專利名稱：一種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種微生物發(fā)酵工程使用的發(fā)酵罐，尤其是一種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
目前傳統(tǒng)的發(fā)酵罐，多采用機(jī)械攪拌、單管通氣的方法，以攪拌漿的快速轉(zhuǎn)動(dòng)來打碎氣泡，進(jìn)行氣液均勻分布和傳質(zhì)、傳熱，這種方式要求攪拌必須強(qiáng)烈，因而需要大功率的電機(jī)帶動(dòng)攪拌裝置，不僅發(fā)酵過程的能耗過高，而且設(shè)備復(fù)雜、容易污染，發(fā)酵效果受到影響。氣升式發(fā)酵罐，以氣體的流動(dòng)帶動(dòng)罐內(nèi)發(fā)酵液循環(huán)，替代機(jī)械攪拌，降低了能耗， 簡(jiǎn)化了設(shè)備。但是目前使用的氣升式發(fā)酵罐依舊存在一些缺點(diǎn)，比如，由于采用氣體的流動(dòng)帶動(dòng)發(fā)酵液循環(huán)，使得罐體的高徑比大，對(duì)廠房高度有一定要求；空壓機(jī)要采取大功率工作才能滿足罐內(nèi)循環(huán)正常；罐內(nèi)空氣利用率低，未利用的空氣從排氣管排出，造成浪費(fèi)等等。 中國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)公告號(hào)CN2527566Y，公布了一種氣升式節(jié)能發(fā)酵罐，通過在罐內(nèi)安裝通心筒管，使得發(fā)酵液在噴頭的噴射氣流壓力帶動(dòng)下沿通心筒管向上流動(dòng)，到達(dá)頂部后，向四周擴(kuò)散，在筒管外重力回流。該發(fā)酵罐達(dá)到罐內(nèi)良好的循環(huán)效果，但是存在上述氣升式發(fā)酵罐的典型缺點(diǎn)，如，發(fā)酵液在通心筒管內(nèi)與壓縮空氣接觸混合，向上循環(huán)，但是到達(dá)發(fā)酵液面時(shí)，氣體逸散，造成空氣利用率低、浪費(fèi)的現(xiàn)象；發(fā)酵液在通心筒管外重力回流的過程中，溶氧量迅速下降，影響發(fā)酵效果等。由此可見，針對(duì)發(fā)酵罐技術(shù)需要重點(diǎn)解決的兩個(gè)問題，一是如何降低發(fā)酵過程中的能耗；二是如何提高空氣利用率。另外一種發(fā)酵罐采取機(jī)械攪拌和氣體分布器組合的方式，即綜合傳統(tǒng)發(fā)酵罐的攪拌技術(shù)與氣升式發(fā)酵罐的氣體分布技術(shù)。這種發(fā)酵罐發(fā)酵效果有一定提高，但是卻以高能耗，和復(fù)雜的設(shè)備作為代價(jià)。投入與產(chǎn)出比例并未得到實(shí)質(zhì)改觀。針對(duì)現(xiàn)有問題，本發(fā)明提出一種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐，以低能耗達(dá)到很好的發(fā)酵效果。
發(fā)明內(nèi)容—種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐。包括罐體(1)、保溫層(2)、外循環(huán)裝置(2. 3、 2. 4)、空氣進(jìn)氣管(3)、空氣進(jìn)氣管單向閥(3. 4)、空氣分布器(3. 1、3.2、3. 3)、內(nèi)循環(huán)裝置 (4、4.1、4.2、4.3)、發(fā)酵溫度感應(yīng)器(5)、進(jìn)料口(6)、消泡劑加入口(7)、罐蓋(8)、排氣口 (9)、壓力閥(10)、出料口(11)、加熱器(12)、保溫層進(jìn)出水口(2. 1、2. 2)、保溫層溫度感應(yīng)器(2. 5)、保溫層排氣口(2. 6)，在罐體和保溫層分別設(shè)置視窗(1. 1、2.7)以利于觀察。發(fā)酵罐電路連接到儀表控制器上，操作十分簡(jiǎn)便。發(fā)酵罐罐體及部件采用耐熱、耐酸堿不銹鋼材質(zhì)。該發(fā)酵罐不僅可以用于微生物發(fā)酵，還可以作為高溫滅菌器或反應(yīng)釜使用。罐體(1)底部設(shè)為倒錐形，倒錐形斜面與水平面呈10-45°角，優(yōu)選角度為20-30° 。罐體(1)倒錐形最下方設(shè)有內(nèi)循環(huán)管(4)入口，發(fā)酵液依靠重力進(jìn)入內(nèi)循環(huán)入口管，在內(nèi)循環(huán)泵(4. 