專利名稱：一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，特別是采用內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器。
發(fā)酵罐是發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的核心設(shè)備，發(fā)酵產(chǎn)品(如氨基酸)是特定品種的微生物在營養(yǎng)物質(zhì)中(如葡萄糖液等)，吸收養(yǎng)料及溶解在營養(yǎng)液中的氧氣，生長并轉(zhuǎn)化營養(yǎng)成分而代謝出(或菌體本身就是產(chǎn)品)的產(chǎn)物，而發(fā)酵罐就是為這一生產(chǎn)過程提供一個保證營養(yǎng)液供氧和利于微生物生長及產(chǎn)物生成與代謝的生產(chǎn)環(huán)境。
目前，國內(nèi)外發(fā)酵生產(chǎn)中普遍采用的是機械攪拌罐。這種罐的工作原理為在發(fā)酵中先裝入發(fā)酵營養(yǎng)液，然后消毒殺菌，待適當溫度下接入發(fā)酵微生物菌種，在發(fā)酵罐底部通氣，通過多檔機械攪拌，使氣液混合，為營養(yǎng)液中的微生物提供氧氣，使之生長繁殖代謝，生產(chǎn)產(chǎn)品，這種發(fā)酵反應(yīng)器的缺點是效率低，能耗高，生產(chǎn)噪音污染嚴重，發(fā)酵罐的攪拌槳對微生物的機械剪切作用強，使微生物菌體的生命活力降低，打碎的菌體碎片在發(fā)酵營養(yǎng)液中形成蛋白膠體，不利于后續(xù)提取加工生產(chǎn)。
氣升式發(fā)酵反應(yīng)器是從化工生產(chǎn)中引入發(fā)酵生產(chǎn)中的新型發(fā)酵反應(yīng)器，國內(nèi)外研究的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器目前只限于兩種基本類型內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式。基本工作原理是以內(nèi)循環(huán)式為例，利用氣體在液體中的浮升力，在反應(yīng)器底部通入氣體，用氣體的浮升力推動液體上升并形成上下的循環(huán)流動，在循環(huán)的同時，氣泡在液體中的攪動及篩板對氣泡的不斷破碎，代替了機械罐中的機械攪拌作用，使氣體中的氧充分地溶解到液體中，滿足發(fā)酵供氧和固液間的傳質(zhì)。內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)如附圖4，其主要部件通氣噴嘴(21)、氣液上升區(qū)循環(huán)筒(22)、發(fā)酵罐體(23)、夾套熱交換器(24)、進料口(25)、排料口(26)。由于該氣升式發(fā)酵反應(yīng)器氣液接觸效果差，混合不夠充分，使發(fā)酵液中的溶解氧未能有效地保證微生物生長及產(chǎn)物代謝的要求，因而導(dǎo)致產(chǎn)物產(chǎn)率和提取收率低。
本實用新型的目的是提供一種產(chǎn)物產(chǎn)率和提取收率高且能耗低的發(fā)酵反應(yīng)器，該反應(yīng)器為微生物生長，發(fā)育及產(chǎn)物代謝提供了更佳的環(huán)境。
本實用新型的技術(shù)解決方案一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括裙座(1)、上、下封頭(2)、(3)、氣體分布管(4)、篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)、消泡器(8)、發(fā)酵罐體(9)。其中，多個環(huán)形篩板(5)套過中心導(dǎo)流筒(6)且固結(jié)在中心導(dǎo)流筒(6)上；中心導(dǎo)流筒(6)設(shè)置在多段導(dǎo)流筒(7)中，多段導(dǎo)流筒(7)內(nèi)壁與環(huán)形篩板(5)外邊緣相固結(jié)；篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)組成的整體設(shè)置在發(fā)酵罐體(9)中；多段導(dǎo)流筒(7)帶有多個流體進、出口接管(10)、(11)，多個流體進、出口接管(10)、(11)穿過罐體上相對應(yīng)的孔，并固結(jié)在一起；氣體分布管(4)固結(jié)安裝在發(fā)酵罐體(9)底部；分別帶有進、排料口(12)、(13)的上下封頭固結(jié)安裝在發(fā)酵罐體(9)上，并將發(fā)酵罐體(9)上、下封死；裙座(1)固結(jié)在下封頭(2)上。多段導(dǎo)流筒(7)由帶有流體進、出口接管(10)、(11)的外套(15)、冷卻水導(dǎo)流板(16)內(nèi)套(17)組成。其中，冷卻水導(dǎo)流板呈螺旋狀纏繞在內(nèi)套(17)上并與內(nèi)套(17)相固結(jié)，外套(15)間隙套在導(dǎo)流板外，內(nèi)套與外套兩端固結(jié)封死。篩板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、入孔蓋(19)組成。其中，交叉予分布筋板(18)與孔板(20)相固結(jié)；孔板(20)呈環(huán)形，環(huán)面上開有一人孔；人孔蓋(19)蓋在人孔上且與孔板(20)固定連接；人孔蓋(19)與孔板(20)上均開有許多相同的氣液分布孔。
