專利名稱：一種臥式液態(tài)發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)酵罐，尤其是一種應(yīng)用于工業(yè)化大生產(chǎn)中的好氣性微生物 臥式液態(tài)發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
通常好氣性微生物發(fā)酵罐都是立式的，且內(nèi)部有攪拌系統(tǒng)、冷卻散熱系統(tǒng)以及通 氣排氣裝置等。隨著工業(yè)大生產(chǎn)發(fā)酵規(guī)模不斷擴大，單臺發(fā)酵罐直徑、高度也成倍增加。發(fā) 酵罐直徑從過去2m 4m增至現(xiàn)在的4m IOm ；高度從過去5m IOm增至現(xiàn)在的IOm 20m。由于攪拌功率與攪拌器直徑的平方成正比、通氣壓力與發(fā)酵罐內(nèi)液層高度成正比，因 此發(fā)酵罐體積擴大后攪拌功率成倍上升、通氣壓力迅速上升，最終導(dǎo)致能耗大幅增加。為降低能耗，近年開發(fā)有立式無攪拌射流發(fā)酵罐，其利用壓縮空氣壓力能，通過射 流裝置使氣液均質(zhì)并轉(zhuǎn)化為高速射流，再借助罐內(nèi)導(dǎo)流裝置，帶動發(fā)酵液循環(huán)、使微生物發(fā) 酵過程在罐內(nèi)均勻進(jìn)行。但為克服液層靜壓力和轉(zhuǎn)化高速射流所需壓力能，其空氣進(jìn)罐壓 力遠(yuǎn)大于帶攪拌的普通通氣發(fā)酵罐所需壓力，雖然省卻了攪拌功率消耗，而空壓機出口壓 力上升導(dǎo)致電耗上升，此消彼長，射流無攪拌發(fā)酵罐并不節(jié)能。況且部分生產(chǎn)菌不能在高速 射流的環(huán)境中生長代謝，不能應(yīng)用，因此其實際應(yīng)用范圍非常有限，需要改進(jìn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種氣液混合效 果良好、發(fā)酵效率高，且能耗低無需攪拌裝置的好氣性臥式液體發(fā)酵罐。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種臥式液體發(fā)酵罐，其包 括罐體、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)，所述罐體上設(shè)置有料液進(jìn)出口、出氣氣帽及各種 必要的管道接口 ；所述冷卻系統(tǒng)至少包括設(shè)置在罐體內(nèi)的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻 液進(jìn)口管與出口管，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、及與進(jìn)氣管相連通的氣液混合器，所述排氣 系統(tǒng)包括排氣管，其特征在于所述冷卻裝置是由環(huán)形螺旋管橫向設(shè)置在罐體內(nèi)，形成兩端 開口的圓筒狀結(jié)構(gòu)；所述氣液混合器設(shè)置在前述環(huán)形螺旋管的筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，使罐體內(nèi)的發(fā) 酵氣液在氣液混合器的推動下，沿著環(huán)形螺旋管作內(nèi)外循環(huán)運動，環(huán)形螺旋管同時構(gòu)成發(fā) 酵罐內(nèi)引起液體強制循環(huán)的“導(dǎo)流筒”。作為改進(jìn)，所述環(huán)形螺旋管由小直徑圓管卷制成的2 3圈不同環(huán)形直徑的螺旋 管組成，并分為并聯(lián)的數(shù)段，每段環(huán)形螺旋管分別設(shè)有相應(yīng)的冷卻液進(jìn)口管與出口管。所述 環(huán)形螺旋管中心軸線平行于罐體的中心線。作為優(yōu)選，所述小直徑圓管是DN25 DN100的無縫鋼管。進(jìn)一步改進(jìn)，所述氣液混合器采用旋流混合器，呈多級并聯(lián)，沿螺旋管的中心軸線 設(shè)置在每段環(huán)形螺旋管內(nèi)，且每級旋流混合器分別通過進(jìn)氣支管與進(jìn)氣管相通。旋流混合 器是無菌空氣的進(jìn)氣裝置，空氣在其中渦旋通道內(nèi)噴射旋轉(zhuǎn)流出，吸引附近液體帶入其中， 并與氣體強制混合后呈乳化狀導(dǎo)出旋流混合器。由于在發(fā)酵罐簡體長度方向，布置多個旋
