高效率低能耗麻类生物脱胶固液混合通气发酵罐的制作方法
【专利说明】高效率低能耗麻类生物脱胶固液混合通气发酵罐 所属技术领域
[0001] 本发明涉及麻类纤维纺织领域，具体涉及高效率低能耗麻类生物脱胶固液混合通 气发酵罐，适用于麻类工业化生物脱胶生产，包括苎麻、大麻、黄麻、剑麻、罗布麻、竹原、香 蕉、桑皮纤维等的生物脱胶生产。
【背景技术】
[0002] 各种麻类包括在苎麻、大麻、黄麻、剑麻、罗布麻、竹原、香蕉、桑皮纤维等的原麻 中，含有约55-75%左右的纤维素成分，还含有约25-45%左右的非纤维素（胶质）成分，包 括木质素、半纤维素、蜡脂质、果胶及部分水溶物和灰分等。若使原麻具有可纺性，必须把这 些非纤维素成分去除，得到脱去胶质的精干麻，即脱胶工艺。可以说，脱胶是获得具有可纺 性麻类纤维的关键工艺，麻类纤维的优良性能能否得到充分发挥，与其脱胶的好坏有直接 关系。
[0003] 根据脱胶机理，目前麻类纤维脱胶方法分为三大类，即化学脱胶法、物理脱胶法和 生物脱胶法。
[0004] 目前我国的麻类纺织企业主要采用化学脱胶工艺，工艺中以碱剂为主，辅以氧化 剂、助剂和一定的机械作用达到脱胶目的。其原理是利用大麻纤维中的胶质和纤维素对无 机酸、碱、氧化剂作用的稳定性不同，去除原麻中的胶质，保留纤维素成分。化学脱胶法主要 存在的问题：一是工艺流程长，消耗的原料和能耗多，造成生产成本高；二是采用高浓度的 酸、碱、氧化剂等处理，对纤维损伤较大，纤维质量差，故而很难达到纺高支纱的要求；三是 产生的脱胶污水其C0Der可高达15000-25000mg/mL，并且B0D5/C0D er < 0. 3,属于非常难于 处理的污水，为了达标排放，需要大量稀释后处理，故而处理成本高，还很难达标，因此会严 重污染环境。
[0005] 物理脱胶法包括超声波脱胶技术、蒸汽爆破（即"闪爆"）脱胶技术、旋辊式机械 脱胶等均属于物理脱胶法，此类方法的最大优点是无污染。但是物理脱胶法只能作为一种 预处理的方法，效果并不明显，并且能耗很高，还需要与其他方法合理配合使用（[1]金 钢.大麻脱胶方法的研究进展[J].南京林业大学学报，2009, 33 (4) :140-144. [2]尹云雷， 周永凯，张华.大麻纤维的蒸汽闪爆一化学联合脱胶工艺技术[J].北京服装学院学报， 2009,29(4) :20-26.) 〇
[0006] 传统天然水怄麻脱胶法、微生物脱胶、酶法脱胶都属于生物脱胶法；目前最成功的 方法是微生物脱胶技术；用生物脱胶工艺代替化学脱胶中的浸酸和使用高浓度化学药剂煮 炼工艺，仅以低浓度的碱进行化学补充脱胶，减掉了大量的酸碱原料，因而与化学法相比， 生物脱胶技术具有处理条件温和，生产加工成本低，纤维质量好等优点；特别是脱胶废水的 排出量仅为化学脱胶法的10%，其C0Der也仅为化学脱胶法的约10%，并且B0D5/C0D er > 〇. 7,属于极容易利用生物法处理的污水，大大降低了污水处理成本；因此生物脱胶技术将 是未来麻类脱胶工艺发展的替代工艺。
[0007] 适应于麻类微生物脱胶设备的设计，是该技术能否成功应用于工业化生产的关键 之一，生物脱胶罐的设计又是重中之重。常规的微生物好氧发酵要么是液体发酵，要么是 固体发酵；而麻类的生物脱胶与常规的微生物发酵有一个重要的区别即是一固液混合发酵 体系，为此目的我们设计了固液混合通气发酵罐（中国专利ZL200810031073. 1 ;中国专利 ZL200810031074. 6 ;中国专利ZL200820050874. 1)，并成功地应用于苎麻的生物脱胶工业 化生产。
[0008] 本发明是为利用好氧微生物（中国专利：公开号CN 1177003A)进行麻类生物脱胶 设计的固液混合通气发酵罐。此前设计的发酵罐（中国专利ZL200810031073. 1 ;中国专利 ZL200810031074. 6 ;中国专利ZL200820050874. 1)尽管已经成功地应用于苎麻生物脱胶工 艺中，但还存在着一些不足，如气液混合效果较差，能耗较高，热交换效果较差等诸多缺陷。
[0009] 与此前设计的发酵罐相比，本发明设计的固液混合通气发酵罐的效果在于：1.能 实现高效率的气液混合效果，缩短了发酵的周期；2.在提高气液混合效果的同时，能够有 效降低能耗；3.提高了热交换效果，有效缩短发酵罐灭菌时的升温和降温所需时间，提高 了设备的利用率；利用此固液混合发酵罐进行麻类纤维的生物脱胶，可以从多方面降低生 产成本，如缩短了发酵的周期，提高了设备的利用率，降低了能耗，提高了纤维质量，减少了 污染物排放量和处理成本等。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的，在于克服现有技术的缺陷，提供高效率低能耗麻类生物脱胶固液 混合通气发酵罐。
[0011] 本发明通过下述技术方案实现：