該反應(yīng)器的工作原理在如附圖1所示的發(fā)酵反應(yīng)器中，裝入發(fā)酵液(裝液量為發(fā)酵反應(yīng)器體積的60－80％)，氣體從塔體的氣體分布管(4)噴入發(fā)酵反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)的氣液混合流體流動的分布如附圖5所示。Ar區(qū)為氣液上升流動區(qū)，Acd區(qū)為中心下降循環(huán)區(qū)，Amd區(qū)為多段循環(huán)下降流動區(qū)，氣液混合體在氣體浮動升力的作用下，沿Ar區(qū)上升，并通過氣液分布篩板進一步破碎氣泡，加大氣液接觸面積，強化氣液傳質(zhì)，然后通過多段下降循環(huán)區(qū)Amd形成多路循環(huán)，使氣液傳質(zhì)均勻，塔上部的氣液混合體經(jīng)中心下降循環(huán)區(qū)Acd循環(huán)到塔底，使塔頂與塔底的物料理化性質(zhì)盡可能平衡。并為菌體創(chuàng)造了一種周期性壓力變化的外部環(huán)境，十分有利于產(chǎn)物的代謝。
本實用新型同現(xiàn)有的機械攪抖發(fā)酵罐比較其優(yōu)點是1.氣－液及液－固(菌體顆粒)傳質(zhì)效果好，可滿足各種發(fā)酵1過程(谷氨酸，檸檬酸，賴氨酸，SCP，維生素C及其他氨基酸或醫(yī)用生化產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn))的要求。
2.取消了機械攪拌，消除了攪拌對菌體的剪切破壞作用，大大地增強了菌體的活力，為采用新的發(fā)酵工藝(如補料或流加發(fā)酵操作)創(chuàng)造了良好的條件，使菌體的生產(chǎn)潛力得到充分發(fā)揮，產(chǎn)品對原料的產(chǎn)率顯著提高(以谷氨酸為例，糖酸轉(zhuǎn)化率提高10％－15％)，由于沒有菌體破碎產(chǎn)生的菌體碎片和蛋白膠質(zhì)，對產(chǎn)品的后提取過程極為有利。
3.發(fā)酵過程的能耗大幅度下降(以谷氨酸為例，生產(chǎn)噸谷氨酸能耗比機械罐下降30－40％)，消除了生產(chǎn)過程的噪音污染，極大地改善了工人的操作環(huán)境。
4.利用了多段導(dǎo)流循環(huán)管做為換熱器，使換熱面積比普通夾套，換熱器高一倍，使換熱面積／發(fā)酵液體積的比值大大提高(達到1.6－4)，而一般機械罐的這一比值只有1－1.2，大大提高了發(fā)酵罐的換熱能力，可以迅速而有效地控制發(fā)酵反應(yīng)器的溫度變化，使發(fā)酵按照最佳工藝控制條件進行，冷卻用水大為節(jié)省，為微生物的生長與產(chǎn)物代謝創(chuàng)造了良好的條件。
5.發(fā)酵反應(yīng)器操作簡單，使用方便。
6.經(jīng)濟效益顯著。根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)的規(guī)律性可以推知，本發(fā)明不僅可用于谷氨酸發(fā)酵，而且可用于檸檬酸，其他氨基酸，酶制劑，單細胞蛋白，抗生素等發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)，目前，新疆糖蜜綜合利用實驗廠已采用本發(fā)明設(shè)計制造了50m2氣升雙環(huán)流谷氨酸發(fā)酵反應(yīng)器一臺，甘肅省金塔糖廠也采用本發(fā)明設(shè)計制造了75m2氣升雙環(huán)流谷氨酸發(fā)酵反應(yīng)器兩臺。
本實用新型同現(xiàn)有的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器比較其優(yōu)點是1、由于采用多段導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)，通過多段小周期循環(huán)，加大氣液循環(huán)量，特別是液體回流時的氣泡夾帶，使氣液接觸時間加長，氧氣溶解充分，發(fā)酵供氧充足；取消了機械攪拌，徹底消除了生產(chǎn)噪聲和攪拌槳對菌體的剪切破壞，使菌體的活力大大增強。
2、由于采用螺旋流夾套式換熱器并使之與發(fā)酵反應(yīng)器的多段導(dǎo)流循環(huán)筒(見附圖1中7)合而為一，使換熱面積為普通夾套換熱器(單面熱交換)的兩倍。
附圖1為本實用新型的正視圖。
附圖2為多段導(dǎo)流筒的結(jié)構(gòu)圖。
附圖3為篩板的結(jié)構(gòu)圖。
以下結(jié)合
一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括有裙座(1)、上、下封頭(2)、(3)，氣體分布管(4)、篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)、消泡器(8)、發(fā)酵罐體(9)。