层搅拌桨。罐体的底部安装有简易点式空气分布管或篦形空气分布管，供风设备通过进气口连接到简易点式空气分布管或篦形空气分布管，简易点式空气分布管或篦形空气分布管下部设有点式分布出气孔。每层搅拌桨的叶片为两片，一片为长叶片螺旋推进式桨叶，一片为短叶片螺旋推进式桨叶，长叶片是短叶片长度的1.5～2倍。本发明通过改变搅拌形式与在发酵罐底部加装空气分布器相结合，在发酵罐内形成搓泡式气体分散，改善了气液混合效果，在搅拌强度非常低的情况下提高了发酵过程液体溶氧的系数，有利于加快发酵反应速度。

Description

一种搓泡式气体分布发酵罐
技术领域
本发明属于化工生产设备技术领域，涉及一种发酵罐，具体涉及一种搓泡式气体分布发酵罐。
背景技术
发酵罐是一种生物反应器，生物反应器是指为微生物菌体或酶提供适宜的反应环境，进行细胞增殖或生产的装置。生物反应器为微生物菌体的生长和繁殖提供适宜的生长环境，促进菌体生产人们需要的产物。
现有的高通量输氧的好氧发酵罐一般通过两种方式输入氧气，一是标准自旋流通气式发酵罐，通过底部的气体分散器，将空气散发出来，然后使用搅拌桨将气泡打碎并搅拌均匀，搅拌过程中也会使气泡螺旋上升，增加了氧气利用率，该设计气泡仍较大，氧的利用率低，结构复杂、耗能较高、设备成本高；另一种设计是自吸式发酵罐，底部有电机和自吸盘，自吸盘连接有空气入口，电机带动自吸盘高速转动，形成局部真空，将空气吸入料液，空气在自吸盘的转动下被分散成微小气泡，料液随自吸盘的转动也发生旋转，小气泡形成螺旋上升至顶部，这种设计氧气利用率高，但该设计要在料液底部形成真空，能耗极高，通常适宜耗氧量很高的发酵。
目前国内大多采用机械搅拌通风发酵罐，为了提高液体溶氧系数，加快反应速度，通常通过加大通风量及加大搅拌功率来实现。但是加大通风量的效果并不理想，产生的氧的利用率低，并且能耗大。从生产中能耗的数据来看搅拌的能耗占到发酵的一半，随着社会发展，节能降耗是大势所趋，机械搅拌通风发酵罐的改革势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种搓泡式气体分布发酵罐，通过改进搅拌方式和简化空气进入液体的方式改善气液混合效果，以提高发酵过程液体溶氧的系数，加快发酵反应速度。
本发明的技术方案是：搓泡式气体分布发酵罐，包括罐体和搅拌器，搅拌器从顶部***罐体内，搅拌器的上部装有搅拌电机，搅拌器的搅拌轴上装有1～5层搅拌桨。罐体的上部设有进料口和尾气出口，底部设有出料口。罐体的底部安装有简易点式空气分布管或篦形空气分布管，供风设备通过进气口连接到简易点式空气分布管或篦形空气分布管，简易点式空气分布管或篦形空气分布管的下部分别设有点式分布出气孔。每层搅拌桨的叶片为两片，一片为长叶片螺旋推进式桨叶，一片为短叶片螺旋推进式桨叶，长叶片是短叶片长度的1.5～2倍。
简易点式空气分布管的下部均匀设有出气孔，每个出气孔出气辐射直径300～500mm发酵罐截面区域，出气孔的数量和孔径根据工艺要求和发酵罐直径设定。简易点式空气分布管适应于直径小于或等于2m的搓泡式发酵罐。篦形空气分布管由中间分配管和焊接在两侧的分布支管构成，分布支管的下部设有均匀分布的出气孔，每个出气孔出气辐射直径300～500mm发酵罐截面区域，出气孔的数量和孔径根据工艺要求和发酵罐直径确定。篦形空气分布管适应于直径大于2m的搓泡式发酵罐。
