自吸式氣升發(fā)酵罐的制作方法
【專利摘要】一種自吸式氣升發(fā)酵罐，包括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導(dǎo)流裝置以及設(shè)于罐體上的進氣管、排氣管，進氣裝置為旋流混合器，設(shè)于罐體底部與進氣管相連通，導(dǎo)流裝置設(shè)在罐體內(nèi)位于旋流混合器的上方，其特征在于：導(dǎo)流裝置為一導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒縱向設(shè)置在罐體的軸線上，在罐體的軸線上設(shè)有一帶有攪拌器的攪拌軸，攪拌軸上端伸出罐體與電機相連，攪拌軸下端與旋流混合器相連接，攪拌器位于在導(dǎo)流筒內(nèi)的下部位置。本實用新型采用的旋流混合器是可隨著攪拌軸旋轉(zhuǎn)的，液體借助旋轉(zhuǎn)的旋流混合器獲得很高的動能，離開時產(chǎn)生抽吸作用，使得被吸入的空氣可在較低的壓力下進入發(fā)酵罐，而且有利于空氣利用率提高，具有結(jié)構(gòu)簡潔、氣液混合效果良好、發(fā)酵效率高的特點，綜合節(jié)能非常顯著。
【專利說明】自吸式氣升發(fā)酵罐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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，作為好氣性 微生物發(fā)酵的自吸式氣升發(fā)酵罐。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常好氣性微生物發(fā)酵罐內(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?10m ;高度從過去5m?10m增至現(xiàn)在的10m?20m。由于攪拌功 率與攪拌器直徑的5次方成正比，因此發(fā)酵罐體積擴大后攪拌功率成倍上升，導(dǎo)致能耗大 幅增加。同時罐內(nèi)液層靜壓增加，進罐空氣壓力也隨之增加。使好氣性微生物發(fā)酵成為高 能耗行業(yè)。
[0003] 為降低能耗，近年開發(fā)有多種立式少攪拌和無攪拌發(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)均勻進行。但轉(zhuǎn)化高速射流需要一定的靜壓能，使得空氣進罐壓 力大于帶攪拌的普通通氣發(fā)酵罐所需壓力，以保證較大的空氣推動力，雖然減少了攪拌功 率消耗，而空壓機出口壓力上升導(dǎo)致電耗上升，此消彼長，帶射流的少攪拌和無攪拌發(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，特別是對粘度高的物料射 流裝置易阻塞，無法進行分散物料。許多微生物發(fā)酵不能應(yīng)用上此種發(fā)酵罐，因此其實際應(yīng) 用范圍非常有限，需要改進。
[0004] 現(xiàn)有專利號為CN201110143108. 2的中國專利《一種旋流氣升式發(fā)酵罐》，其包括 罐體、進氣裝置、排氣裝置、冷卻裝置及所述罐體上設(shè)置的進氣管、排氣管，所述進氣管與進 氣裝置相連接，所述排氣管與排氣裝置相連接，其特征在于：所述進氣管設(shè)于罐體底部的中 間位置或靠近罐體底部位置，所述排氣管設(shè)于罐體頂部的中間位置，所述進氣裝置為一旋 流混合器，設(shè)于罐體內(nèi)的底部或者靠近罐體底部位置，并與進氣管相連接，在旋流混合器的 上方設(shè)有導(dǎo)流裝置，所述導(dǎo)流裝置為兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，呈縱向設(shè)置在罐體的軸線上。這 種發(fā)酵罐無攪拌裝置，發(fā)酵氣液是在旋流混合器的作用下呈旋流狀態(tài)混合，沿著導(dǎo)流裝置 作內(nèi)外循環(huán)運動，但是該旋流混合器是靜態(tài)工作的，不能旋轉(zhuǎn)，氣液混合需要相當壓力的氣 流推動，因此氣液混合的效果并不是很理想，尤其不能適用于高粘度物料的發(fā)酵。 實用新型內(nèi)容