3流混合器，使“導(dǎo)流筒”內(nèi)的液層宏觀上逐步沿發(fā)酵罐軸向推進(jìn)，其外圍液層自然往相反方 向推進(jìn)，從而形成循環(huán)。此循環(huán)不同于普通發(fā)酵罐內(nèi)通過機械攪拌器建立的循環(huán)，沒有機械 剪切對微生物細(xì)胞的損害。作為改進(jìn)，所述排氣系統(tǒng)還包括出氣管、高效旋擊氣液分離器與液體回流管，所述 出氣管的一端與出氣氣帽相連，另一端連接氣液分離器，所述氣液分離器上連接有排氣管 與液體回流管，由出氣管帶來的氣液固混合物經(jīng)氣液分離器處理后，分離出來的固、液物通 過回流管回流，分離出來的氣體由排氣管排出。作進(jìn)一步改進(jìn)，所述回流管連接至發(fā)酵罐內(nèi) 氣液混合器中心入口附近，便于回流物被弓I出、分流，再進(jìn)一步改進(jìn)，所述罐體還設(shè)置有回氣系統(tǒng)，所述回氣系統(tǒng)包括氣體循環(huán)管和氣 體混合器，所述氣體循環(huán)管與氣液分離器相連，所述氣體混合器與進(jìn)氣系統(tǒng)相通，氣液分離 器中的部分氣體通過氣體循環(huán)管連接進(jìn)入氣體混合器，在氣體混合器的作用下，被無菌空 氣抽吸，通過進(jìn)氣系統(tǒng)連接至罐內(nèi)再次循環(huán)使用。作為優(yōu)選，所述氣體混合器為文氏管式氣體混合器，無菌空氣在其中通過時，產(chǎn)生 壓力變化，抽吸部分發(fā)酵出氣并與之混合。作為改進(jìn)，所述氣體循環(huán)管上設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥門，用以調(diào)節(jié)控制氣體的流量。再改進(jìn)，所述的冷卻液進(jìn)、出口管、排氣管以及各個進(jìn)氣支管上分別設(shè)置有流量調(diào) 節(jié)閥。可以對罐體內(nèi)的溫度、空氣通量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。進(jìn)一步改進(jìn)，所述冷卻系統(tǒng)還包括設(shè)置在發(fā)酵罐外表面的薄層環(huán)形帶構(gòu)成的外冷 卻裝置，用以提高冷卻效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在罐體內(nèi)設(shè)置環(huán)形螺旋管結(jié)構(gòu)的冷卻裝置，并且采 用旋流混合器沿環(huán)形螺旋管中心軸線安裝，使得環(huán)形螺旋管成為氣液循環(huán)的“導(dǎo)流筒”，替 代了傳統(tǒng)的攪拌裝置，通過混合、循環(huán)，氣液兩相流被均質(zhì)、乳化，氣體被分散成細(xì)小的氣 泡，延長了在液層中的停留時間，大大提高了提高發(fā)酵液中的溶解氧濃度，同時提高了發(fā)酵 效率，而且由于沒有機械剪切對微生物細(xì)胞的損害，有助于發(fā)酵產(chǎn)物的生成和提?。贿€設(shè)置 有回氣裝置，使得20% 50%的發(fā)酵出氣被循環(huán)利用，增加了其在發(fā)酵罐內(nèi)的停留時間及 其氧利用效率，并且無菌空氣進(jìn)發(fā)酵罐壓力僅是傳統(tǒng)立式發(fā)酵罐的1/2 1/4左右，使得發(fā) 酵配套空壓機的產(chǎn)氣流量減小、排氣壓力降低，從而大幅節(jié)約電能。本實用新型的臥式發(fā)酵 罐結(jié)構(gòu)新型、氣液混合效果良好、發(fā)酵效率高，綜合節(jié)能可達(dá)50% 80%，適用于好氣性微 生物液態(tài)發(fā)酵。

圖1為本實用新型實施例的臥式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種臥式液態(tài)發(fā)酵罐，包括罐體1、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及 回氣系統(tǒng)，所述罐體的前端頂部設(shè)置有料液進(jìn)口 2、后端頂部設(shè)置有出氣氣帽9，罐體1的前 端底部設(shè)置有料液出口 14，罐體1上還設(shè)置有各種必要的管道接口，為便于出料，發(fā)酵罐安 裝時可略微向出口 14傾斜，這樣也有利于發(fā)酵出氣向氣帽9匯聚。