一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，臥式反應(yīng)釜體的左右側(cè)對(duì)稱的安裝外循環(huán)上升管，外循環(huán)上升管的上下端分別與臥式反應(yīng)釜體的上下部連通，外循環(huán)上升管下部安裝有空氣噴嘴，并在外循環(huán)上升管管壁外周安裝外置換熱器，所述的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并與臥式反應(yīng)釜體中心同軸安裝，在內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒上設(shè)有多個(gè)篩孔，所述的空氣分布器設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并位于內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒正下方，與臥式反應(yīng)釜體同軸安裝，空氣分布器的下端穿出臥式反應(yīng)釜體的底面與空氣進(jìn)口連通，所述的內(nèi)置換熱器設(shè)置在臥式反應(yīng)釜體的內(nèi)壁上。本實(shí)用新型從根本上解決了常規(guī)氣升式反應(yīng)器內(nèi)高靜壓下，溶氧率降低的問題。
【專利說明】
一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及微生物發(fā)酵設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]大多數(shù)的微生物發(fā)酵都是好氧的，然而氧氣在發(fā)酵醪液中的溶解度極小，僅 0.22mmol/L，是最容易成為微生物發(fā)酵的限制性因素，大大影響了生化反應(yīng)的進(jìn)行。
[0003]氣升式反應(yīng)器是好氧反應(yīng)器的一種，利用通入反應(yīng)器內(nèi)的空氣上升時(shí)的動(dòng)力帶動(dòng)作用及發(fā)酵液密度變化，實(shí)現(xiàn)醪液混合;結(jié)構(gòu)分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)反應(yīng)器兩種形式，其特點(diǎn)包括:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、節(jié)省鋼材、操作無噪音、裝液系數(shù)高、不須加消泡劑、維修操作清洗簡(jiǎn)單、減少雜菌感染等特點(diǎn)。氣升式發(fā)酵罐符合工藝要求及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)應(yīng)至少包括兩點(diǎn):一是循環(huán)周期時(shí)間必須符合菌種發(fā)酵的需要;二是要選用適當(dāng)直徑的噴嘴，保證氧氣的供給。
[0004]然而，現(xiàn)有的氣升式反應(yīng)器在高濃度、高粘度醪液培養(yǎng)時(shí)循環(huán)周期時(shí)間上不達(dá)標(biāo)， 導(dǎo)致醪液混合不均勻、傳質(zhì)效果差;單純選用適當(dāng)直徑的噴嘴也滿足不了高濃度、高粘度的醪液的對(duì)氧氣的需求，導(dǎo)致溶氧不充分，發(fā)酵周期長。另外，工業(yè)上用于大生產(chǎn)的氣升式反應(yīng)器往往高達(dá)幾十米，靜壓對(duì)溶氧量影響嚴(yán)重。本實(shí)用新型從改善高濃度、高粘度的大型生物反應(yīng)設(shè)備的氣液混勻效果出發(fā)，設(shè)計(jì)一種高溶氧、高傳質(zhì)、剪切力小的生物反應(yīng)器?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器。
[0006]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，包括臥式反應(yīng)釜體、外循環(huán)上升管、外置換熱器、空氣噴嘴、空氣分布器、內(nèi)置換熱器和內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒，臥式反應(yīng)釜體的左右側(cè)對(duì)稱的安裝外循環(huán)上升管，外循環(huán)上升管的上下端分別與臥式反應(yīng)釜體的上下部連通，外循環(huán)上升管下部安裝有空氣噴嘴，并在外循環(huán)上升管管壁外周安裝外置換熱器，所述的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并與臥式反應(yīng)釜體中心同軸安裝，在內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒上設(shè)有多個(gè)篩孔，所述的空氣分布器設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并位于內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒正下方，與臥式反應(yīng)釜體同軸安裝，空氣分布器的下端穿出臥式反應(yīng)釜體的底面與空氣進(jìn)口連通，所述的內(nèi)置換熱器設(shè)置在臥式反應(yīng)釜體的內(nèi)壁上，所述的空氣進(jìn)口置于臥式反應(yīng)釜體的底部， 在臥式反應(yīng)釜體的底部還設(shè)有出料口，在臥式反應(yīng)釜體的上部設(shè)有進(jìn)料口和排氣口。內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒和外循環(huán)上升管二者共同作用，借助空氣的推動(dòng)力及密度的變化，發(fā)酵醪液在反應(yīng)釜內(nèi)形成兩大循環(huán)，使醪液混合均勻，實(shí)現(xiàn)高溶氧、高傳質(zhì)。