1)的作用下，通過內(nèi)循環(huán)管(4)泵至發(fā)酵罐頂端，分成2-4個(gè)管，最后由內(nèi)循環(huán)噴頭(4.2)以細(xì)小液體流噴出，達(dá)到循環(huán)及充分接觸空氣的效果。在罐外內(nèi)循環(huán)管最低處設(shè)有排液閥門，內(nèi)循環(huán)管噴頭設(shè)置2-4個(gè)，內(nèi)循環(huán)管直徑與發(fā)酵罐直徑之比為 1 25-35，內(nèi)循環(huán)泵的功率為100-350瓦，發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液在3-7分鐘內(nèi)完全循環(huán)一次。罐體(1)底部設(shè)有空氣分布器，空氣分布器包括底座(3. 1)、導(dǎo)管(3.2)和蓮花噴頭(3.3)?？諝夥植计鞯鬃?3.1)焊接于進(jìn)氣管(3)上，呈圓柱形，下面封閉，側(cè)面開導(dǎo)管口，導(dǎo)管連接于底座上，導(dǎo)管末端連接蓮花噴頭。導(dǎo)管與蓮花噴頭設(shè)置10-50套。分布器外層導(dǎo)管比中間層導(dǎo)管直徑大，二者直徑比例為3-1. 2 1，外層和中間層導(dǎo)管呈喇叭形擴(kuò)大，至蓮花噴頭，蓮花噴頭外層比內(nèi)層大，二者直徑比例為3-1. 2 1，蓮花噴頭上的氣孔孔徑一致或最外圈稍大，外層噴頭上氣孔比內(nèi)層多。保溫層⑵設(shè)有外循環(huán)系統(tǒng)，包括外循環(huán)管(2. 3)和外循環(huán)泵(2. 4)，保溫層外循環(huán)管(2.3)入口設(shè)在進(jìn)水口(2.2)附近，連接罐外的外循環(huán)泵(2. 4)，而后進(jìn)入保溫層向上開口于保溫層頂部，外循環(huán)泵75-150瓦，間歇式工作，提供對(duì)罐體(1)的保溫及控溫，設(shè)備連接于儀表控制器上，通過電鈕開關(guān)調(diào)節(jié)控制。罐體進(jìn)氣管(3)設(shè)有單向閥門(3. 4)，在突然斷電的情況下，防止發(fā)酵液倒流，保護(hù)空氣過濾器。罐體(1)倒錐形最下方設(shè)有出料口(11)，出料口可以作為取樣口使用。罐體⑴外壁設(shè)有視窗(1. 1)，以利于觀察發(fā)酵情況。罐體(1)設(shè)有發(fā)酵溫度感應(yīng)器(5)，感應(yīng)器感應(yīng)頭深入發(fā)酵液下方20-30厘米，另一端接儀表控制器上。罐體(1)設(shè)有旋開式罐蓋(8)，可以作為投料口及人孔使用，開關(guān)方便，密閉良好。罐體(1)上設(shè)有進(jìn)料口(6)、消泡劑加入口(7)、排氣口(9)、壓力閥(10)。保溫層(2)設(shè)有進(jìn)出水口 (2. 2)和(2. 1)、視窗(2. 7)，上部設(shè)有排氣口 (2. 6)、溫度感應(yīng)器(2. 5)。本發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)是1.通過快速內(nèi)循環(huán)和空氣分布器，能夠使氣液充分混合均勻，提高空氣利用率，發(fā)酵效果好。2.發(fā)酵罐的徑高比下降，廠房高度降低；空壓機(jī)可以在較低功率下工作，即能達(dá)到供氣及循環(huán)的要求，節(jié)能。3.控制設(shè)備通過電路連接于儀表控制器上，操作簡(jiǎn)單，易于學(xué)會(huì)。4.本發(fā)酵罐制作成本低，能耗低(發(fā)酵能耗是同型號(hào)攪拌型的1/6至1/10)，適合推廣應(yīng)用。

圖1 發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖。1罐體、1. 1內(nèi)視窗、2保溫層、2. 1保溫層出水口、2. 2保溫層進(jìn)水口、2. 3外循環(huán)管、2. 4外循環(huán)泵、2. 5保溫層溫度感應(yīng)器、2. 6保溫層排氣口、2. 7外視窗、3進(jìn)氣管、3. 1空氣分布器底座、3. 2空氣分布器導(dǎo)管、3. 3蓮花噴頭、3. 4單向閥門、4內(nèi)循環(huán)管、4. 1內(nèi)循環(huán)泵、4. 2內(nèi)循環(huán)噴頭、4. 3內(nèi)循環(huán)排液閥門、5發(fā)酵溫度感應(yīng)器、6進(jìn)料口、 7消泡劑入口、8罐蓋、9排氣管、10壓力閥門、11出料口、12加熱器。圖2:發(fā)酵罐外俯視圖。圖3 內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)罐內(nèi)仰視圖。