所述冷卻系統(tǒng)包括貼在發(fā)酵罐外表面的薄層環(huán)形帶構(gòu)成的外冷卻裝置和設(shè)置在罐體內(nèi)的冷卻裝置以及與之相連 接的冷卻液進(jìn)口管15與出口管16，所述冷卻裝置是由小直徑圓管卷制成的2圈直徑不同 的環(huán)形螺旋管12組成，所述環(huán)形螺旋管12橫向設(shè)置在平行于罐體1中心線的方向上，形成 兩端開口的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述環(huán)形螺旋管12分為并聯(lián)的三段，相應(yīng)進(jìn)出接管15、16為三進(jìn) 三出，在每段進(jìn)出管15、16上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥17，環(huán)形螺旋管12同時起到了發(fā)酵液在其 內(nèi)外循環(huán)的“導(dǎo)流筒”的作用。所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管3、進(jìn)氣支管10及氣液旋流混合器 13，所述旋流混合器13為并聯(lián)三級，分別設(shè)置在每段環(huán)形螺旋管12內(nèi)，每級旋流混合器13 分別通過進(jìn)氣支管10與進(jìn)氣管3相通，每個進(jìn)氣支管10上均設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥18，無菌空 氣通過進(jìn)氣管3、進(jìn)氣支管10通入氣液旋流混合器13，氣流由中心向四周呈渦旋噴出，產(chǎn)生 相對低壓區(qū)，吸引周邊發(fā)酵液體進(jìn)入旋流混合器13，從前一級旋流混合器13出來的氣液混 合物被吸入下一級旋流混合器13，進(jìn)入其中的空氣流量可通過調(diào)節(jié)閥18進(jìn)行控制，由于環(huán) 形螺旋管12相當(dāng)于“導(dǎo)流筒”，如圖1中箭頭所示，發(fā)酵液在其內(nèi)部向氣帽9方向運動，遇罐 體1折返，在其外圍向料液出口 14方向運動，形成循環(huán)。 所述排氣系統(tǒng)包括排氣管7、出氣管8、高效旋擊氣液分離器5與液體回流管6，所 述出氣管8的一端與出氣氣帽9相連，另一端連接氣液分離器5，所述氣液分離器5上連接 有排氣管7與液體回流管6，發(fā)酵過程產(chǎn)生的代謝氣體、未被利用的空氣匯集在氣帽9內(nèi)，并 通過出氣管8引出發(fā)酵罐，而后進(jìn)入高效旋擊氣液分離器5，經(jīng)氣液分離器處理后，出氣中 夾帶的液沫、固形物等在其中被分離，通過回流管6引入到旋流混合器13中心入口附近，被 其加速引流，分離出來的氣體分兩部分引出，一部分通過回氣系統(tǒng)的氣體循環(huán)管4，被引入 到文氏管式氣體混合器19，無菌空氣通過文氏管式氣體混合器19時，產(chǎn)生抽吸作用，將該 部分發(fā)酵出氣通過進(jìn)氣總管再次進(jìn)入發(fā)酵罐，形成循環(huán)，此部分循環(huán)利用的氣體可通過閥 門21調(diào)節(jié)，約占總出氣量的20% 50%;高效旋擊氣液分離器5內(nèi)的另一部分氣體通過排 氣管7、排氣調(diào)節(jié)閥20排出。
權(quán)利要求一種臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其包括罐體、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)，所述罐體上設(shè)置有料液進(jìn)出口、出氣氣帽及各種必要的管道接口，所述冷卻系統(tǒng)至少包括設(shè)置在罐體內(nèi)的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進(jìn)口管與出口管，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、及與進(jìn)氣管相連通的氣液混合器，所述排氣系統(tǒng)包括排氣管，其特征在于所述冷卻裝置是由環(huán)形螺旋管橫向設(shè)置在罐體內(nèi)，形成兩端開口的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述氣液混合器設(shè)置在環(huán)形螺旋管的筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，使罐體內(nèi)的發(fā)酵液在氣液混合器的推動下，沿著環(huán)形螺旋管作內(nèi)外循環(huán)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述環(huán)形螺旋管采用直徑為 DN25 DmOO的無縫鋼管卷制、由2 3圈不同環(huán)形直徑的螺旋管組成，并橫向分為并聯(lián)的 