自吸式氣升發酵罐的制作方法
【專利摘要】一種自吸式氣升發酵罐，包括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導流裝置以及設于罐體上的進氣管、排氣管，進氣裝置為旋流混合器，設于罐體底部與進氣管相連通，導流裝置設在罐體內位于旋流混合器的上方，其特征在于：導流裝置為一導流筒，導流筒縱向設置在罐體的軸線上，在罐體的軸線上設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，攪拌器位于在導流筒內的下部位置。本實用新型采用的旋流混合器是可隨著攪拌軸旋轉的，液體借助旋轉的旋流混合器獲得很高的動能，離開時產生抽吸作用，使得被吸入的空氣可在較低的壓力下進入發酵罐，而且有利于空氣利用率提高，具有結構簡潔、氣液混合效果良好、發酵效率高的特點，綜合節能非常顯著。
【專利說明】自吸式氣升發酵罐

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種發酵罐，尤其是一種應用于工業化大生產中的，作為好氣性 微生物發酵的自吸式氣升發酵罐。

【背景技術】
[0002] 通常好氣性微生物發酵罐內部有攪拌系統、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 2m?4m增至現在的4m?10m ;高度從過去5m?10m增至現在的10m?20m。由于攪拌功 率與攪拌器直徑的5次方成正比，因此發酵罐體積擴大后攪拌功率成倍上升，導致能耗大 幅增加。同時罐內液層靜壓增加，進罐空氣壓力也隨之增加。使好氣性微生物發酵成為高 能耗行業。
[0003] 為降低能耗，近年開發有多種立式少攪拌和無攪拌發酵罐，其利用壓縮空氣壓力 能，通過射流裝置使氣液均質并轉化為高速射流，再借助罐內導流裝置，帶動發酵液循環、 使微生物發酵過程在罐內均勻進行。但轉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致電耗上升，此消彼長，帶射流的少攪拌和無攪拌發酵罐 并不節能。況且部分生產菌不能在高速射流的環境中生長代謝，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。許多微生物發酵不能應用上此種發酵罐，因此其實際應 用范圍非常有限，需要改進。
[0004] 現有專利號為CN201110143108. 2的中國專利《一種旋流氣升式發酵罐》，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，所述排氣管設于罐體頂部的中間位置，所述進氣裝置為一旋 流混合器，設于罐體內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 上方設有導流裝置，所述導流裝置為兩端開口的筒狀結構，呈縱向設置在罐體的軸線上。這 種發酵罐無攪拌裝置，發酵氣液是在旋流混合器的作用下呈旋流狀態混合，沿著導流裝置 作內外循環運動，但是該旋流混合器是靜態工作的，不能旋轉，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酵。 實用新型內容
[0005] 本實用新型所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種結構簡單、氣 液混合效果良好的自吸式氣升發酵罐，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問題所采用的技術方案為：一種自吸式氣升發酵罐，包 括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導流裝置、冷卻裝置以及所述罐體上設置的進氣管、排氣管， 進氣管設于罐體底部或靠近底部的位置，排氣管設于罐體頂部，并與排氣裝置相連接，進氣 裝置為一旋流混合器，設于罐體內的底部與進氣管相連通，導流裝置設在罐體內中部位于 旋流混合器的上方，其特征在于：所述導流裝置為一兩端開口的導流筒，導流筒縱向設置在 罐體的軸線上，在罐體的軸線上設有一帶有攪拌器的攪拌軸，攪拌軸的上端伸出罐體與驅 動電機相連，攪拌軸的下端與旋流混合器相連接，攪拌器位于在導流筒內的下部位置。
[0007] 作為改進，所述旋流混合器包括由內至外設置的內殼體、外殼體以及呈圓周狀分 布在外殼體內的旋流葉片，內殼體與外殼體之間設有供罐體內的發酵液進入的圓形開口， 內殼體的上端中心部設有與攪拌軸末端的聯軸器相連接的法蘭盤，內殼體的底部與進氣管 可轉動地相連通，內殼體的側部設有氣體出口，外殼體內通過旋流葉片分隔成供氣液混合 的渦旋通道，外殼體外周設有供氣液混合料甩出的開口。
[0008] 作為改進，所述內殼體的底部設有進氣口，在進氣口處設有一可供進氣管插置的 密封座，密封座的下端固定設有一密封套，密封套的內徑大于密封座的內徑，進氣管上套設 有與密封套呈間隙配合的密封環，密封環的上端面與密封座相抵密封，從而構成旋流混合 器與進氣管之間有密封的、可轉動地相連通。