圖4 空氣分布器仰視圖及變形。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1結(jié)合附圖1、2、3、4，獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐，包括罐體(1)、保溫層(2)、外循環(huán)裝置(2.3、2.4)、空氣進(jìn)氣管(3)、空氣進(jìn)氣管單向閥(3.4)空氣分布器(3. 1、3. 2、3. 3)、內(nèi)循環(huán)裝置(4、4. 1、4.2、4. 3)、發(fā)酵溫度感應(yīng)器(5)、進(jìn)料口(6)、消泡劑加入口(7)、罐蓋(8)、 排氣口(9)、壓力閥(10)、出料口(11)、加熱器(12)以及視窗(1.1,2. 7)等，設(shè)備連接到儀表控制器上，利于操作。發(fā)酵罐中，罐體(1)下方倒錐形底部與水平面采用30°角?？諝膺M(jìn)氣管(3)沿罐體 (1)內(nèi)壁由上方進(jìn)入向下延伸，下端至罐底連接空氣分布器(3. 1、3.2、3.3)。內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)管(4)入口設(shè)在罐體底部，內(nèi)循環(huán)管入口連接到罐體外的內(nèi)循環(huán)泵(4. 1)，在罐外內(nèi)循環(huán)管最低處設(shè)有排液閥門(4.3)，再由內(nèi)循環(huán)管(4)回到罐體內(nèi)部，向上延伸至罐體頂部， 分開2個(gè)管，連接到內(nèi)循環(huán)噴頭(4.2)。保溫層外循環(huán)管(2.3)設(shè)在進(jìn)水口(2.2)附近，連接罐外的外循環(huán)泵(2. 4)，而后進(jìn)入保溫層向上開口于保溫層頂部，外循環(huán)泵間歇式工作， 提供對(duì)罐體(1)的保溫及控溫，設(shè)備連接于儀表控制器上，通過電鈕開關(guān)調(diào)節(jié)控制。工作狀態(tài)簡(jiǎn)述如下首先清洗罐體內(nèi)部，向罐中注入適量清水及發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)液，然后通過加熱器加熱，使罐內(nèi)溫度達(dá)到121°C，開啟內(nèi)循環(huán)，保持40min，滅菌，滅菌后關(guān)閉加熱器。通過進(jìn)水口向保溫層注入冷水，開啟外循環(huán)泵，使罐體內(nèi)部迅速降溫，達(dá)到所需溫度后， 關(guān)閉外循環(huán)泵。通過進(jìn)料口(6)接種，開啟排氣口，打開壓縮空氣泵及氣閥，壓縮空氣通過供氣管(3)進(jìn)入罐內(nèi)，氣體從空氣分布器均勻噴出。打開內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，發(fā)酵液循環(huán)，發(fā)酵過程中溫度等參數(shù)體現(xiàn)在儀表控制器上，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)控制發(fā)酵過程。實(shí)施例2與實(shí)施例1比較，罐體底部也可以設(shè)置成圓弧形，即倒錐形改成圓弧形，將內(nèi)循環(huán)管頂端設(shè)計(jì)成分開3(或4)個(gè)管，連接到內(nèi)循環(huán)噴頭。其他設(shè)計(jì)與實(shí)施例1相同。不再?gòu)?fù)述。實(shí)施例3與實(shí)施例2比較，空氣分布器可以設(shè)計(jì)成向上噴空氣，即空氣分布器向上設(shè)置，其他設(shè)計(jì)與實(shí)施例1相同。不再?gòu)?fù)述。實(shí)施例4與實(shí)施例2比較，進(jìn)氣管(3)設(shè)計(jì)成從罐底進(jìn)入，然后連接空氣分布器。其他設(shè)計(jì)與實(shí)施例1相同。本發(fā)明空氣分布器可根據(jù)罐體大小適當(dāng)增減導(dǎo)管與蓮花噴頭，內(nèi)循環(huán)管也可以設(shè)置多個(gè)入口和多個(gè)噴頭，外循環(huán)管的位置也可以調(diào)整，其變形均在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐，包括罐體(1)、保溫層(2)、外循環(huán)裝置(2. 3,2. 4)、 空氣進(jìn)氣管(3)、空氣進(jìn)氣管單向閥(3. 4)、空氣分布器(3. 