CN220079052U - 一种空气分布器及其应用的发酵罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体分布技术领域，具体公开一种空气分布器及其应用的发酵罐，该空气分布器包括进气管、接头和环形管，进气管与环形管相连接，环形管的外表面设置有多条排气管，环形管与每条排气管的连接处设置有接头，每条排气管的出气端设置有喷嘴，喷嘴包括进气段、连接段和出气段，进气段的一端与排气管相连通，进气段的另一端连通有连接段，出气段通过连接段与进气段相连通，将空气分布器设置在发酵罐内，通过空气分布器的喷嘴结构结合文丘理效应，能通过吸入罐体内发酵液来将打散气体，使气体被剪切成大量微小气泡，不仅增加了气液接触面积，提高了溶氧，同提升了空气的分散效率，并且加快了空气与发酵液进行相互混合时间。

Description

一种空气分布器及其应用的发酵罐

技术领域

本实用新型涉及气体分布的技术领域，特别涉及一种空气分布器及其应用的发酵罐。

背景技术

在好氧型的生物产品在发酵生产中。微生物生长代谢需要大量的溶于水中或发酵基质的氧气，俗称为溶解氧。由于氧在水中的溶解度很低，为使通入发酵基质中的氧能被微生物高效利用，科学技术人员从多方面入手，做了很多基础工作，主要是采用以下手段：一、通过增大发酵罐的高径比方法，延长氧在发酵罐中停留的时间，但这又导致了需要提高压缩空气压力，造成增加能耗等的问题；二、通过流体模拟，选用分散效果更佳的搅拌器的方法，这对提高溶氧、降低搅拌功耗、提高发酵生产水平有了很大帮助；在保证产品生产质量的情况下，主要是采用第二种方式进行发酵生产操作。

但是通过第二种方式进行发酵生产操作时，就需要保证罐体内的空气分布分散效果，就需要采用到空气分布器，但市面空气分布器存在以下问题：1、单管空气分布器，单管空气分布器结构简单，但不节能，容易产生气泛现象，空气分散效果差；2、环管多孔分布器与滤芯式微泡分布器，它们都是使空气从小孔或微孔排出，但很快就再次汇聚成团，而且很容易造成小孔堵塞，影响分布效果，更严重的会造成消毒灭菌不彻底，造成发酵生产污染；3、泰勒涡柱分布器，泰勒涡柱分布器虽然空气分布效果较好，但由于其结构的自身特点，椭圆球上安装的喷嘴有限，难以满足耗氧量大的发酵生产要求，而且其压力损失大，整体节能效果并不理想，所以迫切需要设计一个空气分散效果好的空气分布器来实现第二种方式进行好氧型的生物产品的发酵操作。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种空气分布器，解决了现有空气分布器气体分散效果差的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空气分布器，包括进气管、接头和环形管，所述进气管与环形管相连接，所述环形管的外表面设置有多条排气管，所述环形管与每条所述排气管的连接处设置有接头，以使排气管通过接头与环形管相连通，每条所述排气管的出气端设置有喷嘴，所述喷嘴包括进气段、连接段和出气段，所述进气段的一端与排气管相连通，所述进气段的另一端连通有连接段，所述出气段通过连接段与进气段相连通。

进一步描述，所述进气段出口处的直径与连接段的直径一致，所述出气段的进口处的直径与连接段的直径一致。

进一步描述，所述排气管的出气端外表面设置有外螺纹，所述喷嘴内壁设置内螺纹，以使喷嘴与排气管进行螺纹连接。

进一步描述，所述环形管相对与排气管的一侧表开设有排污口。

进一步描述，所述进气管远离进气口处设置有支撑板。

一种发酵罐，其包括罐体、旋转轴和多个搅拌桨叶，所述发酵罐还包括权如上所述的空气分布器，所述空气分布器设置在罐体内部，所述进气管的进气端贯穿罐体延伸到罐体外部。

需要说明的是，所述空气分布器的设置罐体内部。

进一步描述，所述旋转轴贯穿罐体，延伸到罐体内部，所述旋转轴的一端设置有驱动电机，所述旋转轴远离驱动电机的一端设置有搅拌桨叶。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过安装在环形管上的喷嘴，能使空气不断从每个喷嘴喷出，并将进气段出口处的直径和出气段的进口处设置成与连接段的直径一致，能将进气段内部的气流由粗变细，以使连接段内的气体压强减小，流速变大，同时将出气段的出气口处的尺寸设置大于连接段的直径，通过文丘理效应，从而使气体进行直线的排出，能连接段与出气段的连接处产生一个真空度，此形成文丘里效应，从而能将罐体内的发酵液通过出气段大于连接段的部分吸入到进气段内，当空气不断输送时，能通过吸入罐体内发酵液来打散气体，使气体被剪切成大量微小气泡，不仅增加了气液接触面积，提高了溶氧，同时也大大提高了氧气的传质速度，提升了空气的分散效率，并且加快了空气与发酵液进行相互混合时间。

