专利名称：射流内循环发酵罐的制作方法
技术领域：
射流内循环发酵罐
技术领域：
本实用新型涉及微生物发酵设备，具体是指一种射流内循环发酵罐。背景技术：
近年来，我国氨基酸发酵工业突飞猛进，谷氨酸、赖氨酸产量世界第一，苯丙氨酸、 缬氨酸等也占有了很大的市场份额，但是发酵工业设备还相对落后。发酵罐由于好氧微生物的呼吸、基质的氧化所需要的氧是液相中溶解的氧，因此 在好氧发酵过程中氧的气液传质十分重要。微生物群的摄氧量很大，但氧在发酵液中的溶 解度却很低，氧在发酵液中的饱和溶解度仅为8ppm左右，溶氧不足会严重影响微生物生长 与代谢。要维持菌体正常生长代谢必须迅速补充培养液中的溶解氧，因此氧溶解速度成为 好氧发酵过程的限制因素。一个良好的好氧发酵罐除了应具备结构、操作等方面的优点外， 还应具有氧利用率高、能耗低的特点。要提高发酵罐的生产能力、氧利用率，降低能耗都必 须依靠提高溶氧速率来实现。因此，开发研究高溶氧速率、低能耗的新型发酵罐迫在眉睫。目前我国采用的发酵设备主要有以下几种一、机械搅拌通风发酵罐这是我国各大型发酵企业普遍使用的发酵罐，罐体内气体在液相中受到两次分 散。一次分散是通过一气体分布管将无菌空气通入液体中，二次分散是由搅拌器的涡流剪 切来完成。由于发酵液的特性，气体分布管的孔径并不能太小，只能通过加大通风量、加强 搅拌的方法以达到提高溶氧速率的目的。其氧利用率低、能耗高，且随着高产菌株的不断使 用，此种发酵罐已难以满足对溶氧速率愈来愈高的要求。二、射流搅拌发酵罐国内一些企业对传统的机械搅拌罐进行了改造，开发出射流搅拌发酵罐这一新型 发酵罐，如图1和图2所示，是两种射流搅拌发酵罐，在通风发酵罐10的底部设置气体射流 混合器20。空气以高速从喷嘴喷出，在气体射流混合器中20与在负压和卷吸作用下吸入的 液体混合后以自由射流方式射入罐中液体层，上升气泡再遇搅拌器30，被再次分散后进入 发酵罐上部空间后放空。射流搅拌发酵罐具有较高溶氧速率，但存在以下几个不足之处1、 由于没有混合管，气液高效混合时间较短；2、底部加了太多管道，可能存在灭菌死角，容易 导致发酵罐染菌；3、内部料液循环效果不佳。三、气升式发酵罐国内对气升式发酵罐也进行了大量的研究，气升式发酵罐的工作原理是利用空气 喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体平均密度下降，在 不通气的一侧，液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液 体的环流。气升式发酵罐有多种形式，较常见的有内循环管式，外循环管式、拉力筒式和垂 直隔板式。气升式发酵罐的优点是能耗低，液体中的煎切作用小，结构简单。在同样的能耗 下，其氧传递能力比机械搅拌式通气发酵罐要高得多，广泛用于大规模生产单细胞蛋白质。但不适用于高黏度或含大量固体的培养液，未见在氨基酸行业使用报导。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种氧利用率高、能耗低的射流内循环 发酵罐。本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题射流内循环发酵罐，包括罐体、空气管道；所述空气管道从罐体外伸入罐体内；所 述罐体内设有射流曝气器；该射流曝气器包括喉管、扩散管、收缩口三部分；所述收缩口沿 所述罐体圆周切线方向弯曲；所述喉管与空气管道的喷嘴相连接。所述罐体内还设有搅拌器。本实用新型的优点在于1、延长扩散管，增加了收缩口，使速度水头转化为压力水 头，延长乳化状态下气液高效混合时间，加速氧的传递；2、采用开放装置，不存在灭菌死角； 3、发酵液与空气上进下出，加大了内部物料循环，且由于收缩口方向为切线方向，增加了气 液接触时间，都有利于氧在液体中的传递。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。图1是现有技术中射流搅拌发酵罐结构示意图之一。图2是现有技术中射流搅拌发酵罐结构示意图之二。图3是本实用新型射流内循环发酵罐实施例一结构示意图。图4是本实用新型射流内循环发酵罐实施例二结构示意图。图5是本实用新型射流内循环发酵罐实施例二俯视图。