[0009] 作為改進，所述攪拌器是具有軸向流型的推進式攪拌器，在攪拌軸上間隔設有 2?3個中間軸承，中間軸承通過支架和導流筒固定，而導流筒通過支架再和發酵罐內壁固 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于罐體壁面的第一冷卻夾套和設于導流筒壁面的第 二冷卻夾套。
[0011] 再改進，所述第一冷卻夾套設置在罐體的外壁或者內壁或者內外壁面，所述第二 冷卻夾套設置在導流筒的外壁或者內壁或者內外壁面。
[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流筒內，分離出來的氣體由排空管排出。
[0013] 進一步改進，所述導流筒的中部設有供液體回流管的液體流入的入口。
[0014] 與現有技術相比，采用旋轉的旋流混合器作為進氣裝置，不同于靜態的旋流混合 器，液體借助旋轉的旋流混合器獲得很高的動能，離開時產生抽吸作用，使得旋流混合器內 殼體內腔產生負壓，因此使得被吸入的空氣可在較低的壓力下進入發酵罐，甚至可以小于 罐內液層靜壓，此為"自吸式"。在導流筒內設有軸向流攪拌器，使得發酵罐內液體整體產生 中心向下、四周向上的循環流動，使得物料混合循環能耗很低，適用于高粘度物料發酵，氣 液混合分散性能好。本實用新型結構簡潔、氣液混合效果良好、發酵效率高，綜合節能非常 顯著。廣泛適應不同菌種、物料的發酵產品，適用于對現有傳統發酵罐的改造或新、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酵罐的結構示意圖；
[0016] 圖2為本實用新型實施例的旋流混合器的結構剖視示意圖；
[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酵罐，包括圓筒狀的罐體1、進氣裝置、 排氣裝置、導流裝置、冷卻裝置、攪拌裝置以及罐體1上設置的進氣管11、排氣管12,進氣管 11設于罐體1底部與進氣裝置相連接，排氣管12設于罐體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形管，也不是射流氣液混合器，而是一可 旋轉的旋流混合器2,設于罐體1內的底部。攪拌裝置包括攪拌軸4和攪拌器5,攪拌軸4 設置在罐體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轉動。導 流裝置為一兩端開口的導流筒3,與攪拌軸4同軸縱向設置在罐體1內，并處于旋流混合器 2的正上方，攪拌器5位于在導流筒3內的下部位置，導流筒3的上端成型有便于發酵液流 入的擴徑口 32。
[0021] 旋流混合器2類似離心水泵的葉輪，包括由內至外設置的內殼體21、外殼體22以 及呈圓周狀分布在外殼體22內的旋流葉片23,內、外殼體呈圓錐面上下對稱，且同軸設置， 分別與旋流葉片焊接而成整體。外殼體22中心是空的，與內殼體21自然形成供罐體1內 的發酵液進入的圓形開口 28。內殼體21的的上端中心部設有與攪拌軸4末端的聯軸器41 相連接的法蘭盤24,內殼體21的底部與進氣管11相連通，并可旋轉地設置，內殼體21的外 周設有氣體出口 211。外殼體22內通過旋流葉片23分隔成供氣液混合的渦旋通道231，外 殼體22外周設有供氣液混合料甩出的開口 29。
[0022] 旋流混合器2旋轉時，發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內部產生真空，吸引空氣進入，空氣從進氣管11進入內殼體21，出內殼體 21外周后進入外殼體22內的渦旋通道231，在此與發酵液強制混合，氣液兩相呈乳化狀從 旋流混合器2外周甩出，由于液體借助旋轉的旋流混合器2獲得很高的動能，離開時產生抽 吸作用，使得旋流混合器內殼體內腔產生負壓，因此被吸入的空氣可在較低的壓力下進入 發酵罐，甚至可以小于罐內液層靜壓，此為"自吸式"。
[0023] 旋流混合器2與進氣管11的連接是這樣的：內殼體21的底部設有進氣口，在進氣 口處設有一可供進氣管11插置的密封座25,密封座25的下端固定設有一密封套26,密封 套26的內徑大于密封座25的內徑，進氣管11上套設有與密封套26呈間隙配合的密封環 27,密封環27的上端面與密封座25相抵密封，密封環27可采用自潤滑的工程塑料如聚四 氟乙烯制成。該密封結構中密封套26屬動環，密封環27屬靜環，兩者組成動態間隙密封， 可以阻止發酵液進入內殼體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上間隔設有2?3個中間 軸承6,通過支架和導流筒3固定，而導流筒3通過支架再和罐體1內壁固定，為了旋流混合 器2的穩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中心設有導流筒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酵液必須向上流動，到達導流筒3頂部后，氣 體向上從罐體1頂部排出，發酵液再進入導流筒3內部，在重力及推進式攪拌器5的作用下 向下運動，從而形成發酵液的循環流動。
