專利名稱：射流式好氧發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備，尤其是與好氧發(fā)酵設(shè)備相關(guān)。
發(fā)酵罐是好氧發(fā)酵生產(chǎn)中的重要設(shè)備，目前所采用的通用式發(fā)酵罐，一般在罐內(nèi)設(shè)置多級攪拌器的機械攪拌裝置。在發(fā)酵過程中，壓縮空氣由罐底通入，使多數(shù)好氧菌種在深層培養(yǎng)液中進行正常代謝合成，充分溶氧這是產(chǎn)生菌生命活力和合成產(chǎn)物所必需的條件。在生產(chǎn)實踐中，為了滿足好氣性微生物溶解氧量使之獲得所需要的代謝產(chǎn)物以提高單位產(chǎn)量，通常采用提高壓縮空氣用量和增加電機的攪拌功率的方法，希望通入培養(yǎng)液中的空氣氣泡直徑減小，單位培養(yǎng)液中氣泡數(shù)量增多，使氣液間的接觸表面積增大，溶氧系數(shù)提高。但若提高空氣用量，卻使氣泡直徑亦隨之增大，泡沫率增加，其提高單位產(chǎn)量不明顯;而增大電機攪拌功率，造成能耗增大，產(chǎn)品成本提高，並使操作環(huán)境惡化。
本發(fā)明的目的在于提供一種充分利用通入發(fā)酵罐內(nèi)壓縮空氣的能量，進行氣-液射流混合攪拌，以提高溶氧系數(shù)，提高單位產(chǎn)量，降低能耗和產(chǎn)品成本，改善操作環(huán)境的射流式好氧發(fā)酵罐。
根據(jù)本發(fā)明的射流式好氧發(fā)酵罐是一個長筒形密閉容器，罐頂具有排氣口，菌種營養(yǎng)液進口，罐體壁上設(shè)置冷卻盤管，進氣管、料液進出口管，罐體下底部設(shè)置一級射流混合攪拌裝置，在該裝置上方罐體中下部至少設(shè)置一級射流混合攪拌裝置，每級射流混合攪拌裝置由環(huán)管和射流器組構(gòu)成，環(huán)管固接于筒體並與進氣管連通，在環(huán)管上至少配置兩圈射流器組，每圈射流器組至少有三支射流器，且每圈射流器組的射流器出口均在同一橫截面的園周切線上，射流器固接于環(huán)管，射流器的噴咀與擴散管分離，用連接板相連，罐體下底部的射流混合攪拌裝置的射流器與水平面的夾角為5°～90°，在該裝置的環(huán)管下方設(shè)置至少二支同心園射流器，該射流器與水平面的夾角為-30°～15°。罐體中下部的射流混合攪拌裝置的射流器與水平面的夾角為-30°～60°。
本發(fā)明的射流式好氧發(fā)酵罐，用射流混合攪拌裝置代替多級攪拌器的機械攪拌裝置，不但節(jié)約了能源、簡化了設(shè)備，而且消除了噪音改善了操作環(huán)境，同時還可以提高單位產(chǎn)量，又可延長發(fā)酵罐的使用壽命。


圖1是射流式好氧發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意2是圖1的A～A剖視3是圖1的B～B剖視4是射流器結(jié)構(gòu)示意圖參照圖1，射流式好氧發(fā)酵罐是一個長筒形密閉容器，罐體10頂部具有排氣口11，菌種營養(yǎng)液進口12，人孔13等接口，罐體10內(nèi)壁裝有六組冷卻盤管9(或冷卻夾套)，料液進出口管3和進氣管18從罐體10底部伸出罐外。在罐體10的中部設(shè)置第一級射流混合攪拌裝置14，在罐體10的下部設(shè)置第二級射流混合攪拌裝置16，該第一，第二兩級射流混合攪拌裝置14，16其結(jié)構(gòu)相同，均由各自環(huán)管6、36和兩圈射流器組7、8，37、38構(gòu)成。在罐體10的下底部設(shè)置第三級射流混合攪拌裝置19，該攪拌裝置19由環(huán)管2和二圈射流器組4，5構(gòu)成，並在該裝置19環(huán)管2下方設(shè)置射流器1。第一級射流混合攪拌裝置14的環(huán)管6和第二級射流混合攪拌裝置16的環(huán)管6之間用連接管15連通，第二級射流混合攪拌裝置16的環(huán)管6與第三級射流混合攪拌裝置19的環(huán)管2之間用連接管17相連通，環(huán)管2與壓縮空氣進氣管18連通。