附图说明

图1为本实用新型空气分布器与发酵罐的组合结构示意图；

图2为本实用新型空气分布器的主视图；

图3为本实用新型空气分布器的俯视图；

图4为本实用新型喷嘴中的气体和液体的流向图。

图中所述：进气管1、接头2、环形管3、排气管4、喷嘴5、进气段51、连接段52、出气段53、排污口6、罐体7、旋转轴8、搅拌桨叶9、驱动电机10、支撑板11、气体流动方向12、液体流动方向13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如附图1-4所示，本实用新型提供的一种空气分布器，包括进气管1、接头2和环形管3，进气管1与环形管3相连接，进气管1能外接上供气设备，从而能实现空气分布器的气体供应，环形管3的外表面设置有多条排气管4，环形管3与每条排气管4的连接处设置有接头2，以使排气管4通过接头2与环形管3相连通，后续在每条排气管4的出气端设置有喷嘴5；

气体从外部的供气设备输入到进气管1内，再通过进气管1将气体输送到环形管3中，通过在环形管3与排气管4的连接处设置有接头2，能将气体从环形管3输入到排气管4内，最后通过排气管4出气端的喷嘴5将气体排出，从而实现空气分布器的工作。

如附图1-4所示，喷嘴5包括进气段51、连接段52和出气段53，进气段51的一端与排气管4相连通，进气段51的另一端连通有连接段52，出气段53通过连接段52与进气段51相连通，其中，进气段51出口处的直径与连接段52的直径一致，出气段53的进口处的直径与连接段52的直径一致；

当空气从喷嘴5喷出时，并将进气段51的出口处直径和出气段53的进口处设置成与连接段52的直径一致，能将进气段51内部的气流由粗变细，能进一步使的连接段52内的气体压强减小，流速变大，从而能加快空气的排出，便于空气能快速进入到后续发酵罐内进行反应。

如附图1-4所示，排气管4的出气端外表面设置有外螺纹，喷嘴5内壁设置内螺纹，以使喷嘴5与排气管4进行螺纹连接，采用螺纹进行连接能便于喷嘴5，从而便于后续喷嘴5的清洁，无需将空气分布器整体拆卸后在对喷嘴5进行清洗。

如附图1、2、3和4所示，环形管3相对与排气管4的一侧表开设有排污口6，能通过排污口6能将空气分布器内部存在的污垢，通过排污口6能及时对空气分布器进行排污，可防止空气分布器污染，避免影响后续生产工序。

如附图1、2、3和4所示，进气管1远离进气口处设置有支撑板11，能通过设置有支撑板11，便于固定空气分布器。

如附图1所示，本实例还提供一种发酵罐，包括罐体7、旋转轴8和多个搅拌桨叶9和如上所述的空气分布器，空气分布器设置在罐体7内部，进气管1的进气端贯穿罐7体延伸到罐体7外部。

如附图1所示，旋转轴8贯穿罐体7，延伸到罐体7内部，旋转轴8的一端设置有驱动电机10，旋转轴8远离驱动电机10的一端设置有搅拌桨叶9，能通过启动驱动电机10来带动旋转轴8，当旋转轴8转动时能同步带动搅拌桨叶9的工作，以此实现发酵罐的搅拌操作，后续在配合设置在罐体7部的空气分布器，以使便于罐体7部生物产品进行发酵操作。

优选的，将空气分布器设置在底层搅拌桨叶9的下方。

后续通过支撑板11将空气分布器的进气管1固定在罐体7内壁，通过外接的供气设备对进气管1进行供气操作，从而能使气体通过进气管1进入到接头2在到环形管3内，由于压缩空气与发酵罐内压力差较大，气体能从喷嘴5喷出。