[0008]所述的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒的每個(gè)篩孔的直徑在2-10mm之間，并由下向上逐漸變大，篩孔的總面積占內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒面積的20%_60%。篩孔的總面積占導(dǎo)流筒面積的20%?60%，篩孔的直徑及總面積隨發(fā)酵微生物的不同可調(diào)整。該設(shè)計(jì)使得導(dǎo)流筒中的部分初始?xì)馀菽芩查g傳遞到釜中，增大溶氧。
[0009]所述的空氣分布器包括有水平密封圓盤，所述水平密封圓盤連通空氣進(jìn)口，水平密封圓盤表面均勻設(shè)置多個(gè)空氣分布孔。在不同的發(fā)酵體系以及不同發(fā)酵時(shí)期中，細(xì)胞濃度及需氧量不同，對(duì)循環(huán)周期的要求也不同；通過調(diào)整空氣進(jìn)口的速率，來調(diào)控循環(huán)周期， 滿足微生物對(duì)高溶氧的需求。
[0010]所述的臥式反應(yīng)釜體為圓筒形，罐體的徑高比為1.5-3。
[0011]所述的空氣噴嘴以100?500m/s的速度噴入上升管。
[0012]所述的內(nèi)置換熱器置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部?jī)蓚?cè)或一側(cè)，起到調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度的作用，并作為擋板，進(jìn)一步混勻發(fā)酵醪液。
[0013]由以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型通過臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器， 采用內(nèi)外雙循環(huán)裝置及空氣分布器供氧，包括帶有空氣噴嘴的外循環(huán)上升管、帶有不同直徑及總面積比的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒、特殊的帶有多個(gè)空氣分布孔的圓盤式空氣分布器及外置、 內(nèi)置換熱器。不論發(fā)酵醪液濃度、粘度的高低，不論天氣炎熱與否，該新型反應(yīng)器均能使醪液傳質(zhì)、傳熱、溶氧效率高，可縮短發(fā)酵周期。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)用新型從根本上解決了常規(guī)氣升式反應(yīng)器內(nèi)高靜壓下，溶氧率降低的問題，同時(shí)，由于外循環(huán)上升管中空氣噴嘴的安裝、內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒上不均勻篩孔的設(shè)計(jì)，及帶均勻分布孔的圓盤式空氣分布器的設(shè)計(jì)，使得釜體內(nèi)各個(gè)空間的溶氧率迅速增大，滿足發(fā)酵需要。本實(shí)用新型臥式雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器從根本上解決了常規(guī)氣升式反應(yīng)器不適合高濃度、高粘度的發(fā)酵體系;本實(shí)用新型采用外循環(huán)上升管及內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒的內(nèi)外雙循環(huán)裝置，使得發(fā)酵醪液在釜體內(nèi)外形成內(nèi)、外兩大循環(huán)，增強(qiáng)反應(yīng)器的混合效果;并且由于上升管較短，高濃度、高粘度的發(fā)酵醪液借助位于上升管下部的空氣噴嘴的推動(dòng)作用，即可快速地通過，阻力較小。本實(shí)用新型傳質(zhì)效果良好，特別適合高濃度、高粘度的發(fā)酵體系。本實(shí)用新型臥式雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器采用外置、內(nèi)置雙換熱器，即強(qiáng)化了管內(nèi)外熱量傳遞，內(nèi)置換熱器又可作為擋板，增強(qiáng)醪液傳質(zhì);本實(shí)用新型臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器臥置，占地少、不借助攪拌裝置而實(shí)現(xiàn)高濃度、高粘度發(fā)酵體系、能耗小、大大節(jié)省了成本;另外，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修方便，可操作性強(qiáng)。【附圖說明】[0〇15]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0017]如圖1、2所示，一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，包括臥式反應(yīng)釜體1、外循環(huán)上升管2、外置換熱器3、空氣噴嘴4、空氣分布器6、內(nèi)置換熱器7和內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5,臥式反應(yīng)釜體1的左右側(cè)對(duì)稱的安裝外循環(huán)上升管2,外循環(huán)上升管2的上下端分別與臥式反應(yīng)釜體1的上下部連通，外循環(huán)上升管2下部安裝有空氣噴嘴4,并在外循環(huán)上升管2管壁外周安裝外置換熱器3,所述的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體1內(nèi)部并與臥式反應(yīng)釜體1中心同軸安裝，在內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5上設(shè)有多個(gè)篩孔12,所述的空氣分布器6設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體1 內(nèi)部并位于內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5正下方，與臥式反應(yīng)釜體1同軸安裝，空氣分布器6的下端穿出臥式反應(yīng)釜體1的底面與空氣進(jìn)口 10連通，所述的內(nèi)置換熱器7設(shè)置在臥式反應(yīng)釜體1的內(nèi)壁上，所述的空氣進(jìn)口 10置于臥式反應(yīng)釜體1的底部，在臥式反應(yīng)釜體1的底部還設(shè)有出料口 9，在臥式反應(yīng)釜體1的上部設(shè)有進(jìn)料口 8和排氣口 11。