[0005] 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)狀而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、氣 液混合效果良好的自吸式氣升發(fā)酵罐，具有低耗高效、通用性強的特點。
[0006] 本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種自吸式氣升發(fā)酵罐，包 括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導(dǎo)流裝置、冷卻裝置以及所述罐體上設(shè)置的進氣管、排氣管， 進氣管設(shè)于罐體底部或靠近底部的位置，排氣管設(shè)于罐體頂部，并與排氣裝置相連接，進氣 裝置為一旋流混合器，設(shè)于罐體內(nèi)的底部與進氣管相連通，導(dǎo)流裝置設(shè)在罐體內(nèi)中部位于 旋流混合器的上方，其特征在于：所述導(dǎo)流裝置為一兩端開口的導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒縱向設(shè)置在 罐體的軸線上，在罐體的軸線上設(shè)有一帶有攪拌器的攪拌軸，攪拌軸的上端伸出罐體與驅(qū) 動電機相連，攪拌軸的下端與旋流混合器相連接，攪拌器位于在導(dǎo)流筒內(nèi)的下部位置。
[0007] 作為改進，所述旋流混合器包括由內(nèi)至外設(shè)置的內(nèi)殼體、外殼體以及呈圓周狀分 布在外殼體內(nèi)的旋流葉片，內(nèi)殼體與外殼體之間設(shè)有供罐體內(nèi)的發(fā)酵液進入的圓形開口， 內(nèi)殼體的上端中心部設(shè)有與攪拌軸末端的聯(lián)軸器相連接的法蘭盤，內(nèi)殼體的底部與進氣管 可轉(zhuǎn)動地相連通，內(nèi)殼體的側(cè)部設(shè)有氣體出口，外殼體內(nèi)通過旋流葉片分隔成供氣液混合 的渦旋通道，外殼體外周設(shè)有供氣液混合料甩出的開口。
[0008] 作為改進，所述內(nèi)殼體的底部設(shè)有進氣口，在進氣口處設(shè)有一可供進氣管插置的 密封座，密封座的下端固定設(shè)有一密封套，密封套的內(nèi)徑大于密封座的內(nèi)徑，進氣管上套設(shè) 有與密封套呈間隙配合的密封環(huán)，密封環(huán)的上端面與密封座相抵密封，從而構(gòu)成旋流混合 器與進氣管之間有密封的、可轉(zhuǎn)動地相連通。
[0009] 作為改進，所述攪拌器是具有軸向流型的推進式攪拌器，在攪拌軸上間隔設(shè)有 2?3個中間軸承，中間軸承通過支架和導(dǎo)流筒固定，而導(dǎo)流筒通過支架再和發(fā)酵罐內(nèi)壁固 定，其中最下方的中間軸承位于靠近攪拌器上方的位置。
[0010] 再改進，所述冷卻裝置包括設(shè)于罐體壁面的第一冷卻夾套和設(shè)于導(dǎo)流筒壁面的第 二冷卻夾套。
[0011] 再改進，所述第一冷卻夾套設(shè)置在罐體的外壁或者內(nèi)壁或者內(nèi)外壁面，所述第二 冷卻夾套設(shè)置在導(dǎo)流筒的外壁或者內(nèi)壁或者內(nèi)外壁面。
[0012] 進一步改進，所述排氣裝置包括高效旋擊氣液分離器、液體回流管和排空管，所述 排氣管的一端插入罐體頂部、另一端連接高效旋擊氣液分離器，高效旋擊氣液分離器上連 接有排空管與液體回流管，由排氣管帶來的氣液固混合物經(jīng)高效旋擊氣液分離器處理后， 分離出來的固、液物通過液體回流管回流入罐體導(dǎo)流筒內(nèi)，分離出來的氣體由排空管排出。