[0012] 高效率低能耗麻类生物脱胶固液混合通气发酵罐，包括罐体，还包括设置在罐体 上的罐盖、外环流管和设置在罐体上用于开合罐盖的罐盖开合装置，罐体的侧壁设置有罐 体侧壁夹层热交换装置，罐体的底部设置有筛板，筛板的下方设置有蛇形管换热器，外环流 管包括水平设置的底部横向管、顶部横向管和竖直设置的上升管，底部横向管一端与罐体 底部连通，底部横向管另一端与上升管的底端连通，上升管的顶端通过顶部横向管与罐体 的上部连通，上升管上套设有上升管夹层热交换装置，上升管的底端还设置有喷嘴。
[0013] 如上所述的上升管上与罐体连接的顶端的顶部横向管出口方向与罐体相切。
[0014] 如上所述的蛇形管换热器根据筛板与罐体底部之间的空间采用多圈设置，圈数以 不影响罐体内液体通过底部横向管进入外环流管的流动为准。
[0015] 如上所述的罐盖上设置有用于监测罐体内压力的压力表接口，所述的罐体上设置 有用于监测罐体内温度的温度探头接口。
[0016] 如上所述的外环流管的内径依据以下公式设计：
[0018] 式中r一循环周期，单位为s ;
[0019] \-发酵罐内发酵液量，单位为m3;
[0020] Qe-发酵液环流量，单位为m3 · s 1;
[0021] ω-发酵液在外环流管内流速，单位为m · s S
[0022] d-外环流管的内径，单位为m。
[0023] 如上所述的喷嘴的通气量依据以下公式：
[0024] Q = 2. 38X 104d02'5(ΔΡ) aV'3
[0025] 式中Q-喷嘴口的通气量，单位为m · s S
[0026] d〇 喷嘴口孔径，单位为m ;
[0027] Ap-喷嘴口前后空气压力差，
[0028] P1-喷嘴口前的空气绝对压力，单位为Mpa ;
[0029] p。一罐体内绝对压力，单位为Mpa ;
[0030] 扎一外环流管内液面到喷嘴口液柱高度，m。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] 1.能实现高效率的气液混合效果，缩短了发酵的周期；
[0033] 2.能实现在提高气液混合效果的同时有效降低能耗；
[0034] 3.提高了热交换效果，有效缩短了发酵罐灭菌时的升温和降温所需时间，提高了 设备的利用率；可以从多方面降低生产成本，如缩短了发酵的周期，提高了设备的利用率， 降低了能耗，提高了纤维质量，减少了污染物排放量和处理成本等。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明的结构示意图。
[0036] 图中：1_罐体；2-罐盖；3-平衡球杆；4-重锤组合件；5-温度探头接口；6-筛板； 7_蛇形管换热器；8-外环流管；9-喷嘴；10-上升管夹层热交换装置；11-排气口； 12-压力 表接口； 13-罐体侧壁夹层热交换装置。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图和实施实例来对本发明作进一步说明。
[0038] 实施例1 :
[0039] 如图所示，
[0040] 高效率低能耗麻类生物脱胶固液混合通气发酵罐，包括罐体1，还包括设置在罐体 1上的罐盖2、外环流管8和设置在罐体1上用于开合罐盖2的罐盖开合装置，罐体1的侧 壁设置有罐体侧壁夹层热交换装置13,罐体1的底部设置有筛板6,筛板6的下方设置有蛇 形管换热器7,外环流管8包括水平设置的底部横向管、顶部横向管和竖直设置的上升管， 底部横向管一端与罐体1底部连通，底部横向管另一端与上升管的底端连通，上升管的顶 端通过顶部横向管与罐体1的上部连通，上升管上套设有上升管夹层热交换装置10,上升 管的底端还设置有喷嘴9。
[0041] 优选的，上升管上与罐体1连接的顶端的顶部横向管出口方向与罐体1相切。
[0042] 优选的，蛇形管换热器7根据筛板6与罐体1底部之间的空间采用多圈设置，圈数 以不影响罐体1内液体通过底部横向管进入外环流管8的流动为准。
[0043] 优选的，罐盖2上设置有用于监测罐体1内压力的压力表接口 12,所述的罐体1上 设置有用于监测罐体1内温度的温度探头接口 5。
[0044] 固液混合通气发酵罐的罐体1的高度和直径是根据略大于麻笼的高度和直径来 设计。
[0045]由于生物脱胶是固液混合式的，所以不能像一般空气外循环带升式环流发酵罐设 计成密封式的，为此设计了可以开、关的罐盖2 ;罐盖开合装置包括带有平衡球杆3的重锤 组合件4 ;重锤组合件4包括气缸、平衡球杆3及卡箍；平衡球杆3的一端固定在发酵罐体下 部，另一端与重锤组合件4的重锤相连，重锤的另一端与罐盖相连，中间与支架组合件（未 标注）相连以固定，卡箍上设有手动或自动卡栓；通过平衡球杆3的伸缩，带动重锤以完成 罐盖开关，再通过卡箍进行密封。
[0046] 为测定和调控发酵温度，设置了温度探头5。
[0047] 筛板6为保证液体自由流动，并且麻笼可以安放而装设的。
[0048] 固液混合通气发酵罐是否符合工艺要求及经济指标，其中一个方面考虑的是循环 周期，所谓循环周期是指发酵液在外环流管8内循环一