專利名稱：發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物工程設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于各種生物工程產(chǎn)品生產(chǎn)和實驗的發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
生物工程產(chǎn)品包括生物藥物、生物化學(xué)品、生物燃料、釀造食品(飲料等等)，與國計民生息息相關(guān)。這些產(chǎn)品的研究開發(fā)與制造，都離不開發(fā)酵罐，其規(guī)模由幾升到上千立方米，用于工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)酵罐容積，近年來呈現(xiàn)越來越大化的趨勢。但迄今所見到的發(fā)酵罐，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配管和閥門過多，不僅罐內(nèi)容易產(chǎn)生死角，增加清洗和滅菌的難度，而且操作麻煩，勞動強度大，能量效率低，易發(fā)生誤操作、滅菌不徹底的問題，造成生產(chǎn)損失。通氣、攪拌式發(fā)酵罐還存在氣-液混合和傳質(zhì)不良的問題，影響生產(chǎn)效率的提高。為了減輕勞動強度，減少操作差錯，提高能量效率和生產(chǎn)效率，本實用新型針別迄今發(fā)酵罐的缺點，對發(fā)酵罐及其配管的設(shè)計進行了改進。
發(fā)明內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種能夠強化氣-液混合以及提高傳質(zhì)效率的發(fā)酵罐。實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案如下發(fā)酵罐，罐體內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，罐體的底部設(shè)有連通該罐體內(nèi)部的第一管道，位于罐體外部的空氣管通過三通閥與該第一管道連接，在罐體的內(nèi)底面上設(shè)有空氣導(dǎo)流裝置， 該空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，空氣導(dǎo)流裝置的上端位于攪拌裝置的正下方。采用了上述方案，本實用新型將通氣的管道移到罐體的外部，空氣入口和料口合二為一，并取消了分氣分布管在罐體內(nèi)的布置，代之以空氣導(dǎo)流裝置。由于在發(fā)酵過程中空氣的持續(xù)流通，因而可以確保料口處無死角，不存料，不堵塞。通過空氣導(dǎo)流裝置，可強化氣-液混合，同時引導(dǎo)空氣至攪拌裝置的下層攪拌槳，強化對空氣泡的破碎作用，使空氣不至于走短路(即未經(jīng)攪拌破碎而直接上升)，提高氣-液傳質(zhì)效率。另外，通過攪拌裝置的徑向混合和軸向混合的復(fù)合型攪拌器，使氣-液混合、液-液混合和傳質(zhì)的效率提高，且所需能量更省。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的說明。
圖1為本實用新型發(fā)酵罐的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為空氣導(dǎo)流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖中，1為罐體，2為外盤管，3為內(nèi)盤管，4為上層攪拌槳，5為中層攪拌槳，6為下層攪拌槳，7為空氣導(dǎo)流裝置，8為擋板，9為玻璃，10為分叉蒸氣管，11為快開蓋，12為壓力表，13為空氣管，14為物料管，15為排水管，16為排氣管，17為高壓蒸氣管，18為攪拌軸， 20為排料管，21為預(yù)過濾器、22為精過濾器，23為電極口，24為三通閥，25為T型三通球閥， 26為蒸氣閥，27為排氣閥，觀為取樣球閥，29為取樣管，30為第一管道，33為進氣管，34為喉管，35為出氣管，36為支架。
具體實施方式
參照圖1和圖2，本實用新型的發(fā)酵罐，其主要由罐體1、布置在罐體1內(nèi)部的攪拌裝置和空氣導(dǎo)流裝置7、以及布置在罐體外部的管道構(gòu)成，下面分別對每一部分進行詳細說明攪拌裝置設(shè)置在罐體1內(nèi)，攪拌裝置包括攪拌軸27以及固定在該攪拌軸上的上層攪拌槳4、中層攪拌槳5以及下層攪拌槳6。上層攪拌槳4為水翼推進槳式的上層攪拌槳，例如窄長水翼漿HE-3、短翼漿MaXf0l-T、LagntninA315等，其剪切作用不強，主要作用是軸向混。中層攪拌槳5為彎葉或箭葉圓盤渦輪式的中層攪拌槳，中層攪拌槳5的主要作用是徑向混合，這樣利于使物料混合得更為均勻，它的功率消耗低于同樣是徑向混合的平葉圓盤渦輪式攪拌槳。