具体实施方式实施例一如图3所示，射流内循环发酵罐，包括罐体100、罐体100内沿周边等距离设有四个 射流曝气器200 ；该射流曝气器200包括喉管201、扩散管202、收缩口 203三部分；所述收 缩口 203沿所述罐体100圆周切线方向弯曲，所述喉管201与空气管道300的喷嘴301相连接。工作过程经空压机压缩、过滤器过滤后的无菌空气从喷嘴301往喉管201方向高 速喷出，在喉管201周围形成一个负压区，发酵液与空气一起进入喉管201，气液两相在喉 管201内剧烈混合、剪切，形成乳状流，再进入扩散管202，速度水头转化为压力水头，使其 得到进一步压缩，并在此间完成氧的第一步传质过程，然后经收缩口 203沿罐体100切线方 向进入发酵罐，氧气被发酵液中的微生物利用，剩余气体排出发酵罐。实施例二 如图4所示，射流内循环发酵罐，包括罐体100、罐体100内沿周边对称设有两个射 流曝气器200 ；该射流曝气器200包括喉管201、扩散管202、收缩口 203三部分；所述收缩 口 203沿所述罐体100圆周切线方向弯曲，所述喉管201与空气管道300的喷嘴301相连 接。该罐体100内中部还设有搅拌器400。[0028]工作过程经空压机压缩、过滤器过滤后的无菌空气从喷嘴301往喉管201方向高 速喷出，在喉管201周围形成一个负压区，发酵液与空气一起进入喉管201，气液两相在喉 管201内剧烈混合、剪切，形成乳状流，再进入扩散管202，速度水头转化为压力水头，使其 得到进一步压缩，并在此间完成氧的第一步传质过程，然后经收缩口 203沿罐体100切线方 向进入发酵罐，上升小气泡再遇搅拌器400，被再次分散并完成第二步传质过程，氧气被发 酵液中的微生物利用，剩余气体排出发酵罐。根据双膜理论，当气液两相作相对运动时，气液两相的接触面，又称界面的两侧分 别存在着气体边界层和液体边界层或称气膜和液膜，吸收质在本条件下为氧在气液两相间 转移时，在膜外进行对流扩散，在膜内进行分子扩散，因为对流扩散的阻力比分子扩散的阻 力小得多，所以可以认为吸收阻力集中在双膜上。而对于溶解度不高的氧的传递一般由通 过界面的液体一侧的传递速度所控制，主要的阻力来自液相，因此搅动液相可以降低“液膜 层”的厚度，以加速总的传递速度。 本实用新型中射流曝气器的充氧是利用速度气流为动能吸入发酵液，使气液两相 在喉管201内剧烈混合、剪切，形成乳状流。这时双膜最薄，传质速度最大。继而在扩散管 202内由于管径的逐渐扩大，将速度水头转化为压力水头，使其得到进一步压缩，并在此间 完成氧的第一步传质过程，然后经收缩口 203沿罐体100切线方向进入发酵罐，实施例二中 上升小气泡再遇搅拌器400，被再次分散并完成第二步传质过程，极大地提高了氧的总传递 效率。射流曝气器200的数量不做限制，可以是一个，也可以是多个。总之，本实用新型射流内循环发酵罐结合了射流曝气、机械搅拌与气升式发酵罐 的优点，与普通射流搅拌发酵罐相比较具有以下几个方面的改进1、延长扩散管，增加了收 缩口，使速度水头转化为压力水头，延长乳化状态下气液高效混合时间，加速氧的传递；2、 采用开放装置，不存在灭菌死角；3、发酵液与空气上进下出，加大了内部物料循环，且由于 收缩口方向为切线方向，增加了气液接触时间，都有利于氧在液体中的传递。
权利要求射流内循环发酵罐，包括罐体、空气管道；所述空气管道从罐体外伸入罐体内；其特征在于所述罐体内设有射流曝气器；该射流曝气器包括喉管、扩散管、收缩口三部分；所述收缩口沿所述罐体圆周切线方向弯曲；所述喉管与空气管道的喷嘴相连接。
2.如权利要求1所述的射流内循环发酵罐，其特征在于所述罐体内还设有搅拌器。
专利摘要射流内循环发酵罐，包括罐体、空气管道；所述空气管道从罐体外伸入罐体内；所述罐体内设有射流曝气器；该射流曝气器包括喉管、扩散管、收缩口三部分；所述收缩口沿所述罐体圆周切线方向弯曲；所述喉管与空气管道的喷嘴相连接。所述罐体内还设有搅拌器。本实用新型氧利用高、能耗低、效果好。
文档编号C12M1/08GK201762318SQ2010202606
公开日2011年3月16日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者刘建明 申请人:刘建明