1、3.2、3. 3)、內(nèi)循環(huán)裝置(4、 4.1、4.2、4.3)、發(fā)酵溫度感應(yīng)器(5)、進(jìn)料口(6)、消泡劑加入口(7)、罐蓋(8)、排氣口(9)、 壓力閥(10)、出料口(11)、加熱器(12)、保溫層進(jìn)出水口(2. 1、2. 2)、保溫層溫度感應(yīng)器 (2. 5)、保溫層排氣口(2. 6)，在罐體和保溫層分別設(shè)置視窗(1. 1,2. 7)以利于觀察；發(fā)酵罐電路連接到儀表控制器上，發(fā)酵罐罐體及部件采用耐熱、耐酸堿不銹鋼材質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于罐體最下方設(shè)有內(nèi)循環(huán)管(4)入口，內(nèi)循環(huán)管(4)連接罐外的內(nèi)循環(huán)泵(4. 1)，再連接內(nèi)循環(huán)管(4)，在罐外內(nèi)循環(huán)管最低處設(shè)有排液閥門(4.3)，內(nèi)循環(huán)管(4)自罐底進(jìn)入罐體內(nèi)，至發(fā)酵罐內(nèi)部頂端，分成2-4個(gè)管，最后連接內(nèi)循環(huán)噴頭(4.2)；內(nèi)循環(huán)噴頭設(shè)置2-4個(gè)；內(nèi)循環(huán)管入口設(shè)置1-4個(gè)；內(nèi)循環(huán)管直徑與發(fā)酵罐直徑之比為1 25-35。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于罐體底部設(shè)有空氣分布器，空氣分布器包括底座(3. 1)、導(dǎo)管(3. 2)和蓮花噴頭(3. 3)；空氣分布器底座(3. 1)焊接于進(jìn)氣管(3) 上，呈圓柱形，下面封閉，側(cè)面開導(dǎo)管口，導(dǎo)管焊接于底座上，導(dǎo)管末端連接蓮花噴頭，導(dǎo)管與蓮花噴頭設(shè)置10-50套，空氣分布器外層導(dǎo)管比中間層導(dǎo)管直徑大，二者直徑比例為 3-1.2 1，外層和中間層導(dǎo)管呈喇叭形擴(kuò)大，至蓮花噴頭，蓮花噴頭外層比內(nèi)層大，二者直徑比例為3-1. 2 1，蓮花噴頭上的氣孔孔徑一致或最外圈稍大，外層噴頭上氣孔比內(nèi)層多
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于保溫層(2)設(shè)有外循環(huán)系統(tǒng)，包括外循環(huán)管(2.3)和外循環(huán)泵(2. 4)，保溫層外循環(huán)管(2.3)入口設(shè)在進(jìn)水口(2.2)附近，連接罐外的外循環(huán)泵(2. 4)，而后進(jìn)入保溫層向上開口于保溫層頂部，外循環(huán)泵間歇式工作，提供對(duì)罐體(1)的保溫及控溫，設(shè)備連接于儀表控制器上，通過電鈕開關(guān)調(diào)節(jié)控制。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于進(jìn)氣管(3)設(shè)有單向閥(3.4)，在突然斷電的情況下，防止發(fā)酵液倒流，保護(hù)空氣過濾器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種獨(dú)立氣升式雙循環(huán)發(fā)酵罐。包括罐體(1)、保溫層(2)、外循環(huán)裝置(2.3、2.4)、空氣進(jìn)氣管(3)、空氣進(jìn)氣管單向閥(3.4)空氣分布器(3.1、3.2、3.3)、內(nèi)循環(huán)裝置(4、4.1、4.2、4.3)、發(fā)酵溫度感應(yīng)器(5)、進(jìn)料口(6)、消泡劑加入口(7)、罐蓋(8)、排氣口(9)、壓力閥(10)、出料口(11)、加熱器(12)、視窗(1.1、2.7)等。發(fā)酵罐電路連接到儀表控制器上。本實(shí)用新型所采用的設(shè)計(jì)科學(xué)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，能耗低，發(fā)酵效果好。具有很強(qiáng)的工業(yè)化實(shí)施性。
文檔編號(hào)C12M1/36GK202116539SQ2011201188
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者呂長(zhǎng)山, 王金玲, 高照亮 申請(qǐng)人:呂長(zhǎng)山, 王金玲