CN105039150A - 一种带有筛板的气升式发酵罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有筛板的气升式发酵罐，包括罐体，罐体是竖向设置的圆柱体容积，采用不锈钢材质，罐体的圆柱面与底面之间圆弧过渡连接，与顶面之间以法兰连接；在罐体中间均匀设置若干筛板部件，筛板部件包括下降管和过渡板，上一筛板部件的下降管的底部低于下一筛板部件的下降管的顶部；筛板上的均匀分布若干排导向孔组，每排设置若干导向孔，相邻的两排导向孔之间设有通孔，导向孔顶部高于过渡板，挡板的底部不高于导向孔顶部，下降管顶部高于导向孔顶部；罐体中心水平设置一个气体分布器，气体分布器设置在最下层筛板的正下方。本发明解决了现有气升式发酵罐生产过程中氧气传质效率低的问题，极大的提高的生物发酵效率。

Description

一种带有筛板的气升式发酵罐

技术领域

本发明涉及细菌纤维素发酵设备领域，具体涉及一种带有筛板的气升式发酵罐。

背景技术

目前，应用于好氧微生物发酵的发酵罐主要有机械搅拌式发酵罐和气升式发酵罐。

CN200820221393公开了一种机械搅拌式发酵罐，包括罐体，该罐体内具有搅拌装置，在罐体上部设有排气口，在罐体底部设有进气口，在所述罐体内壁上沿罐体长度方向设置有至少两根与排气口连通的排气管和至少两根一端与进气口连通、另一端封闭的进气管，所述的排气管和进气管的管壁上沿其管体的长度方向均匀开设有气孔，可以利用搅拌装置旋转的作用迅速、充分的与发酵液混合溶解，以达到增加溶氧的目的，其缺点在于：剪切作用容易使微生物菌体发生变异，机械搅拌式发酵罐的缺点在于能耗高、效率低。

CN201220213280公开了一种气升式发酵罐，罐包括空气压缩机，储气罐，发酵罐,空气搅拌管，所述空气压缩机与储气罐相连，所述空气搅拌管的进气端接入储气罐，出气端接入发酵罐，所述空气搅拌管的出口是环形多孔管道，这种结构使整个发酵罐的物料形成搅动，从而使底层、中层和上层的物料混合更加均匀，其缺点在于：溶氧效果欠佳，尤其在发酵后期，发酵液粘度的增大会使溶氧率降低，如果提高氧气流速和压力，同样会使能耗增大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种筛板的气升式发酵罐，解决了现有气升式发酵罐在发酵后期发酵液黏度增大时溶氧不足和混合不均匀的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种带有筛板的气升式发酵罐，包括罐体、水夹套、上封头、下封头、pH电极、溶氧电极、温度探头、发酵液进液管、发酵液排液管、压缩空气进气管、排气管、冷却水进水管、冷却水出水管；还包括筛板部件、气体分布器和挡板，罐体一端与上封头连接，另一端与下封头固连；罐体和下封头均置于水夹套内，发酵液排液管位于下封头中心，与罐体相通，冷却水进水管位于水夹套侧壁底部，冷却水出水管设置在水夹套上与冷却水进水管相对一侧的侧壁顶部；挡板底部与进水管之间的罐体上至少均匀分布4层筛板部件；筛板部件包括筛板、下降管和过渡板，下降管的横截面为弓形，过渡板为弓形，下降管的横截面、筛板和过渡板共同构成圆形；发酵液进液管和挡板均位于过渡板上方，筛板上的均匀分布若干排导向孔组，每排至少设置4个导向孔，相邻的两排导向孔之间设有通孔（14-2），导向孔顶部高于过渡板，挡板的底部不高于导向孔顶部，下降管顶部高于导向孔顶部；相邻的两个筛板部件，温度探头位于发酵液进液管下方，且位于最顶层的筛板部件上方；pH电极位于任意一个下降管内，溶氧电极位于未设置pH电极的下降管内；压缩空气进气管伸入罐体的一端设有气体分布器，气体分布器位于最底层筛板部件中心的正下方，且气体分布器顶面高于最底层筛板部件下降管的底面；挡板固定在上封头内壁，上封头顶部设有发酵液进液管和排气管，发酵液进液管伸入罐体，位于挡板与罐体之间，挡板的长度大于发酵液进液管伸入罐体内的长度。