[0013] 進一步改進，所述導(dǎo)流筒的中部設(shè)有供液體回流管的液體流入的入口。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用旋轉(zhuǎn)的旋流混合器作為進氣裝置，不同于靜態(tài)的旋流混合 器，液體借助旋轉(zhuǎn)的旋流混合器獲得很高的動能，離開時產(chǎn)生抽吸作用，使得旋流混合器內(nèi) 殼體內(nèi)腔產(chǎn)生負壓，因此使得被吸入的空氣可在較低的壓力下進入發(fā)酵罐，甚至可以小于 罐內(nèi)液層靜壓，此為"自吸式"。在導(dǎo)流筒內(nèi)設(shè)有軸向流攪拌器，使得發(fā)酵罐內(nèi)液體整體產(chǎn)生 中心向下、四周向上的循環(huán)流動，使得物料混合循環(huán)能耗很低，適用于高粘度物料發(fā)酵，氣 液混合分散性能好。本實用新型結(jié)構(gòu)簡潔、氣液混合效果良好、發(fā)酵效率高，綜合節(jié)能非常 顯著。廣泛適應(yīng)不同菌種、物料的發(fā)酵產(chǎn)品，適用于對現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)酵罐的改造或新、擴建項 目。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型實施例的旋流氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型實施例的旋流混合器的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；
[0017] 圖3為圖2的俯視圖。

【具體實施方式】
[0018] 以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0019] 如圖1?3所示，本實施例的自吸式氣升發(fā)酵罐，包括圓筒狀的罐體1、進氣裝置、 排氣裝置、導(dǎo)流裝置、冷卻裝置、攪拌裝置以及罐體1上設(shè)置的進氣管11、排氣管12,進氣管 11設(shè)于罐體1底部與進氣裝置相連接，排氣管12設(shè)于罐體1頂部，并與排氣裝置相連接。
[0020] 進氣裝置不是簡單的帶有密布小孔的環(huán)形管，也不是射流氣液混合器，而是一可 旋轉(zhuǎn)的旋流混合器2,設(shè)于罐體1內(nèi)的底部。攪拌裝置包括攪拌軸4和攪拌器5,攪拌軸4 設(shè)置在罐體1的軸線上，攪拌器5安裝在攪拌軸4下部的位置，攪拌軸4的上端伸出罐體1 與驅(qū)動電機7相連，攪拌軸4的下端與旋流混合器2相連接，并帶動旋流混合器2轉(zhuǎn)動。導(dǎo) 流裝置為一兩端開口的導(dǎo)流筒3,與攪拌軸4同軸縱向設(shè)置在罐體1內(nèi)，并處于旋流混合器 2的正上方，攪拌器5位于在導(dǎo)流筒3內(nèi)的下部位置，導(dǎo)流筒3的上端成型有便于發(fā)酵液流 入的擴徑口 32。
[0021] 旋流混合器2類似離心水泵的葉輪，包括由內(nèi)至外設(shè)置的內(nèi)殼體21、外殼體22以 及呈圓周狀分布在外殼體22內(nèi)的旋流葉片23,內(nèi)、外殼體呈圓錐面上下對稱，且同軸設(shè)置， 分別與旋流葉片焊接而成整體。外殼體22中心是空的，與內(nèi)殼體21自然形成供罐體1內(nèi) 的發(fā)酵液進入的圓形開口 28。內(nèi)殼體21的的上端中心部設(shè)有與攪拌軸4末端的聯(lián)軸器41 相連接的法蘭盤24,內(nèi)殼體21的底部與進氣管11相連通，并可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，內(nèi)殼體21的外 周設(shè)有氣體出口 211。外殼體22內(nèi)通過旋流葉片23分隔成供氣液混合的渦旋通道231，外 殼體22外周設(shè)有供氣液混合料甩出的開口 29。
[0022] 旋流混合器2旋轉(zhuǎn)時，發(fā)酵液從其中心圓形開口 28進入、從外殼體22外周甩出， 同時旋流混合器2內(nèi)部產(chǎn)生真空，吸引空氣進入，空氣從進氣管11進入內(nèi)殼體21，出內(nèi)殼體 21外周后進入外殼體22內(nèi)的渦旋通道231，在此與發(fā)酵液強制混合，氣液兩相呈乳化狀從 旋流混合器2外周甩出，由于液體借助旋轉(zhuǎn)的旋流混合器2獲得很高的動能，離開時產(chǎn)生抽 吸作用，使得旋流混合器內(nèi)殼體內(nèi)腔產(chǎn)生負壓，因此被吸入的空氣可在較低的壓力下進入 發(fā)酵罐，甚至可以小于罐內(nèi)液層靜壓，此為"自吸式"。
