一種臥式液態發酵罐的製作方法

2023-07-30 16:58:41

專利名稱：一種臥式液態發酵罐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發酵罐，尤其是一種應用於工業化大生產中的好氣性微生物臥式液態發酵罐。
背景技術：
通常好氣性微生物發酵罐都是立式的，且內部有攪拌系統、冷卻散熱系統以及通氣排氣裝置等。隨著工業大生產發酵規模不斷擴大，單臺發酵罐直徑、高度也成倍增加。發酵罐直徑從過去an 細增至現在的細 IOm ；高度從過去5m IOm增至現在的IOm 20m。由於攪拌功率與攪拌器直徑的平方成正比、通氣壓力與發酵罐內液層高度成正比，因此發酵罐體積擴大後攪拌功率成倍上升、通氣壓力迅速上升，最終導致能耗大幅增加。為降低能耗，近年開發有立式無攪拌射流發酵罐，其利用壓縮空氣壓力能，通過射流裝置使氣液均質並轉化為高速射流，再藉助罐內導流裝置，帶動發酵液循環、使微生物發酵過程在罐內均勻進行。但為克服液層靜壓力和轉化高速射流所需壓力能，其空氣進罐壓力遠大於帶攪拌的普通通氣發酵罐所需壓力，雖然省卻了攪拌功率消耗，而空壓機出口壓力上升導致電耗上升，此消彼長，射流無攪拌發酵罐並不節能。況且部分生產菌不能在高速射流的環境中生長代謝，不能應用，因此其實際應用範圍非常有限，需要改進。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種氣液混合效果良好、發酵效率高，且能耗低無需攪拌裝置的好氣性臥式液體發酵罐。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種臥式液體發酵罐，其包括罐體、冷卻系統、進氣系統及排氣系統，所述罐體上設置有料液進出口、出氣氣帽及各種必要的管道接口 ；所述冷卻系統至少包括設置在罐體內的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進口管與出口管，所述進氣系統包括進氣管、及與進氣管相連通的氣液混合器，所述排氣系統包括排氣管，其特徵在於所述冷卻裝置是由環形螺旋管橫向設置在罐體內，形成兩端開口的圓筒狀結構；所述氣液混合器設置在前述環形螺旋管的筒狀結構內，使罐體內的發酵氣液在氣液混合器的推動下，沿著環形螺旋管作內外循環運動，環形螺旋管同時構成發酵罐內引起液體強制循環的「導流筒」。作為改進，所述環形螺旋管由小直徑圓管卷製成的2 3圈不同環形直徑的螺旋管組成，並分為並聯的數段，每段環形螺旋管分別設有相應的冷卻液進口管與出口管。所述環形螺旋管中心軸線平行於罐體的中心線。作為優選，所述小直徑圓管是DN25 DN100的無縫鋼管。進一步改進，所述氣液混合器採用旋流混合器，呈多級並聯，沿螺旋管的中心軸線設置在每段環形螺旋管內，且每級旋流混合器分別通過進氣支管與進氣管相通。旋流混合器是無菌空氣的進氣裝置，空氣在其中渦旋通道內噴射旋轉流出，吸引附近液體帶入其中， 並與氣體強制混合後呈乳化狀導出旋流混合器。由於在發酵罐簡體長度方向，布置多個旋流混合器，使「導流筒」內的液層宏觀上逐步沿發酵罐軸向推進，其外圍液層自然往相反方向推進，從而形成循環。此循環不同於普通發酵罐內通過機械攪拌器建立的循環，沒有機械剪切對微生物細胞的損害。作為改進，所述排氣系統還包括出氣管、高效旋擊氣液分離器與液體回流管，所述出氣管的一端與出氣氣帽相連，另一端連接氣液分離器，所述氣液分離器上連接有排氣管與液體回流管，由出氣管帶來的氣液固混合物經氣液分離器處理後，分離出來的固、液物通過回流管回流，分離出來的氣體由排氣管排出。作進一步改進，所述回流管連接至發酵罐內氣液混合器中心入口附近，便於回流物被弓I出、分流，再進一步改進，所述罐體還設置有回氣系統，所述回氣系統包括氣體循環管和氣體混合器，所述氣體循環管與氣液分離器相連，所述氣體混合器與進氣系統相通，氣液分離器中的部分氣體通過氣體循環管連接進入氣體混合器，在氣體混合器的作用下，被無菌空氣抽吸，通過進氣系統連接至罐內再次循環使用。作為優選，所述氣體混合器為文氏管式氣體混合器，無菌空氣在其中通過時，產生壓力變化，抽吸部分發酵出氣並與之混合。