所述位于上层筛板部件的下降管的下方为下层筛板部件的过渡板，上层筛板部件的下降管的底面不高于下层筛板部件的筛板的导向孔顶部。

上述pH电极个数至少为1个，溶氧电极个数至少为1个。

上述导向孔的开口方向朝向下降管。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用筛板，在筛板上均匀分布有导向孔，上升的气体在通过筛板上的发酵液时，可加速发酵液的流动，使得发酵液充分混合均匀，且增大了发酵液的溶氧量；（2）采用气体分布器，伸至最下层筛板部件下方，这种结构使得筛板的各开孔的压力基本一致，避免局部漏液的现象；（3）设备操作简单，可实现连续发酵过程，且发酵效果好。

附图说明

图1为本发明的一种带有筛板的气升式发酵罐的结构示意图。

图2为本发明实施例中第一层筛板的结构示意图。

图3为本发明实施例中第二层筛板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1和图2，一种带有筛板的气升式发酵罐，包括罐体8、水夹套3、上封头11、下封头1、筛板部件、气体分布器17、pH电极4、溶氧电极15、温度探头6、发酵液进液管9、发酵液排液管18、压缩空气进气管16、排气管10、冷却水进水管2、冷却水出水管12和挡板7。罐体8采用不锈钢材质，为圆柱形，一端与上封头11通过法兰连接，另一端与下封头1固连，罐体8与下封头1之间圆弧过渡。罐体8和下封头1置于水夹套3内，发酵液排液管18位于下封头1中心，与罐体8相通，冷却水进水管2位于水夹套3侧壁底部，冷却水出水管12设置在水夹套3上与冷却水进水管2相对一侧的侧壁顶部。挡板7底部与进水管2之间的罐体8上至少均匀分布4个筛板部件。筛板部件包括筛板14、下降管13和过渡板5，下降管13的横截面为弓形，过渡板5为弓形，筛板14、过渡板5以及下降管13的横截面共同构成圆形，其直径与罐体8内径相同。发酵液进液管9和挡板7均位于过渡板5上方，筛板14上的均匀分布若干排导向孔组，每排至少4个导向孔14-1，相邻的两排导向孔14-1之间设有通孔14-2，导向孔14-1顶部高于过渡板5，挡板7的底部不高于导向孔14-1顶部，下降管13顶部高于导向孔14-1顶部。相邻的两个筛板部件，上层的下降管13下方为下层的过渡板5，上层的下降管13的底面不高于下层的筛板14的导向孔14-1顶部。温度探头6位于发酵液进液管9下方，且位于最顶层的筛板部件上方。pH电极4位于任意一个下降管13内，溶氧电极15位于未设置pH电极4的下降管13内。压缩空气进气管16伸入罐体8的一端设有气体分布器17，气体分布器17位于最底层筛板部件中心的正下方，且气体分布器17顶面高于最底层筛板部件下降管13的底面。

挡板7固定在上封头11内壁，上封头11顶部设有发酵液进液管9和排气管10，发酵液进液管9伸入罐体8，位于挡板7与罐体8之间，挡板7的长度大于发酵液进液管9伸入罐体8内的长度。

上述pH电极4个数至少为1个，溶氧电极15个数至少为1个。

上述导向孔14-1的开口方向朝向下降管13。

罐体8的筒体高度与筒体内径比例为2.2~2.8:1，发酵液进液管9、发酵液排液管18、压缩空气进气管16、排气管10、冷却水进水管2以及冷却水出水管12内径与罐体8的筒体内径比例均为0.05~0.2:1。