其中，多個環(huán)形篩板(5)套過中心導(dǎo)流筒(6)且焊接在中心導(dǎo)流筒(6)上；中心導(dǎo)流筒(6)設(shè)置在多段導(dǎo)流筒(7)中，多段導(dǎo)流筒(7)內(nèi)壁與環(huán)形篩板(5)外邊緣相焊接；篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)組成的整體設(shè)置在發(fā)酵罐體(9)中；多段導(dǎo)流筒(7)帶有流體進、出口接管(10)、(11)，多個流體進、出口接管(10)、(11)穿過罐體上相對應(yīng)的孔，并焊接在一起；篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)組成的整體通過固定支板(14)與發(fā)酵罐體(9)焊接在一起；氣體分布管(4)焊接安裝在發(fā)酵罐體(9)底部；分別帶有進、排料口的(12)、(13)的上、下封頭(2)、(3)焊接安裝在發(fā)酵罐體(9)上，并將發(fā)酵罐體(9)上、下封死；裙座(1)焊接在下封頭(2)上。多段導(dǎo)流筒(7)由帶有流體進、出口管(10)、(11)的外套(15)、冷卻水導(dǎo)流板(16)、內(nèi)套(17)組成。其中，冷卻水導(dǎo)流板呈螺旋狀纏繞在內(nèi)套(17)上并與內(nèi)套(17)相焊接，外套(15)間隙套在導(dǎo)流板外，內(nèi)套與外套兩端焊接封死。篩板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、人孔蓋(19)組成。其中，交叉予分布筋板(18)與孔板(20)焊接成一體；孔板(20)呈環(huán)形，環(huán)面上開有一人孔；人孔蓋(19)蓋在人孔上且與孔板(20)螺釘連接；人孔蓋(19)與孔板(20)上均開有許多相同的氣液分布孔。
權(quán)利要求1.一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括有裙座(1)、上、下封頭(2)、(3)、氣體分布管(4)、篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)、消泡器(8)、發(fā)酵罐體(9)；其中，多個環(huán)形篩板(5)套過中心導(dǎo)流筒(6)且固結(jié)在中心導(dǎo)流筒(6)上；中心導(dǎo)流筒(6)設(shè)置在多段導(dǎo)流筒(7)中，多段導(dǎo)流筒(7)內(nèi)壁與環(huán)形篩板(5)外邊緣相固結(jié)；篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)組成的整體設(shè)置在發(fā)酵罐體(9)中；多段導(dǎo)流筒(7)帶有多個流體進出口接管(10)、(11)，多個流體進出口接管(10)、(11)穿過罐體上相對應(yīng)的孔，并固結(jié)在一起；氣體分布管(4)固結(jié)安裝在發(fā)酵罐體(9)底部；分別帶有進、排料口(12)、(13)的上下封頭固結(jié)安裝在發(fā)酵罐體(9)上，并將發(fā)酵罐體(9)上下封死；裙座(1)固結(jié)在下封頭(2)上，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，其特征在于多段導(dǎo)流筒(7)由帶有流體進、出口接管(10)、(11)的外套(15)、冷卻水導(dǎo)流板(16)、內(nèi)套(17)組成；其中，冷卻水導(dǎo)流板是螺旋狀纏繞在內(nèi)套(17)上并與內(nèi)套(17)相固結(jié)，外套(15)間隙套在導(dǎo)流板外，內(nèi)套與外套兩端固結(jié)封死。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，其特征在于篩板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、人孔蓋(19)組成；其中，交叉予分布筋板(18)與孔板(20)相固結(jié)；孔板(20)呈環(huán)形，環(huán)面上開有一人孔；人孔蓋(19)蓋在人孔上且與孔板(20)固定連接；人孔蓋(19)與孔板(20)上均開有許多相同的氣液分布孔。
專利摘要本實用新型涉及一種氣升式發(fā)酵反應(yīng)器，特別是采用內(nèi)循環(huán)式結(jié)構(gòu)的氣升式發(fā)酵反應(yīng)器。本實用新型包括有裙座(1)、上、下封頭(2)、(3)、氣體分布管(4)、篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)、消泡器(8)、發(fā)酵罐體(9)。其中，篩板(5)焊接在中心導(dǎo)流筒(6)上；多段導(dǎo)流筒(7)與篩板(5)外邊緣相焊接；篩板(5)、中心導(dǎo)流筒(6)、多段導(dǎo)流筒(7)組成的整體設(shè)置在發(fā)酵罐體(9)中，多段導(dǎo)流筒(7)與發(fā)酵罐體(9)焊接在一起。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過多段小周期循環(huán)，使氣液接觸時間加長，氧氣溶解充分，發(fā)酵供氧充足，提高了產(chǎn)物產(chǎn)率和提取收率且降低了能耗。本實用新型適用氨基酸、酶制劑、抗生素等發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)。
文檔編號C12M1/08GK2099763SQ91226248
公開日1992年3月25日 申請日期1991年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月12日
發(fā)明者李佐虎, 付文閣 申請人:中國科學院化工冶金研究所