作為改進，所述氣體循環管上設置有流量調節閥門，用以調節控制氣體的流量。再改進，所述的冷卻液進、出口管、排氣管以及各個進氣支管上分別設置有流量調節閥。可以對罐體內的溫度、空氣通量進行調節控制。進一步改進，所述冷卻系統還包括設置在發酵罐外表面的薄層環形帶構成的外冷卻裝置，用以提高冷卻效果。與現有技術相比，本發明在罐體內設置環形螺旋管結構的冷卻裝置，並且採用旋流混合器沿環形螺旋管中心軸線安裝，使得環形螺旋管成為氣液循環的「導流筒」，替代了傳統的攪拌裝置，通過混合、循環，氣液兩相流被均質、乳化，氣體被分散成細小的氣泡，延長了在液層中的停留時間，大大提高了提高發酵液中的溶解氧濃度，同時提高了發酵效率， 而且由於沒有機械剪切對微生物細胞的損害，有助於發酵產物的生成和提取；還設置有回氣裝置，使得20% 50%的發酵出氣被循環利用，增加了其在發酵罐內的停留時間及其氧利用效率，並且無菌空氣進發酵罐壓力僅是傳統立式發酵罐的1/2 1/4左右，使得發酵配套空壓機的產氣流量減小、排氣壓力降低，從而大幅節約電能。本發明的臥式發酵罐結構新型、氣液混合效果良好、發酵效率高，綜合節能可達50% 80%，適用於好氣性微生物液態發酵。


圖1為本發明實施例的臥式發酵罐的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。如圖1所示，一種臥式液態發酵罐，包括罐體1、冷卻系統、進氣系統、排氣系統及回氣系統，所述罐體的前端頂部設置有料液進口 2、後端頂部設置有出氣氣帽9，罐體1的前端底部設置有料液出口 14，罐體1上還設置有各種必要的管道接口，為便於出料，發酵罐安裝時可略微向出口 14傾斜，這樣也有利於發酵出氣向氣帽9匯聚。所述冷卻系統包括貼在發酵罐外表面的薄層環形帶構成的外冷卻裝置和設置在罐體內的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進口管15與出口管16，所述冷卻裝置是由小直徑圓管卷製成的2圈直徑不同的環形螺旋管12組成，所述環形螺旋管12橫向設置在平行於罐體1中心線的方向上，形成兩端開口的圓筒狀結構，所述環形螺旋管12分為並聯的三段，相應進出接管15、16為三進三出，在每段進出管15、16上均設有流量調節閥17，環形螺旋管12同時起到了發酵液在其內外循環的「導流筒」的作用。所述進氣系統包括進氣管3、進氣支管10及氣液旋流混合器 13，所述旋流混合器13為並聯三級，分別設置在每段環形螺旋管12內，每級旋流混合器13 分別通過進氣支管10與進氣管3相通，每個進氣支管10上均設置有流量調節閥18，無菌空氣通過進氣管3、進氣支管10通入氣液旋流混合器13，氣流由中心向四周呈渦旋噴出，產生相對低壓區，吸引周邊發酵液體進入旋流混合器13，從前一級旋流混合器13出來的氣液混合物被吸入下一級旋流混合器13，進入其中的空氣流量可通過調節閥18進行控制，由於環形螺旋管12相當於「導流筒」，如圖1中箭頭所示，發酵液在其內部向氣帽9方向運動，遇罐體1折返，在其外圍向料液出口 14方向運動，形成循環。 所述排氣系統包括排氣管7、出氣管8、高效旋擊氣液分離器5與液體回流管6，所述出氣管8的一端與出氣氣帽9相連，另一端連接氣液分離器5，所述氣液分離器5上連接有排氣管7與液體回流管6，發酵過程產生的代謝氣體、未被利用的空氣匯集在氣帽9內，並通過出氣管8引出發酵罐，而後進入高效旋擊氣液分離器5，經氣液分離器處理後，出氣中夾帶的液沫、固形物等在其中被分離，通過回流管6引入到旋流混合器13中心入口附近，被其加速引流，分離出來的氣體分兩部分引出，一部分通過回氣系統的氣體循環管4，被引入到文氏管式氣體混合器19，無菌空氣通過文氏管式氣體混合器19時，產生抽吸作用，將該部分發酵出氣通過進氣總管再次進入發酵罐，形成循環，此部分循環利用的氣體可通過閥門21調節，約佔總出氣量的20% 50%;高效旋擊氣液分離器5內的另一部分氣體通過排氣管7、排氣調節閥20排出。
權利要求