下層攪拌槳6為拋物面葉或半管葉圓盤渦輪式的下層攪拌槳，下層攪拌槳 6具有很強的剪切力，主要用于剪切并打碎從空氣導(dǎo)流裝置輸出的空氣泡，而自身消耗的能量也小。通過三種形式的攪拌槳的組合，可以使發(fā)酵物達到較為理想的混合和傳質(zhì)效果，各層攪拌槳之間的距離以及下層攪拌槳6至罐底的距離按常規(guī)距離設(shè)計。在發(fā)酵過程中，通入壓縮空氣也是必要的一環(huán)，因此，在罐體的底部設(shè)置了一個連通該罐體內(nèi)部的第一管道30，該第一管道為三通管。作為氣體的輸入來說，分為壓縮空氣輸入以及蒸氣輸入。位于罐體1外部的空氣管13通過三通閥M與該第一管道30連接，三通閥M為L型的三通球閥，該三通閥M上還連接一個排料管20?？諝夤苌线B接一個過濾裝置，該過濾裝置包括串聯(lián)的預(yù)過濾器21、精過濾器22，在預(yù)過濾器21和精過濾器22上均安裝有耐高溫的壓力表12，在預(yù)過濾器21前設(shè)置兼作空氣閥和蒸氣閥的L型的三通球閥，另外，在罐體上連接一個通入到罐體內(nèi)部的高壓蒸氣管17，在罐體外壁上設(shè)有外盤管2，以及在罐體內(nèi)設(shè)有內(nèi)盤管3，外盤管2和內(nèi)盤管3均通入冷卻水，內(nèi)盤管3通過L型的三通球閥連接一個排水管15，該排水管15接至貯水罐或涼水塔。空氣導(dǎo)流裝置7設(shè)置在罐體的內(nèi)底面上，空氣導(dǎo)流裝置7將來自于第一管30道輸出的壓縮空氣進行收集，并將發(fā)酵液吸入，然后對壓縮空氣以及發(fā)酵液進行收縮及混合，最后噴射至下層攪拌槳6進行剪切?？諝鈱?dǎo)流裝置7包括支架36以及空氣導(dǎo)流管。支架36 由3至4根角鋼組成，這些角鋼的一端焊接固定在罐體內(nèi)壁上，支架的另一端與空氣導(dǎo)流管連接?？諝鈱?dǎo)流管包括喇叭狀的進氣管33、喇叭狀的出氣管35以及位于該進氣管和出氣管之間的喉管34。將進氣管33設(shè)計成喇叭狀，是為了便于使從第一管道30輸出的空氣進入到進氣管33中，同時也便于使壓縮空氣進入進氣管33時將發(fā)酵液也吸入到進氣管中。將出氣管設(shè)計成喇叭狀，是為了擴大輸出面積，增加下層攪拌槳6與壓縮空氣的接觸面積，提高壓縮空氣的剪切效率。將喉管34布置在進氣管和出氣管之間，以及進氣管和出氣管均為喇叭形狀，顯然地，喉管34的管徑要小于進氣管和出氣管的口徑，喉管的內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的0. 4-0. 8倍，進氣管和出氣管的管口內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的1. 2-2. 0倍。正是因為這樣的結(jié)構(gòu)，當從進氣管33輸出的壓縮空氣和發(fā)酵液進入到喉管34時，在喉管內(nèi)會形成一個收縮的過程，在該收縮的過程中，壓縮空氣和發(fā)酵液在喉管內(nèi)進行混合，從喉管輸出的氣-液混合物在出氣管中再次進行混合，這樣利于提高氣-液混合均勻度。為了進一步使氣-液混合良好，出氣管35的高度大于進氣管33的高度。由于第一管道的作用不但讓壓縮空氣通過，而且還讓物料從該第一管道排出，因此空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，即空氣導(dǎo)流裝置與第一管道的輸出口之間是有間距的，而進氣管33的管口與第一管道管口之間的間距也是由支架36來保證的。進氣管管口與第一管道管口之間的間距為第一管道內(nèi)徑的0. 5-1倍。此外，為了獲得下層攪拌槳6對出氣管35輸出的氣-液混合物具有更好地剪切效果，下層攪拌槳6與出氣管35之間的間距第一管道內(nèi)徑的0. 5-1倍。罐體1外設(shè)置一個物料管14，該物料管的一端與第一管道30連接，物料管的另一端與一個接種分配站連接。物料管不僅是排出物料，其還作為接種管，于是這個物料管與接種管合二為一，并連接到由T型三通球閥25串連組成的接種分配站。由于接種和打料不會同時操作，因而這種設(shè)計不影響工藝過程的實施。由T型三通球閥25組成的接種站結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和維修方便，無死角，操作簡單、靈活。接種分配站的一端連接另外的預(yù)過濾器 21和精過濾器22，這兩個過濾器接用于收壓縮空氣，在發(fā)酵運轉(zhuǎn)中保壓，可避免頻繁滅菌， 從而節(jié)約蒸氣。接種分配站的另一端連接取樣管四，在取樣管四上設(shè)有取樣球閥，取樣時先用接種站上的壓縮空氣沖刷物料管14，這樣取樣時不用放料，取得的樣品為實時發(fā)酵樣品，避免取出管道內(nèi)的存料，由于各發(fā)酵罐的取樣操作不可能同時進行，所以這一設(shè)計不會造成操作沖突。T型三通球閥25的與一個蒸氣閥沈連接，該蒸氣閥通過管道通入到罐體1 內(nèi)，這一蒸氣閥通過該T型三通球閥25的切換，可用來對發(fā)酵罐滅菌，或?qū)諝膺^濾器進行反向滅菌。