一种改进型好氧性发酵罐的制作方法

本实用新型涉及好氧发酵领域，具体为一种改进型好氧性发酵罐。

背景技术：

好氧发酵工艺上，均采用向发酵罐内通入压缩空气的方式对罐内的微生物进行增氧，压缩空气经送风管送入发酵罐的底部，并对空气进行均匀分布，然后利用罐内的搅拌器对发酵液和空气进行搅拌，促进发酵液与空气之间的混合，提高发酵液的溶氧度，溶氧度高则微生物增氧效果好、繁殖速度快、转化率高、收率高。

但是采用搅拌器对发酵液和空气进行混合，混合效率较低，原因是，空气和发酵液属于二个完全不同的相，前者为气态，比重轻，后者为液态，比重比前者大800倍以上，空气进入发酵液内会迅速上升，使得搅拌器只能切割较大的气泡与发酵液接触，空气与发酵液接触面积小，同时空气在发酵液中停留的时间较短，故造成发酵液溶氧度低。

为了提高溶氧度，业内常采用的方法就是加大压缩空气的用量，如氨基酸类发酵时，压缩空气每分钟的送风量几乎与发酵罐体积相等，以发酵罐体积为200m³为例，送风量也需要达到200m³/min，而压缩空气所需要的动力很大，按排气量200m³/min计算，空压机的电机能耗约为720KW/h，相当于发酵罐自身搅拌电机的能耗的2~3倍，故送风耗用的能量非常大。我国是世界上最大的氨基酸产品生产国家，2015年仅大宗氨基酸（谷氨酸、赖氨酸、苏氨酸、色氨酸）的年产量就高达200万吨，一个中大型的发酵企业的发酵罐总体积通常为6000 m³～12000 m³，则空压机总能耗就达21000 KW/h～43000 KW/h，此能耗可占到整个发酵工段总能耗的40﹪～45﹪，大大增加了发酵企业的生产成本。

技术实现要素：

针对现有发酵罐是采用增加压缩空气用量来提高发酵液的溶氧度，导致能耗增加，大大增加了发酵企业生产成本的技术问题，本实用新型提供了一种改进型好氧性发酵罐，其能使发酵液与空气达到充分高效的混合，大大减少送风量，降低生产成本。

其技术方案是这样的：一种改进型好氧性发酵罐，其包括罐体、搅拌器和送风管，所述送风管的下端位于所述搅拌器下方，其特征在于：其还包括空气混合器，所述罐体的底部开设有与其同轴的安装孔；所述空气混合器包括由下至上同轴连接的减速电机、连接套筒和外筒，所述连接套筒的上端与所述安装孔固接并密封，所述外筒与所述连接套筒互相连通，所述外筒插入所述安装孔内并位于所述送风管下方，所述外筒的筒壁周向间隔开设有泄流孔；所述减速电机的主轴插入所述连接套筒且其上端同轴固接有转轴，所述转轴的下端与所述连接套筒之间转动连接并密封；所述转轴的上端伸入所述外筒，所述转轴上与所述泄流孔对应的位置沿其周向均匀间隔安装有叶片一，所述叶片一为矩形板状结构并向下倾斜设置，所述叶片一的周向边缘与所述外筒的内壁之间留有切割间隙。

其进一步特征在于：

所述叶片一的板面与所述转轴的轴向之间的夹角为15°~35°。

所述切割间隙为0.8mm ~1.2mm。

所述安装孔上固接有连接法兰，所述连接套筒上端成型有上法兰，所述上法兰与所述连接法兰之间通过螺栓固接，且所述上法兰与所述连接法兰之间还安装有密封圈。

所述泄流孔为呈竖向设置的腰形孔，所述泄流孔沿所述外筒的周向均匀间隔布置。

所述叶片一的高度大于或等于所述泄流孔的高度。

所述转轴的转速为1500 r/min ~3600r/min。

所述搅拌器包括搅拌轴和浆叶，所述搅拌轴的上端与搅拌电机旋转动力连接，所述浆叶沿所述搅拌轴的轴向设有至少两层，所述浆叶包括中心套筒和叶片二，所述中心套筒套装并固接在所述搅拌轴上，所述叶片二设有多个并均匀间隔固接在所述中心套筒的外周壁上，所述叶片二为矩形板状结构并向下倾斜设置。