实施例1

结合图1~图3，一种带有筛板的气升式发酵罐，包括罐体8、水夹套3、上封头11、下封头1、筛板部件、气体分布器17、pH电极4、溶氧电极15、温度探头6、发酵液进液管9、发酵液排液管18、压缩空气进气管16、排气管10、冷却水进水管2、冷却水出水管12和挡板7。罐体8采用不锈钢材质，为圆柱形，一端与上封头11通过法兰连接，另一端与下封头1固连，罐体8与下封头1之间圆弧过渡。罐体8和下封头1置于水夹套3内，发酵液排液管18位于下封头1中心，与罐体8相通，冷却水进水管2位于水夹套3侧壁底部，冷却水出水管12设置在水夹套3上与冷却水进水管2相对一侧的侧壁顶部。挡板7底部与进水管2之间的罐体8上均匀分布4个筛板部件。筛板部件包括筛板14、下降管13和过渡板5，下降管13的横截面为弓形，过渡板5为弓形，筛板14、过渡板5以及下降管13的横截面共同构成圆形，其直径与罐体8内径相同。发酵液进液管9和挡板7均位于过渡板5上方，筛板14上的均匀分布若干排导向孔组，每排至少4个导向孔14-1，相邻的两排导向孔14-1之间设有通孔14-2，导向孔14-1顶部高于过渡板5，挡板7的底部不高于导向孔14-1顶部，下降管13顶部高于导向孔14-1顶部。相邻的两个筛板部件，上层的下降管13下方为下层的过渡板5，上层的下降管13的底面不高于下层的筛板14的导向孔14-1顶部。温度探头6位于发酵液进液管9下方，且位于最顶层的筛板部件上方。pH电极4位于第二层筛板部件的下降管13内，溶氧电极15位于第三层筛板部件的下降管13内。压缩空气进气管16伸入罐体8的一端设有气体分布器17，气体分布器17位于最底层筛板部件中心的正下方，且气体分布器17顶面高于最底层筛板部件下降管13的底面。

挡板7固定在上封头11内壁，上封头11顶部设有发酵液进液管9和排气管10，发酵液进液管9伸入罐体8，位于挡板7与罐体8之间，挡板7的长度大于发酵液进液管9伸入罐体8内的长度。

上述导向孔14-1的开口方向朝向下降管13。

发酵液进液管9、发酵液排液管18、压缩空气进气管16、排气管10、冷却水进水管2以及冷却水出水管12的内径均为15mm，罐体8的筒体高度为600mm，内径为220mm。筛板上的导向孔14-1的开缝长为22mm，开缝高度为11mm。发酵液进液管9、发酵液排液管18、压缩空气进气管16和排气管10上分别设有隔膜阀门，冷却水进水管2和冷却水出水管12上均设有阀门。

其工作过程如下：

将发酵罐充分清洗干净，在121℃条件下，灭菌20min后，自然冷却；在外部循环系统中将发酵液在121℃条件下灭菌20min，自然冷却后，设置好各项参数，等参数稳定后，接入种子液。打开冷却水进水管2上的阀门，将冷却水通入水夹套3，同时打开发酵液进液管9和发酵液排液管18上的隔膜阀门，使发酵液从发酵液进液管9流下经温度探头6后，落入第一层筛板部件，在筛板部件上经过渡板5流至筛板14，并在筛板14上积存液层，此时打开压缩空气进气管16和排气管10上的隔膜阀门，使筛板14上的积存液层与从气体分布器17中喷出的空气接触，过程中调节压缩空气进气管16和排气管10上的隔膜阀门，直至筛板14上积存的液层漫过导向孔14-1，在通孔14-2的作用下持续翻腾，且没有漏液和液泛现象。筛板14上的液体在气体的带动下流向下降管13，经下降管13流向下一层筛板部件，发酵液和上升的空气再一次发生激烈混合，再一次被打碎成小液滴，形成的气液混合液，依次通过下面的每一层的筛板部件，并且每通过一层筛板部件，都要经历一次激烈的气体搅拌作用，最终流向外部循环的气液混合液，氧气能够充分溶解于其中。根据温度传感器6采集到的温度，控制冷却水的流量，根据pH电极4的数据，调节发酵液的PH值，根据溶氧电极15的数据，获得当前溶氧量。