本實用新型的發(fā)酵罐具具有以上結(jié)構(gòu)外，在罐體1內(nèi)壁處根據(jù)罐體容積大小以均勻的間距布置4塊擋板8。罐體1內(nèi)上方設(shè)置用于沖洗兩塊視玻璃9的分叉蒸氣管10，該蒸氣管在罐體1外的部分安裝一蒸氣閥沈，罐體1的頂部開圓形或橢圓形人孔及快開蓋11。 罐體1的頂部設(shè)置一排氣管16，在排氣管16上設(shè)置有排氣閥27，該排氣閥的內(nèi)側(cè)安裝耐高溫的壓力表12。在罐體1中部設(shè)有電極口 23。上述實施方式只是為了說明本實用新型的結(jié)構(gòu)及作用，并非是對本實用新型的限制，凡在本實用新型的權(quán)利要求范圍內(nèi)作出的改動，均會落入到本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.發(fā)酵罐，罐體內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，其特征在于罐體的底部設(shè)有連通該罐體內(nèi)部的第一管道，位于罐體外部的空氣管通過三通閥與該第一管道連接，在罐體的內(nèi)底面上設(shè)有空氣導(dǎo)流裝置，該空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，空氣導(dǎo)流裝置的上端位于攪拌裝置的正下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于空氣導(dǎo)流裝置包括支架以及空氣導(dǎo)流管，支架的一端固定在罐體內(nèi)壁上，支架的另一端與空氣導(dǎo)流管連接，空氣導(dǎo)流管包括喇叭狀的進氣管、喇叭狀的出氣管以及位于該進氣管和出氣管之間的喉管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述喉管的內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的 0. 4-0. 8倍，進氣管和出氣管的管口內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的1. 2-2. 0倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)酵罐，其特征在于進氣管管口與第一管道管口之間的間距，以及出氣管管口與攪拌裝置之間的間距均為第一管道內(nèi)徑的0. 5-1倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)酵罐，其特征在于出氣管的高度大于進氣管的高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述攪拌裝置包括攪拌軸以及固定在該攪拌軸上的上層攪拌槳、中層攪拌槳以及下層攪拌槳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述上層攪拌槳為水翼推進槳式的上層攪拌槳，中層攪拌槳為彎葉或箭葉圓盤渦輪式的中層攪拌槳，下層攪拌槳為拋物面葉或半管葉圓盤渦輪式的下層攪拌槳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述罐體上連接一個通入到罐體內(nèi)部的高壓蒸氣管，在罐體外壁上設(shè)有外盤管，以及在罐體內(nèi)設(shè)有內(nèi)盤管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于所述罐體外設(shè)置一個物料管，該物料管的一端與第一管道連接，物料管的另一端與一個接種分配站連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物發(fā)酵消泡裝置，其特征在于空氣管上連接一個過濾裝置，該過濾裝置包括串聯(lián)的預(yù)過濾器、精過濾器。
專利摘要本實用新型公開了一種發(fā)酵罐，罐體內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，罐體的底部設(shè)有連通該罐體內(nèi)部的第一管道，位于罐體外部的空氣管通過三通閥與該第一管道連接，在罐體的內(nèi)底面上設(shè)有空氣導(dǎo)流裝置，該空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，空氣導(dǎo)流裝置的上端位于攪拌裝置的正下方。本實用新型的發(fā)酵罐能夠強化氣-液混合以及提高傳質(zhì)效率。
文檔編號C12M1/02GK201981186SQ2011200879
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者徐親民, 李德高 申請人:徐親民, 李德高