发酵罐的罐体内设有冷却盘管，冷却盘管为蛇管型结构，通过支撑件安装在罐体内壁的下部。冷却盘管上部设有冷却水出口，下部设有冷却水进口。搅拌桨的叶片的朝向为旋转时朝下推进物料。
本发明在发酵罐底部加装简易空气分布器(简易点式空气分布管或篦形空气分布管)，简易空气分布器的底部均匀分布多个方向朝下出气小孔，空气通过进气口进入发酵罐内与液体初步混合，通过特殊结构搅拌使气泡充分破碎和分散，增加了液体内的溶氧系数。特殊结构搅拌桨的核心结构为桨叶一边长一边短，使液体获得呈偏心搅拌方式，使搅拌的漩涡无规则偏离中心，并且通过对桨叶朝向调整，采用推进式搅拌模式，搅拌运行时管内液体呈无规则三维旋涡式流动。由于搅拌只需提供让液体呈三维旋涡式流动的推动力，搅拌的动力配备可以非常小，对于200cp以下粘度的物料发酵，搅拌的动力配备小于0.1KW/立方。而当前其它形式的发酵罐，对于200cp以下粘度的物料发酵配备的搅拌强度都在0.6～0.8KW/立方，主要原因是除了破碎气泡外，搅拌的大量动力花在液体的高速旋转上，并且桨叶边缘和中心的搅动强度差别非常巨大。本发明所指搓泡式气体分布发酵罐如得到推广，对发酵企业的节能降耗非常有益(发酵罐搅拌节能50％以上)。
本发明搓泡式气体分布发酵罐通过改变搅拌形式结合罐底的空气分布器，均匀简易点式分布进入空气，在发酵罐内形成搓泡式气体分布(即气泡一进入管底液体内，就一直被无规则三维旋涡式流动的液体充分均匀搓散分散分布于液体中)，改善了气液混合效果，有利于提高发酵过程液体溶氧的系数，加快发酵反应速度。
附图说明
图1为本发明搓泡式气体分布发酵罐的结构示意图；
图2为图1的A-A图；
图3为简易点式空气分布管的结构示意图；
图4为篦形空气分布管的结构示意图；
其中：1—搅拌电机、2—尾气出口、3—罐体、4—冷却盘管、5—搅拌桨、6—支架、7—进气口、8—简易点式空气分布管、9—进料口、10—搅拌器、11—冷却水出口、12—冷却水进口、13—出料口、14—支架、15—分配管、16—分布支管、17—篦形空气分布管。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本本发明保护的范围。
实施例1
本发明搓泡式气体分布发酵罐如图1所示，包括罐体3和搅拌器10，罐体的直径为2000mm，高为4500mm，用于柠檬酸发酵。搅拌器从顶部***罐体内，搅拌器的上部装有搅拌电机1，搅拌器的搅拌轴上装有三层搅拌桨5，每层搅拌桨叶片为两片，一片为长叶片、一片为短叶片，长叶片长度为500mm，短叶片的长度为300mm。搅拌桨5的叶片的朝向为搅拌旋转时向下推进物料。罐体的上部设有进料口9和尾气出口2，底部设有出料口13。罐体的底部设有简易点式空气分布管8，如图2所示，简易点式空气分布管8通过支架14安装在罐体的底部，供风设备通过进气口7连接到简易点式空气分布管，供风设备包括风机和空气过滤器。如图3所示，简易点式空气分布管为环形结构，用φ80mm的碳钢管围制而成，简易点式空气分布管的直径为1200mm。简易点式空气分布管的下部设有12个垂直向下的出气孔，出气孔的孔径为φ8mm。发酵罐的罐体3内设有冷却盘管4，冷却盘管为蛇管型结构，通过支撑件安装在罐体内壁的下部。冷却盘管上部设有冷却水出口11，下部设有冷却水进口12。冷却水出口连接到循环水罐，循环水罐出口通过循环水泵和换热器连接到冷却水进口。