第二級射流混合攪拌裝置16，其環(huán)管36、二圈射流器組37、38和射流器35、39的結(jié)構(gòu)設(shè)計，連接方式與要求相同?？蓞⒄請D2說明。
參照圖2，環(huán)管6設(shè)置在罐體10內(nèi)部(也可設(shè)置在罐體10的外部)，環(huán)管6與三根支撐角鋼20用U型螺拴22連接固定，支撐角鋼20與罐體10焊接固定，環(huán)管6上有二圈射流器組7，8，外圈射流器組7有六支射流器21，內(nèi)圈射流器組8有三支射流器25，射流器21、25與環(huán)管6通過與環(huán)管6焊接的支管23連接固定，支管23附有法蘭24。兩圈射流器組7、8的間距以及外圈射流器組7與罐體10內(nèi)壁的間距相等，每圈射流器組7、8的射流器21、25沿園周均勻分布，其出口均在同一橫截面的園周切線上，射流器21，25與水平面的夾角為-10°～30°。
參照圖3，環(huán)管2設(shè)置在罐體10內(nèi)部(也可設(shè)置在罐體10的外部)，環(huán)管2與三根支撐角鋼27用U型螺拴26連接固定，支撐角鋼27與罐體10底部焊接固定，環(huán)管2上有二圈射流器組4，5，外圈射流器組4有八支射流器28，內(nèi)圈射流器組5有四支射流器31，射流器28，31與環(huán)管2上的焊接支管29用法蘭30連接固定。兩圈射流器組4、5的間距以及外圈射流器組4與罐體10內(nèi)壁的間距最好相等，每圈射流器組4、5的射流器28、31沿園周均勻分布，其出口均在同一橫截面的園周切線上。射流器28，31與水平面的夾角最好為20°～70°，在環(huán)管2下方設(shè)置二支同心園射流器1，射流器1與環(huán)管2上的焊接支管29用法蘭30連接固定，射流器1與水平面的夾角為-5°～5°。
參照圖4，射流器由噴咀32，連接板33和擴散管34構(gòu)成，且噴咀32與擴散管34兩者分離，連接板33由法蘭盤和筋板組焊而成，連接板33筋板與擴散管34焊接，噴咀32插入連接板33法蘭盤中，連接板33法蘭盤與支管23、29附有的法蘭24、30(參見圖2、圖3)用螺拴連接。而擴散管34又有收縮管、喉管和擴散管，射流器擴散管34喉部與噴咀32喉部的橫截面積比為6～25∶1，噴咀32的收縮角為10°～30°，擴散管34的擴張管擴張角為5°～15°，其收縮管收縮角為20°～90°。
當料液泵將料液經(jīng)料液進出口管3送入射流式好氧發(fā)酵罐，並加水配制成稀料，經(jīng)消毒滅菌，移入菌種后，便開啟空氣進口伐，由進氣管18將0.7～3kgf/cm2壓力的無菌壓縮空氣送入第三級射流混合攪拌裝置19的環(huán)管2，經(jīng)連接管17進入第二級射流混合攪拌裝置16的環(huán)管36，再經(jīng)連接管15進入第一級射流攪拌裝置14的環(huán)管6，爾后再經(jīng)環(huán)管2、36、6上的焊接支管分別進入各射流器組4、5、37、38，7、8的射流器28、31、35、39、21、25和環(huán)管2下方的射流器1。當壓縮空氣進入射流器的噴咀32並從噴咀32高速噴出時(一般噴出速度為90～250米/秒)，此時壓縮空氣的靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶?，使擴散管34入口處的壓力降低至P1，將重度為r1的培養(yǎng)液吸入並與空氣一同進入射流器的擴散管34，在擴散管34的喉部，氣、液二相由初步的混合，經(jīng)氣體的動力沫化和壓力沫化達到激烈的混合震蕩，使一定量的培養(yǎng)液和空氣被振動粉碎成大量的微小粒群，造成氣、液間較大的卻不斷更新的接觸表面。