[0023] 旋流混合器2與進氣管11的連接是這樣的：內(nèi)殼體21的底部設(shè)有進氣口，在進氣 口處設(shè)有一可供進氣管11插置的密封座25,密封座25的下端固定設(shè)有一密封套26,密封 套26的內(nèi)徑大于密封座25的內(nèi)徑，進氣管11上套設(shè)有與密封套26呈間隙配合的密封環(huán) 27,密封環(huán)27的上端面與密封座25相抵密封，密封環(huán)27可采用自潤滑的工程塑料如聚四 氟乙烯制成。該密封結(jié)構(gòu)中密封套26屬動環(huán)，密封環(huán)27屬靜環(huán)，兩者組成動態(tài)間隙密封， 可以阻止發(fā)酵液進入內(nèi)殼體21。
[0024] 攪拌器5是具有軸向流型的推進式攪拌器，在攪拌軸4上間隔設(shè)有2?3個中間 軸承6,通過支架和導(dǎo)流筒3固定，而導(dǎo)流筒3通過支架再和罐體1內(nèi)壁固定，為了旋流混合 器2的穩(wěn)定運行和良好氣液密封性，其中最下方的中間軸承6位于靠近攪拌器5上方的位 置，盡可能與旋流混合器2接近；這樣由于罐體1中心設(shè)有導(dǎo)流筒3,且液體強制向下流動， 因此從旋流混合器2四周甩出的高氣含率的發(fā)酵液必須向上流動，到達導(dǎo)流筒3頂部后，氣 體向上從罐體1頂部排出，發(fā)酵液再進入導(dǎo)流筒3內(nèi)部，在重力及推進式攪拌器5的作用下 向下運動，從而形成發(fā)酵液的循環(huán)流動。
[0025] 冷卻裝置包括設(shè)于罐體1壁面的第一冷卻夾套13和設(shè)于導(dǎo)流筒3壁面的第二冷 卻夾套31，根據(jù)發(fā)酵發(fā)熱負荷計算的冷卻面積大小，第一冷卻夾套13可設(shè)置在罐體1的外 壁或者內(nèi)壁或者內(nèi)外壁面，第二冷卻夾套31可設(shè)置在導(dǎo)流筒3的外壁或者內(nèi)壁或者內(nèi)外壁 面，第一冷卻夾套13和第二冷卻夾套31具有材料省、換熱面積大、焊縫可靠性高等優(yōu)點。 排氣裝置包括高效旋擊氣液分離器8、液體回流管10和排氣管12,排氣管12的一端插入罐 體1頂部、另一端連接高效旋擊氣液分離器8,高效旋擊氣液分離器8上連接有排空管9與 液體回流管10,發(fā)酵形成的代謝氣體和未利用空氣（統(tǒng)稱尾氣）通過排氣管12,進入排氣 裝置，尾氣經(jīng)高效旋擊氣液分離器8作氣液分離，尾氣中夾帶的固液物被分離下來，通過液 體回流管10回流入罐體1內(nèi)，清潔氣體由排空管9排出，排氣管9上安裝有排氣調(diào)節(jié)閥門 91，在導(dǎo)流筒3的中部設(shè)有供液體回流管10的液體流入的入口。
[0026] 工作原理是這樣的：旋流混合器2隨攪拌軸旋轉(zhuǎn)時，發(fā)酵液從內(nèi)外殼體之間的圓 形開口 28進入、從外殼體22外周甩出，同時旋流混合器內(nèi)殼體內(nèi)部產(chǎn)生真空，吸引空氣進 入。空氣通過進氣管11進入內(nèi)殼體21，出內(nèi)殼體外周后進入外殼體22內(nèi)的渦旋通道231， 在此與發(fā)酵液強制混合，氣液兩相呈乳化狀從旋流混合器外周甩出。由于液體借助旋轉(zhuǎn)的 旋流混合器2獲得很高的動能，離開時產(chǎn)生抽吸作用，因此被吸入的空氣可在較低的壓力 下進入發(fā)酵罐，甚至可以小于罐內(nèi)液層靜壓，此為"自吸式"。由于旋流混合器2對其中心 上方液體產(chǎn)生向下的吸引作用，同時導(dǎo)流筒3內(nèi)液體在攪拌器5作用下，也是向下流動，使 得發(fā)酵罐內(nèi)液體整體產(chǎn)生中心向下、四周向上的循環(huán)流動。這樣導(dǎo)流筒3內(nèi)液體氣含量很 低，快速向下運動；導(dǎo)流筒3和罐體1之間四周液體氣含量很高均速緩慢升騰，此為"氣升 式"。不同于普通發(fā)酵罐內(nèi)通過機械攪拌建立的循環(huán)，也不同于射流器通過高速射流帶動的 循環(huán)，旋流混合器2引發(fā)的物料混合循環(huán)能耗很低，同時適用于高粘度物料發(fā)酵，氣液混合 分散性能好，而且不致使微生物細胞剪切損傷，對比傳統(tǒng)通氣攪拌發(fā)酵罐，攪拌功率至少可 以下降50%，空氣壓力可以降低0. OIMPa?0. 05Mpa，綜合節(jié)能非常顯著。