數(shù)段，每段環(huán)形螺旋管分別設(shè)有相應(yīng)的冷卻液進(jìn)口管與出口管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述氣液混合器采用旋流混合 器，呈多級并聯(lián)，沿螺旋管的中心軸設(shè)置在每段環(huán)形螺旋管內(nèi)，且每級旋流混合器分別通過 進(jìn)氣支管與進(jìn)氣管相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述排氣系統(tǒng)還包括出氣管、 高效旋擊氣液分離器與液體回流管，所述出氣管的一端與出氣氣帽相連，另一端連接氣液 分離器，所述氣液分離器上連接有排氣管與液體回流管，由出氣管過來的氣液固混合物經(jīng) 氣液分離器處理后，分離出來的固、液物通過液體回流管回流至發(fā)酵罐內(nèi)氣液混合器中心 入口附近而被分流，分離出來的氣體由排氣管排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述罐體還 設(shè)置有回氣系統(tǒng)，所述回氣系統(tǒng)包括氣體循環(huán)管和氣體混合器，所述氣體循環(huán)管與氣液分 離器相連，所述氣體混合器與進(jìn)氣系統(tǒng)相通，氣液分離器中的部分氣體經(jīng)過氣體循環(huán)管連 接進(jìn)入氣體混合器，在氣體混合器的作用下，被無菌空氣抽吸，通過進(jìn)氣系統(tǒng)連接至罐內(nèi)再 次循環(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述氣體混合器為文氏管式氣 體混合器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述氣體循環(huán)管上設(shè)置有流量 調(diào)節(jié)閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述的冷卻 液進(jìn)、出口管、排氣管以及各個進(jìn)氣支管上分別設(shè)置有流量調(diào)節(jié)閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述冷卻系 統(tǒng)還包括設(shè)置在發(fā)酵罐外表面的薄層環(huán)形帶構(gòu)成的外冷卻裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其特征在于所述環(huán)形螺 旋管設(shè)置在平行于罐體中心軸的方向上。
專利摘要一種臥式液態(tài)發(fā)酵罐，其包括罐體、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)，所述罐體上設(shè)置有料液進(jìn)出口、出氣氣帽及各種必要的管道接口，所述冷卻系統(tǒng)至少包括設(shè)置在罐體內(nèi)的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進(jìn)口管與出口管，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括進(jìn)氣管、及與進(jìn)氣管相連通的氣液混合器，所述排氣系統(tǒng)包括排氣管，其特征在于所述冷卻裝置是由環(huán)形螺旋管橫向設(shè)置在罐體內(nèi)，形成兩端開口的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述氣液混合器設(shè)置在環(huán)形螺旋管的筒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，使罐體內(nèi)的發(fā)酵氣液在氣液混合器的推動下，沿著環(huán)形螺旋管作內(nèi)外循環(huán)運動。所述發(fā)酵罐還設(shè)置有回氣裝置，可回收利用部分發(fā)酵出氣。本實用新型的臥式發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)新型、氣液混合效果良好、發(fā)酵效率高，無需攪拌裝置，綜合節(jié)能可達(dá)50％～80％，適用于好氣性微生物液態(tài)發(fā)酵。
文檔編號C12M1/04GK201704320SQ2010202122
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者陸飛浩 申請人:陸飛浩