本发明搓泡式气体分布发酵罐需要满足工艺条件为：⑴.温度：25～40℃；⑵压力：0～0.1MPa(表压)；⑶灭菌条件：温度100～140℃，压力0～0.3MPa(表压)；⑷pH：2～11；⑸需氧量：0.05～0.3kmo1/m3·h；⑹通气量：0.3～2VVM；⑺搅拌功率消耗：0.05～0.1kW/m3；⑻发酵热量：5000～20000kcal/m3·h。
微生物发酵生产中，由于通风搅拌和微生物呼出二氧化碳的作用，发酵罐内会产生大量的泡沫，泡沫会带给许多不利因素，如发酵罐的装料系数增加、液相体积氧传送系数增大等，泡沫过多时影响更为严重，导致大量逃液，污染环境，影响发酵的正常运行。本发明通过空气分布器和搅拌形式改变的结合使用，罐内液体产生三维旋涡流，将旋转产生泡沫进行剪切。试验数据表明，使用本发明减少了泡沫的产生，同时搅拌的电耗降低了60～90％。
实施例2
本发明另一种实施方式为罐体的底部设有篦形空气分布管17，篦形空气分布管17通过支架安装在罐体的底部。如图4所示，篦形空气分布管17为篦子型结构，由中间的分配管15和焊接在两侧的分布支管16构成。篦形空气分布管的材质为碳钢管，篦形空气分布管的外圆直径为1800mm，分配管的管径为φ150mm，分布支管的管径φ65mm，分布支管的下部设有垂直朝下的出气孔，出气孔均匀分布，出气孔的数量和孔径根据工艺要求确定。供风设备通过进气口7连接到分配管。本实例其它结构与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种搓泡式气体分布发酵罐，包括罐体(3)和搅拌器(10)，所述搅拌器从顶部***罐体内，搅拌器的上部装有搅拌电机(1)，搅拌器的搅拌轴上装有1～5层搅拌桨(5)；所述罐体的上部设有进料口(9)和尾气出口(2)，底部设有出料口(13)；其特征是：所述罐体的底部安装有简易点式空气分布管(8)或篦形空气分布管(17)，供风设备通过进气口连接到简易点式空气分布管或篦形空气分布管，所述简易点式空气分布管或篦形空气分布管的下部分别设有点式分布出气孔；每层搅拌桨的叶片为两片，一片为长叶片螺旋推进式桨叶，一片为短叶片螺旋推进式桨叶，所述长叶片是短叶片长度的1.5～2倍。
2.根据权利要求1所述的搓泡式气体分布发酵罐，其特征是：所述简易点式空气分布管(8)的下部均匀设有出气孔，每个出气孔出气辐射直径300～500mm发酵罐截面区域，所述出气孔的数量和孔径根据工艺要求和发酵罐直径设定。
3.根据权利要求1所述的搓泡式气体分布发酵罐，其特征是：所述篦形空气分布管(17)由中间的分配管(15)和焊接在两侧的分布支管(16)构成，所述分布支管的下部设有均匀分布的出气孔，每个出气孔出气辐射直径300～500mm发酵罐截面区域，所述出气孔的数量和孔径根据工艺要求和发酵罐直径确定。
4.根据权利要求1所述的搓泡式气体分布发酵罐，其特征是：所述发酵罐的罐体(3)内设有冷却盘管(4)，所述冷却盘管为蛇管型结构，通过支撑件安装在罐体内壁的下部；冷却盘管上部设有冷却水出口(11)，下部设有冷却水进口(12)。
5.根据权利要求1所述的搓泡式气体分布发酵罐，其特征是：所述搅拌桨(5)的叶片的朝向为旋转时朝下推进物料。
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