一种独立气升式双循环发酵罐

摘要

本发明公开了一种独立气升式双循环发酵罐。包括：罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、视窗(1.1、2.7)等。发酵罐电路连接到仪表控制器上。本发明所采用的设计科学合理，克服了现有技术的缺点和不足，结构简单，易于操作，能耗低，发酵效果好。具有很强的工业化实施性。

权利要求

1.一种独立气升式双循环发酵罐，包括：罐体、保温层、外循环装置、空气进气管、空气进气管单向阀、空气分布器、内循环装置、发酵温度感应器、进料口、消泡剂入口、罐盖、排气管、压力阀、出料口、加热器、保温层进出水口、保温层温度感应器、保温层排气口，在罐体和保温层分别设置视窗以利于观察，发酵罐电路连接到仪表控制器上，发酵罐罐体及部件采用耐热、耐酸碱不锈钢材质，其特征在于：罐体最下方设有内循环排水口，内循环排水口连接罐外的内循环泵，再连接内循环管，在罐外内循环管最低处设有排液阀门，内循环管自罐底进入罐内，至发酵罐顶端，分成2-4个管，最后连接内循环喷头，内循环喷头设置2-4个，内循环排水口设置1-4个，内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35。

2.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：罐体底部设有空气分布器，空气分布器包括底座、导管和莲花喷头，空气分布器底座焊接于进气管上，呈圆柱形，下面封闭，侧面开导管口，导管焊接于底座上，导管末端连接莲花喷头，导管与莲花喷头设置10-50套，分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1.2∶1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头的直径外层比内层大，二者直径比例为3-1.2∶1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大，外层喷头上气孔比内层多。

3.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：保温层设有外循环系统，包括外循环管和外循环泵，保温层外循环管与保温层相连通的部位设置在保温层进水口附近，连接罐外的外循环泵，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。

4.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于：进气管设有单向阀，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。

说明书

一种独立气升式双循环发酵罐

技术领域

[0001] 本发明属于工程机械领域，涉及一种微生物发酵工程使用的发酵罐，尤其是一种独立气升式双循环发酵罐。

背景技术

[0002] 目前传统的发酵罐，多采用机械搅拌、单管通气的方法，以搅拌浆的快速转动来打碎气泡，进行气液均匀分布和传质、传热，这种方式要求搅拌必须强烈，因而需要大功率的电机带动搅拌装置，不仅发酵过程的能耗过高，而且设备复杂、容易污染，发酵效果受到影响。

[0003] 气升式发酵罐，以气体的流动带动罐内发酵液循环，替代机械搅拌，降低了能耗，简化了设备。但是目前使用的气升式发酵罐依旧存在一些缺点，比如，由于采用气体的流动带动发酵液循环，使得罐体的高径比大，对厂房高度有一定要求；空压机要采取大功率工作才能满足罐内循环正常；罐内空气利用率低，未利用的空气从排气管排出，造成浪费等等。中国国家知识产权局授权公告号CN2527566Y，公布了一种气升式节能发酵罐，通过在罐内安装通心筒管，使得发酵液在喷头的喷射气流压力带动下沿通心筒管向上流动，到达顶部后，向四周扩散，在筒管外重力回流。该发酵罐达到罐内良好的循环效果，但是存在上述气升式发酵罐的典型缺点，如，发酵液在通心筒管内与压缩空气接触混合，向上循环，但是到达发酵液面时，气体逸散，造成空气利用率低、浪费的现象；发酵液在通心筒管外重力回流的过程中，溶氧量迅速下降，影响发酵效果等。

[0004] 由此可见，针对发酵罐技术需要重点解决的两个问题，一是如何降低发酵过程中的能耗；二是如何提高空气利用率。

[0005] 另外一种发酵罐采取机械搅拌和气体分布器组合的方式，即综合传统发酵罐的搅拌技术与气升式发酵罐的气体分布技术。这种发酵罐发酵效果有一定提高，但是却以高能耗，和复杂的设备作为代价。投入与产出比例并未得到实质改观。

[0006] 针对现有问题，本发明提出一种独立气升式双循环发酵罐，以低能耗达到很好的发酵效果。

发明内容

[0007] 一种独立气升式双循环发酵罐，包括：罐体、保温层、外循环装置、空气进气管、空气进气管单向阀、空气分布器、内循环装置、发酵温度感应器、进料口、消泡剂入口、罐盖、排气管、压力阀、出料口、加热器、保温层进水口和保温层出水口、保温层温度感应器、保温层排气口，在罐体和保温层分别设置视窗以利于观察。发酵罐电路连接到仪表控制器上，操作十分简便。该发酵罐不仅可以用于微生物发酵，还可以作为高温灭菌器或反应釜使用。

[0008] 罐体1底部设为倒锥形，倒锥形斜面与水平面呈10-45°角，优选角度为20-30°。

[0009] 罐体1倒锥形最下方设有内循环排水口，发酵液依靠重力进入内循环排水口，在内循环泵的作用下，通过内循环管泵至发酵罐顶端，分成2-4个管，最后由内循环喷头以细小液体流喷出，达到循环及充分接触空气的效果。在罐外内循环管最低处设有排液阀门，内循环喷头设置2-4个，内循环管直径与发酵罐直径之比为1∶25-35，内循环泵的功率为100-350瓦，发酵罐内发酵液在3-7分钟内完全循环一次。