1.一種臥式液態發酵罐，其包括罐體、冷卻系統、進氣系統及排氣系統，所述罐體上設置有料液進出口、出氣氣帽及各種必要的管道接口，所述冷卻系統至少包括設置在罐體內的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進口管與出口管，所述進氣系統包括進氣管、及與進氣管相連通的氣液混合器，所述排氣系統包括排氣管，其特徵在於所述冷卻裝置是由環形螺旋管橫向設置在罐體內，形成兩端開口的圓筒狀結構，所述氣液混合器設置在環形螺旋管的筒狀結構內，使罐體內的發酵液在氣液混合器的推動下，沿著環形螺旋管作內外循環運動。
2.根據權利要求1所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述環形螺旋管採用直徑為 DN25 DmOO的無縫鋼管卷制、由2 3圈不同環形直徑的螺旋管組成，並橫向分為並聯的數段，每段環形螺旋管分別設有相應的冷卻液進口管與出口管。
3.根據權利要求1所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述氣液混合器採用旋流混合器，呈多級並聯，沿螺旋管的中心軸設置在每段環形螺旋管內，且每級旋流混合器分別通過進氣支管與進氣管相通。
4.根據權利要求1所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述排氣系統還包括出氣管、 高效旋擊氣液分離器與液體回流管，所述出氣管的一端與出氣氣帽相連，另一端連接氣液分離器，所述氣液分離器上連接有排氣管與液體回流管，由出氣管過來的氣液固混合物經氣液分離器處理後，分離出來的固、液物通過液體回流管回流至發酵罐內氣液混合器中心入口附近而被分流，分離出來的氣體由排氣管排出。
5.根據權利要求1至4任一權利要求所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述罐體還設置有回氣系統，所述回氣系統包括氣體循環管和氣體混合器，所述氣體循環管與氣液分離器相連，所述氣體混合器與進氣系統相通，氣液分離器中的部分氣體進過氣體循環管連接進入氣體混合器，在氣體混合器的作用下，被無菌空氣抽吸，通過進氣系統連接至罐內再次循環使用。
6.根據權利要求5所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述氣體混合器為文氏管式氣體混合器。
7.根據權利要求5所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述氣體循環管上設置有流量調節閥門。
8.根據權利要求1至4任一權利要求所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述的冷卻液進、出口管、排氣管以及各個進氣支管上分別設置有流量調節閥。
9.根據權利要求1至4任一權利要求所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述冷卻系統還包括設置在發酵罐外表面的薄層環形帶構成的外冷卻裝置。
10.根據權利要求1至4任一權利要求所述的臥式液態發酵罐，其特徵在於所述環形螺旋管設置在平行於罐體中心軸的方向上。
全文摘要
一種臥式液態發酵罐，其包括罐體、冷卻系統、進氣系統及排氣系統，所述罐體上設置有料液進出口、出氣氣帽及各種必要的管道接口，所述冷卻系統至少包括設置在罐體內的冷卻裝置以及與之相連接的冷卻液進口管與出口管，所述進氣系統包括進氣管、及與進氣管相連通的氣液混合器，所述排氣系統包括排氣管，其特徵在於所述冷卻裝置是由環形螺旋管橫向設置在罐體內，形成兩端開口的圓筒狀結構，所述氣液混合器設置在環形螺旋管的筒狀結構內，使罐體內的發酵氣液在氣液混合器的推動下，沿著環形螺旋管作內外循環運動。所述發酵罐還設置有回氣裝置，可回收利用部分發酵出氣。本發明的臥式發酵罐結構新型、氣液混合效果良好、發酵效率高，無需攪拌裝置，綜合節能可達50％～80％，適用於好氣性微生物液態發酵。
文檔編號C12M1/04GK102268365SQ20101018953
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月1日 優先權日2010年6月1日
發明者陸飛浩 申請人:陸飛浩