[0025] 冷卻裝置包括設于罐體1壁面的第一冷卻夾套13和設于導流筒3壁面的第二冷 卻夾套31，根據發酵發熱負荷計算的冷卻面積大小，第一冷卻夾套13可設置在罐體1的外 壁或者內壁或者內外壁面，第二冷卻夾套31可設置在導流筒3的外壁或者內壁或者內外壁 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,發酵形成的代謝氣體和未利用空氣（統稱尾氣）通過排氣管12,進入排氣 裝置，尾氣經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，清潔氣體由排空管9排出，排氣管9上安裝有排氣調節閥門 91，在導流筒3的中部設有供液體回流管10的液體流入的入口。
[0026] 工作原理是這樣的：旋流混合器2隨攪拌軸旋轉時，發酵液從內外殼體之間的圓 形開口 28進入、從外殼體22外周甩出，同時旋流混合器內殼體內部產生真空，吸引空氣進 入。空氣通過進氣管11進入內殼體21，出內殼體外周后進入外殼體22內的渦旋通道231， 在此與發酵液強制混合，氣液兩相呈乳化狀從旋流混合器外周甩出。由于液體借助旋轉的 旋流混合器2獲得很高的動能，離開時產生抽吸作用，因此被吸入的空氣可在較低的壓力 下進入發酵罐，甚至可以小于罐內液層靜壓，此為"自吸式"。由于旋流混合器2對其中心 上方液體產生向下的吸引作用，同時導流筒3內液體在攪拌器5作用下，也是向下流動，使 得發酵罐內液體整體產生中心向下、四周向上的循環流動。這樣導流筒3內液體氣含量很 低，快速向下運動；導流筒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"。不同于普通發酵罐內通過機械攪拌建立的循環，也不同于射流器通過高速射流帶動的 循環，旋流混合器2引發的物料混合循環能耗很低，同時適用于高粘度物料發酵，氣液混合 分散性能好，而且不致使微生物細胞剪切損傷，對比傳統通氣攪拌發酵罐，攪拌功率至少可 以下降50%，空氣壓力可以降低0. OIMPa?0. 05Mpa，綜合節能非常顯著。
【權利要求】
1. 一種自吸式氣升發酵罐，包括罐體、進氣裝置、排氣裝置、導流裝置、冷卻裝置以及 所述罐體上設置的進氣管、排氣管；進氣管設于罐體底部或靠近底部的位置，排氣管設于罐 體頂部，并與排氣裝置相連接；進氣裝置為一旋流混合器，設于罐體內的底部與進氣管相連 通；導流裝置設在罐體內中部位于旋流混合器的上方，其特征在于：所述導流裝置為一兩 端開口的導流筒，導流筒縱向設置在罐體的軸線上，在罐體的軸線上設有一帶有攪拌器的 攪拌軸，攪拌軸的上端伸出罐體與驅動電機相連，攪拌軸的下端與旋流混合器相連接，攪拌 器位于在導流筒內的下部位置。
2. 根據權利要求1所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述旋流混合器包括由內 至外設置的內殼體、外殼體以及呈圓周狀分布在內外殼體之間的旋流葉片，內殼體與外殼 體之間設有供罐體內的發酵液進入的圓形開口，內殼體的的上端中心部設有與攪拌軸末端 的聯軸器相連接的法蘭盤，內殼體的底部與進氣管可轉動地相連通，內殼體的側部設有氣 體出口，外殼體內通過旋流葉片分隔成供氣液混合的渦旋通道，外殼體外周設有供氣液混 合料甩出的開口。
3. 根據權利要求2所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述內殼體的底部設有進 氣口，在進氣口處設有一可供空氣管插置的密封座，密封座的下端固定設有一密封套，密封 套的內徑大于密封座的內徑，進氣管上套設有與密封套呈間隙配合的密封環，密封環的上 端面與密封座相抵密封，從而構成有密封的、可轉動地相連通。
4. 根據權利要求1所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述攪拌器是具有軸向流 型的推進式攪拌器，在攪拌軸上間隔設有2?3個中間軸承，中間軸承通過支架和導流筒固 定，導流筒通過支架再和發酵罐內壁固定，其中最下方的中間軸承位于靠近攪拌器上方的 位置。
5. 根據權利要求1至4任一權利要求所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述冷 卻裝置包括設于罐體壁面的第一冷卻夾套和設于導流筒壁面的第二冷卻夾套。
6. 根據權利要求5所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述第一冷卻夾套設置在 罐體的外壁或者內壁或者內外壁面，所述第二冷卻夾套設置在導流筒的外壁或者內壁或者 內外壁面。
7. 根據權利要求1至4任一權利要求所述的自吸式氣升發酵罐，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，分離出來的氣體由排空管排出。
8. 根據權利要求7所述的自吸式氣升發酵罐，其特征在于：所述導流筒的中部設有供 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 優先權日:2014年6月26日
【發明者】陸飛浩 申請人:陸飛浩