內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5和外循環(huán)上升管2二者共同作用，借助空氣的推動(dòng)力及密度的變化，發(fā)酵醪液在反應(yīng)釜內(nèi)形成兩大循環(huán)，使醪液混合均勾，實(shí)現(xiàn)尚溶氧、尚傳質(zhì)。
[0018]所述的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒5的每個(gè)篩孔的直徑在2-10mm之間，并由下向上逐漸變大，篩孔的總面積占內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒面積的2 0 %-6 0 %。篩孔的總面積占導(dǎo)流筒面積的2 0 %?6 0 %，篩孔的直徑及總面積隨發(fā)酵微生物的不同可調(diào)整。該設(shè)計(jì)使得導(dǎo)流筒中的部分初始起泡能瞬間傳遞到釜中，增大溶氧。
[0019]所述的空氣分布器6包括有水平密封圓盤，所述水平密封圓盤連通空氣進(jìn)口，水平密封圓盤表面均勻設(shè)置多個(gè)空氣分布孔。在不同的發(fā)酵體系以及不同發(fā)酵時(shí)期中，細(xì)胞濃度及需氧量不同，對(duì)循環(huán)周期的要求也不同；通過調(diào)整空氣進(jìn)口的速率，來調(diào)控循環(huán)周期， 滿足微生物對(duì)高溶氧的需求。
[0020]所述的臥式反應(yīng)釜體1為圓筒形，罐體的徑高比為1.5-3。[〇〇21] 所述的空氣噴嘴4以100?500m/s的速度噴入上升管。
[0022]所述的外置換熱器7置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部?jī)蓚?cè)或一側(cè)，起到調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度的作用，并作為擋板，進(jìn)一步混勻發(fā)酵醪液。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于:包括臥式反應(yīng)釜體、外循環(huán)上 升管、外置換熱器、空氣噴嘴、空氣分布器、內(nèi)置換熱器和內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒，臥式反應(yīng)釜體的左 右側(cè)對(duì)稱的安裝外循環(huán)上升管，外循環(huán)上升管的上下端分別與臥式反應(yīng)釜體的上下部連 通，外循環(huán)上升管下部安裝有空氣噴嘴，并在外循環(huán)上升管管壁外周安裝外置換熱器，所述 的內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并與臥式反應(yīng)釜體中心同軸安裝，在內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流 筒上設(shè)有多個(gè)篩孔，所述的空氣分布器設(shè)置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部并位于內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒正下 方，與臥式反應(yīng)釜體同軸安裝，空氣分布器的下端穿出臥式反應(yīng)釜體的底面與空氣進(jìn)口連 通，所述的內(nèi)置換熱器設(shè)置在臥式反應(yīng)釜體的內(nèi)壁上，所述的空氣進(jìn)口置于臥式反應(yīng)釜體 的底部，在臥式反應(yīng)釜體的底部還設(shè)有出料口，在臥式反應(yīng)釜體的上部設(shè)有進(jìn)料口和排氣 □ 〇2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的 內(nèi)循環(huán)導(dǎo)流筒的每個(gè)篩孔的直徑在2-10mm之間，并由下向上逐漸變大，篩孔的總面積占內(nèi) 循環(huán)導(dǎo)流筒面積的20%-60%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的 空氣分布器包括有水平密封圓盤，所述水平密封圓盤連通空氣進(jìn)口，水平密封圓盤表面均 勾設(shè)置多個(gè)空氣分布孔。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在 于:所述的臥式反應(yīng)釜體為圓筒形，罐體的徑高比為1.5-3。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的 空氣噴嘴以100?500m/s的速度噴入上升管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臥式內(nèi)外雙循環(huán)氣升式生物反應(yīng)器，其特征在于:所述的 內(nèi)置換熱器置于臥式反應(yīng)釜體內(nèi)部?jī)蓚?cè)或一側(cè)。
【文檔編號(hào)】C12M1/02GK205635573SQ201620365499
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月26日
【發(fā)明人】仝倩倩, 嚴(yán)守保, 魏萍
【申請(qǐng)人】淮南師范學(xué)院