【權(quán)利要求】
1. 一種自吸式氣升發(fā)酵罐，包括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導(dǎo)流裝置、冷卻裝置以及 所述罐體上設(shè)置的進氣管、排氣管；進氣管設(shè)于罐體底部或靠近底部的位置，排氣管設(shè)于罐 體頂部，并與排氣裝置相連接；進氣裝置為一旋流混合器，設(shè)于罐體內(nèi)的底部與進氣管相連 通；導(dǎo)流裝置設(shè)在罐體內(nèi)中部位于旋流混合器的上方，其特征在于：所述導(dǎo)流裝置為一兩 端開口的導(dǎo)流筒，導(dǎo)流筒縱向設(shè)置在罐體的軸線上，在罐體的軸線上設(shè)有一帶有攪拌器的 攪拌軸，攪拌軸的上端伸出罐體與驅(qū)動電機相連，攪拌軸的下端與旋流混合器相連接，攪拌 器位于在導(dǎo)流筒內(nèi)的下部位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述旋流混合器包括由內(nèi) 至外設(shè)置的內(nèi)殼體、外殼體以及呈圓周狀分布在內(nèi)外殼體之間的旋流葉片，內(nèi)殼體與外殼 體之間設(shè)有供罐體內(nèi)的發(fā)酵液進入的圓形開口，內(nèi)殼體的的上端中心部設(shè)有與攪拌軸末端 的聯(lián)軸器相連接的法蘭盤，內(nèi)殼體的底部與進氣管可轉(zhuǎn)動地相連通，內(nèi)殼體的側(cè)部設(shè)有氣 體出口，外殼體內(nèi)通過旋流葉片分隔成供氣液混合的渦旋通道，外殼體外周設(shè)有供氣液混 合料甩出的開口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述內(nèi)殼體的底部設(shè)有進 氣口，在進氣口處設(shè)有一可供空氣管插置的密封座，密封座的下端固定設(shè)有一密封套，密封 套的內(nèi)徑大于密封座的內(nèi)徑，進氣管上套設(shè)有與密封套呈間隙配合的密封環(huán)，密封環(huán)的上 端面與密封座相抵密封，從而構(gòu)成有密封的、可轉(zhuǎn)動地相連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述攪拌器是具有軸向流 型的推進式攪拌器，在攪拌軸上間隔設(shè)有2?3個中間軸承，中間軸承通過支架和導(dǎo)流筒固 定，導(dǎo)流筒通過支架再和發(fā)酵罐內(nèi)壁固定，其中最下方的中間軸承位于靠近攪拌器上方的 位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述冷 卻裝置包括設(shè)于罐體壁面的第一冷卻夾套和設(shè)于導(dǎo)流筒壁面的第二冷卻夾套。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述第一冷卻夾套設(shè)置在 罐體的外壁或者內(nèi)壁或者內(nèi)外壁面，所述第二冷卻夾套設(shè)置在導(dǎo)流筒的外壁或者內(nèi)壁或者 內(nèi)外壁面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述排 氣裝置包括高效旋擊氣液分離器、液體回流管和排空管，所述排氣管的一端插入罐體頂部、 另一端連接高效旋擊氣液分離器，高效旋擊氣液分離器上連接有排空管與液體回流管，由 排氣管帶來的氣液固混合物經(jīng)高效旋擊氣液分離器處理后，分離出來的固、液物通過液體 回流管回流入罐體內(nèi)，分離出來的氣體由排空管排出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自吸式氣升發(fā)酵罐，其特征在于：所述導(dǎo)流筒的中部設(shè)有供 液體回流管的液體流入的入口。
【文檔編號】C12M1/00GK203999599SQ201420347328
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】陸飛浩 申請人:陸飛浩