[0010] 罐体1底部设有空气分布器，空气分布器包括底座、导管和莲花喷头。空气分布器底座焊接于进气管上，呈圆柱形，下面封闭，侧面开导管口，导管连接于底座上，导管末端连接莲花喷头。导管与莲花喷头设置10-50套。分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1.2∶1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头的直径外层比内层大，二者直径比例为3-1.2∶1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大，外层喷头上气孔比内层多。

[0011] 保温层设有外循环系统，包括外循环管和外循环泵，外循环泵75-150瓦，间歇式工作，提供对罐体的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。

[0012] 罐体进气管设有单向阀，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。

[0013] 罐体倒锥形最下方设有出料口，出料口可以作为取样口使用。

[0014] 罐体外壁设有视窗，以利于观察发酵情况。

[0015] 罐体设有发酵温度感应器，感应器感应头深入发酵液下方20-30厘米，另一端接仪表控制器上。

[0016] 罐体设有旋开式罐盖，可以作为投料口及人孔使用，开关方便，密闭良好。

[0017] 罐体上设有进料口、消泡剂入口、排气管、压力阀。

[0018] 保温层设有保温层进水口和保温层出水口和外视窗，上部设有保温层排气口、保温层温度感应器。

[0019] 本发酵罐的优点是：

[0020] 1.通过快速内循环和空气分布器，能够使气液充分混合均匀，提高空气利用率，发酵效果好。

[0021] 2.发酵罐的高径比下降，厂房高度降低；空压机可以在较低功率下工作，即能达到供气及循环的要求，节能。

[0022] 3.控制设备通过电路连接于仪表控制器上，操作简单，易于学会。

[0023] 4.本发酵罐制作成本低，能耗低(发酵能耗是同型号搅拌型的1/6至1/10)，适合推广应用。

附图说明

[0024] 图1：发酵罐结构图。1罐体、1.1内视窗、2保温层、2.1保温层出水口、2.2保温层进水口、2.3外循环管、2.4外循环泵、2.5保温层温度感应器、2.6保温层排气口、2.7外视窗、3进气管、3.1空气分布器底座、3.2空气分布器导管、3.3莲花喷头、3.4单向阀、4内循环管、4.1内循环泵、4.2内循环喷头、4.3内循环排水口、5发酵温度感应器、6进料口、7消泡剂入口、8罐盖、9排气管、10压力阀、11出料口、12加热器。

[0025] 图2：发酵罐外俯视图。

[0026] 图3：内循环系统罐内仰视图。

[0027] 图4：空气分布器仰视图及变形。

具体实施方式

[0028] 实施例1

[0029] 结合附图1、2、3、4，独立气升式双循环发酵罐，包括罐体1、保温层2、外循环管2.3、外循环泵2.4、空气进气管3、空气进气管的单向阀3.4、空气分布器底座3.1、空气分布器导管3.2、莲花喷头3.3、内循环管4、内循环泵4.1、内循环喷头4.2、内循环排水口4.3、发酵温度感应器5、进料口6、消泡剂入口7、罐盖8、排气管9、压力阀10、出料口11、加热器
12以及内视窗1.1、外视窗2.7等，设备连接到仪表控制器上，利于操作。

[0030] 发酵罐中，罐体1下方倒锥形底部与水平面采用30°角。空气进气管3沿罐体1内壁由上方进入向下延伸，下端至罐底依次连接空气分布器底座3.1、空气分布器导管3.2、莲花喷头3.3。内循环排水口4.3设在罐体底部，内循环排水口连接到罐体外的内循环泵4.1，在罐外内循环管最低处设有排液阀门，再由内循环管4回到罐体内部，向上延伸至罐体顶部，分开2个管，连接到内循环喷头4.2。保温层外循环管2.3与保温层相连通的部位设在保温层进水口2.2附近，连接罐外的外循环泵2.4，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体1的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。

[0031] 工作状态简述如下：首先清洗罐体内部，向罐中注入适量清水及发酵营养液，然后通过加热器加热，使罐内温度达到121°，开启内循环，保持40min，灭菌，灭菌后关闭加热器。通过进水口向保温层注入冷水，开启外循环泵，使罐体内部迅速降温，达到所需温度后，关闭外循环泵。通过进料口6接种，开启排气管，打开压缩空气泵及气阀，压缩空气通过进气管3进入罐内，气体从空气分布器均匀喷出。发酵液循环，发酵过程中温度等参数体现在仪表控制器上，根据监测数据控制发酵过程。

[0032] 实施例2

[0033] 与实施例1比较，罐体底部也可以设置成圆弧形，即倒锥形改成圆弧形，将内循环管顶端设计成分开3(或4)个管，连接到内循环喷头。其他设计与实施例1相同。不再复述。

[0034] 实施例3

[0035] 与实施例2比较，空气分布器可以设计成向上喷空气，即空气分布器向上设置，其他设计与实施例1相同。不再复述。

[0036] 实施例4

[0037] 与实施例2比较，进气管3设计成从罐底进入，然后连接空气分布器。其他设计与实施例1相同。

[0038] 本发明空气分布器可根据罐体大小适当增减导管与莲花喷头，内循环管也可以设置多个入口管和多个喷头，外循环管的位置也可以调整，其变形均在本发明保护范围之内。