采用本发明所述的带有筛板的气升式发酵罐，通过筛板上均匀分布的导向孔，上升的气体在通过筛板上的发酵液时，可加速发酵液的流动，使得发酵液充分混合均匀，且增大了发酵液的溶氧量，通过气体分布器，伸至最下层筛板部件下方，使得筛板的各开孔的压力基本一致，避免局部漏液的现象；本发明的设备操作简单，可实现连续发酵过程，且发酵效果好。

Claims (4)

1.一种带有筛板的气升式发酵罐，包括罐体（8）、水夹套（3）、上封头（11）、下封头（1）、pH电极（4）、溶氧电极（15）、温度探头（6）、发酵液进液管（9）、发酵液排液管（18）、压缩空气进气管（16）、排气管（10）、冷却水进水管（2）和冷却水出水管（12）；其特征在于：还包括筛板部件、气体分布器（17）和挡板（7），罐体（8）一端与上封头（11）连接，另一端与下封头（1）固连；罐体（8）和下封头（1）均置于水夹套（3）内，发酵液排液管（18）位于下封头（1）中心，与罐体（8）相通，冷却水进水管（2）位于水夹套（3）侧壁底部，冷却水出水管（12）设置在水夹套（3）上与冷却水进水管（2）相对一侧的侧壁顶部；挡板（7）底部与进水管（2）之间的罐体（8）上至少均匀分布4层筛板部件；筛板部件包括筛板（14）、下降管（13）和过渡板（5），下降管（13）的横截面为弓形，过渡板（5）为弓形，下降管（13）的横截面、筛板（14）和过渡板（5）共同构成圆形；发酵液进液管（9）和挡板（7）均位于过渡板（5）上方，筛板（14）上的均匀分布若干排导向孔组，每排至少设置4个导向孔（14-1），相邻的两排导向孔（14-1）之间设有通孔（14-2），导向孔（14-1）顶部高于过渡板（5），挡板（7）的底部不高于导向孔（14-1）顶部，下降管（13）顶部高于导向孔（14-1）顶部；相邻的两个筛板部件，温度探头（6）位于发酵液进液管（9）下方，且位于最顶层的筛板部件上方；pH电极（4）位于任意一个下降管（13）内，溶氧电极（15）位于未设置pH电极（4）的下降管（13）内；压缩空气进气管（16）伸入罐体（8）的一端设有气体分布器（17），气体分布器（17）位于最底层筛板部件中心的正下方，且气体分布器（17）顶面高于最底层筛板部件下降管（13）的底面；挡板（7）固定在上封头（11）内壁，上封头（11）顶部设有发酵液进液管（9）和排气管（10），发酵液进液管（9）伸入罐体（8），位于挡板（7）与罐体（8）之间，挡板（7）的长度大于发酵液进液管（9）伸入罐体（8）内的长度。

2.根据权利要求1所述的带有筛板的气升式发酵罐，其特征在于：所述位于上层筛板部件的下降管（13）的下方为下层筛板部件的过渡板（5），上层筛板部件的下降管（13）的底面不高于下层筛板部件的筛板（14）的导向孔（14-1）顶部。

3.根据权利要求1所述的带有筛板的气升式发酵罐，其特征在于：上述pH电极（4）个数至少为1个，溶氧电极（15）个数至少为1个。

4.根据权利要求1所述的带有筛板的气升式发酵罐，其特征在于：上述导向孔（14-1）的开口方向朝向下降管（13）。