同时将进气段51出口处的直径和出气段53的进口处设置成与连接段52的直径一致，能将进气段51内部的气流由粗变细，能进一步使的连接段52内的气体压强减小，流速变大，同时将出气段51出气口处的尺寸设置大于连接段52的直径，通过文丘理效应，能使气体流动方向12与液体流动方向13如附图4所示，从而使气体进行直线的排出，能连接段52气段的连接处产生一个真空度，此形成文丘里效应，从而能将罐体7发酵液通过出气段大于连接段52分吸入到进气段51，当空气不断输送时，能通过吸入罐体7内的发酵液来将打散喷出的气体，使气体被剪切成大量微小气泡，不仅增加了气液接触面积，提高了溶氧，同时也大大提高了氧气的传质速度，并且加快了空气与发酵液进行相互混合时间，能实现气液混合，后续在通过搅拌桨叶9将气液混合的乳状液再由进行混合、循环、转送到整个发酵罐体。

通过上结构，能使空气的分布、破碎等都不依赖搅拌完成，后续在搅拌桨叶9搅拌仅起循环、混合的作用，能降低搅拌桨叶9的工作，以使能使搅拌功率大幅度降低，同时不会产生气泛（气泛指空气量超过搅拌的持气能力）现象。后续通过喷嘴5数量的设置，也可以根据不同发酵生产的要求来进行增减。而并且在排气管1的底部设置了排污口6，能有利于空气分布器的清洁和灭菌。

本发明用于发酵罐的空气分布时，气体在整个运行时的状况分析：

A、关于空气从排气连接口喷出的速度：根据理想气体状态方程，并据此推导出来的公式，可以根据喷嘴前后的压差，计算气体在离开环形管时的瞬时流速非常大，但马上随着出口压降损失的存在，开始发生变化。

B、关于压缩空气对发酵液的循环推动：压缩空气自身具有的压力势能，推动连接口附近的发酵液移动，转换为速度能。湍流状态的流体，继续不断向前推动，而之前被推走的发酵液，又被周边发酵液填充进来，形成一个循环状态。

C、关于气体在自混合变径喷嘴的速度和压强：根据伯努利方程，湍流状态的两相流体，压力和速度都在不断变化。在经过文丘里的变径结构处，流体流速进一步得到提升，但其内部压力降低，这就促使发酵液源源不断的获得更新、循环、混合。

在本实施中，能根据不同的生物发酵品种、规模，根据生物好氧需求的不同，设置排气管4与喷嘴5的数量在8～40个之间。

此外，本实施例所述的压缩空气离开排气管4的瞬时速度为30～100m/s，处于完全湍流状态，裹挟着发酵液，不断变化减弱，通过文丘里效应后，在经过喷嘴55后，速度又再次提升，此时瞬时速度达到5～10m/s。

此外，本实施例所述的排污口6应设置在环形管的最低位置，确保倾斜坡度大于1%，以利于排净。当空气分布器整体施工完成后，要进行打磨、抛光，以利于清洁、灭菌。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种空气分布器，包括进气管（1）、接头（2）和环形管（3），其特征在于：所述进气管（1）与环形管（3）相连接，所述环形管（3）的外表面设置有多条排气管（4），所述环形管（3）与每条所述排气管（4）的连接处设置有接头（2），以使排气管（4）通过接头（2）与环形管（3）相连通，每条所述排气管（4）的出气端设置有喷嘴（5），所述喷嘴（5）包括进气段（51）、连接段（52）和出气段（53），所述进气段（51）的一端与排气管（4）相连通，所述进气段（51）的另一端连通有连接段（52），所述出气段（53）通过连接段（52）与进气段（51）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种空气分布器，其特征在于：所述进气段（51）出口处的直径与连接段（52）的直径一致，所述出气段（53）的进口处的直径与连接段（52）的直径一致。

3.根据权利要求1所述的一种空气分布器，其特征在于：所述排气管（4）的出气端外表面设置有外螺纹，所述喷嘴（5）内壁设置内螺纹，以使喷嘴（5）与排气管（4）进行螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种空气分布器，其特征在于：所述环形管（3）相对与排气管（4）的一侧表开设有排污口（6）。

5.根据权利要求1所述的一种空气分布器，其特征在于：所述进气管（1）远离进气口处设置有支撑板。

6.一种发酵罐，其包括罐体（7）、旋转轴（8）和多个搅拌桨叶（9），其特征在于：所述发酵罐还包括权利要求1-5中任意一项所述的空气分布器，所述空气分布器设置在罐体（7）内部，所述进气管（1）的进气端贯穿罐体（7）延伸到罐体（7）外部。

7.根据权利要求6所述的一种发酵罐，其特征在于：所述旋转轴（8）贯穿罐体（7），延伸到罐体（7）内部，所述旋转轴（8）的一端设置有驱动电机（10），所述旋转轴（8）远离驱动电机（10）的一端设置有搅拌桨叶（9）。