當氣、液混合物進入擴散管34的擴張管后，隨著擴張斷面的不斷增大，氣泡直徑亦隨之增大，流速降低，使靜壓能得以恢復(fù)，當擴散管34出口處的靜壓力P2大于入口處的壓力P1，此時出口處氣、液混合物的重度r2將小于入口處的重度r1時，借助于射流器擴散管34出、入口處的壓力差和重度差，使氣、液二相混合物產(chǎn)生全環(huán)流運動，同時由于每圈射流器組4、5、37、38、7、8的射流器28、31、35、39、21、25的擴散管34出口均在同一橫截面的園周切線方向上，使氣、液二相產(chǎn)生螺旋運動，以增長氣泡在培養(yǎng)液中的停留時間，這時部分氣泡被環(huán)流利用，大部分氣泡隨著時間的增長而上升，在上升過程中，由于氣泡之間的互相碰撞、合并使氣泡直徑增大，當氣泡上升到一定高度時，部分氣泡被上一級的射流混合攪拌裝置的射流器吸入而粉碎以進一步提高溶氧系數(shù)和增強氣、液二相的混合程度。最后氣泡從培養(yǎng)液面逸出，空氣以0.15～1kgf/cm2壓力從排氣口11排出，培養(yǎng)液經(jīng)一定時間的培養(yǎng)，當達到發(fā)酵工藝所要求的生產(chǎn)指標后，經(jīng)料液進出口管3，用1.5～3kgf/cm2壓縮空氣壓送至回收工段提制產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.射流式好氧發(fā)酵罐是一個長筒形密閉容器，罐頂具有排氣口、菌種營養(yǎng)液進口，罐體壁上設(shè)置冷卻盤管，進氣管、料液進出口管，其特征在于罐體(10)下底部設(shè)置射流混合攪拌裝置(19)，在該裝置(19)上方設(shè)置至少一級射流混合攪拌裝置(14，16)，每級射流混合攪拌裝置(19，16，14)有環(huán)管(2，36，6)，環(huán)管(2，36，6)固接于罐體(10)，並與進氣管(18)相通，在每個環(huán)管(2，36，6)上至少配置兩圈射流器組(4、5，37、38，7、8)，每圈射流器組(4、5，37、38，7、8)至少有三支射流器(28、31，35、39，21、25)，且每圈射流器組出口均在同一橫截面的園周切線上，射流器(28、31，35、39，21、25)固接于環(huán)管(2，36，6)上，射流器由噴咀(32)、擴散管(34)構(gòu)成，且兩者分離，用連接板(33)相連，罐體10下射流混合攪拌裝置(19)的射流器(28、31)與水平面的夾角為5°～90°，在該裝置(19)的環(huán)管2下方設(shè)置至少二支同心園射流器(1)，射流器(1)與水平面的夾角為-30°～15°，射流混合攪拌裝置(14，16)的射流器(21、25，37、38)與水平面的夾角為-30°～60°。
2.按權(quán)利要求1所述的發(fā)酵罐，其特征在于射流器由擴散管(34)由收縮管、喉管和擴散管三者構(gòu)成，擴散管(34)喉部與噴咀(32)喉部的橫截面積比為6～25∶1，噴咀(32)的收縮角為10°～30°，擴散管(34)的擴張管擴張角為5°～15°，收縮管收縮角為20°～90°。
3.按權(quán)利要求1或2所述的發(fā)酵罐，其特征在于每圈射流器組(4、5，37，38，7、8)的射流器(28、31，35、39，21、25)沿園周均勻分布。
4.按權(quán)利要求1或2所述的發(fā)酵罐，其特征在于每級射流混合攪拌裝置(14、16、19)的射流器組(7、8，37、38，4、5)的間距以及外圈射流器組(7，37，4)與罐體(10)內(nèi)壁的間距相等。
全文摘要
射流式好氧發(fā)酵罐是用于發(fā)酵生產(chǎn)中的設(shè)備。它有一長筒形密閉容器，罐體開設(shè)排氣口、菌種營養(yǎng)液進口，罐體壁上設(shè)置冷卻盤管、進氣管、料液進出口管，罐內(nèi)設(shè)置至少二級射流混合攪拌裝置。射流混合攪拌裝置由環(huán)管和射流器組構(gòu)成。該發(fā)酵罐用射流混合攪拌裝置替代機械攪拌裝置。充分利用壓縮空氣能量，進行氣—液射流混合攪拌，以提高溶氧系數(shù)，使單位產(chǎn)量提高，能量降低，操作環(huán)境改善，并簡化了設(shè)備。
文檔編號C12M1/04GK1033528SQ87101299
公開日1989年6月28日 申請日期1987年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1987年12月17日
發(fā)明者薛才利 申請人:浙江省石油化工設(shè)計院