所述叶片二的板面与所述搅拌轴的轴向之间的夹角为45°。

所述浆叶的直径为所述罐体的直径的1/5，所述叶片二的高度为所述罐体的直径的1/25。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的装置，在发酵罐的底部安装了空气混合器，空气混合器的外筒设置在发酵罐内部，外筒内设有转轴，转轴上安装有叶片一，叶片一与外筒之间留有切割间隙，减速电机带动转轴高速旋转，由于叶片一为向下倾斜设置，使得空气混合器中心产生强大的吸力，将压缩空气和发酵液吸入外筒，在叶片一的搅拌下，压缩空气和发酵液经切割间隙和泄流孔横向流出外筒，在流出外筒的过程中，空气被切割成无数很细的气泡与发酵液接触，使空气与发酵液实现了充分的混合，从而能够大大提高发酵液的溶氧度，溶氧度得到成倍的提高，与现有技术相比，获得相同溶氧度的情况下，使用本装置可减少40%以上的压缩空气用量，从而发酵工段的能耗可显著降低，节能效果非常明显，能够大大降低发酵企业的生产成本。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为图1中A区域的放大图；

图3为图1的俯视图；

图4为空气混合器的主视图；

图5为图4中叶片一与外筒的俯视图；

图6为叶片一与转轴之间的连接关系示意图；

图7为图2中B区域的放大图；

图8为沿图1中C-C线的剖视图。

附图标记：1-罐体；2-空气混合器；3-泄流孔；4-转轴；5-叶片一；6-搅拌器；7-送风管；8-连接法兰；9-螺栓；10-进气口；11-测溶氧度口；12-物料出口；13-物料进口；14-出气口；15-视镜；16-密封圈；17-支架；21-减速电机；22-连接套筒；221-上法兰；222-下法兰；23-外筒；61-搅拌轴；62-浆叶；621-中心套筒；622-叶片二；63-搅拌电机；71-出气孔。

具体实施方式

见图1至图8，本实用新型的一种改进型好氧性发酵罐，其包括罐体1、搅拌器6、送风管7和空气混合器2，送风管7的下端位于搅拌器6下方，送风管7的下端呈环形并通过支架17安装于罐体1内，送风管7的下端沿其周向均匀开设有出气孔71，出气孔71的轴向与竖直方向的夹角α为45°，如此可对进入罐体1内的空气进行均匀分布；罐体1的底部开设有与其同轴的安装孔；空气混合器2包括由下至上同轴连接的减速电机21、连接套筒22和外筒23，连接套筒22的上端与安装孔固接并密封，外筒23与连接套筒22互相连通，外筒23插入安装孔内并位于送风管7下方，外筒23的筒壁周向间隔开设有泄流孔3；减速电机21的主轴插入连接套筒22且其上端同轴固接有转轴4，转轴4的下端与连接套筒22之间通过轴承转动连接并通过机械密封实现密封，机械密封为现有技术；转轴4的上端伸入外筒23，转轴4上与泄流孔3对应的位置沿其周向均匀间隔安装有叶片一5，叶片一5为矩形板状结构并向下倾斜设置，通过将叶片一5倾斜设置，与叶片一呈竖向设置相比，空气混合器产生的吸力更大，更加有利于将空气和发酵液吸入外筒内进行搅拌切割，优选的，叶片一5的板面与转轴4的轴向之间的夹角β为15°~35°；叶片一5的周向边缘与外筒23的内壁之间留有切割间隙d，切割间隙d为0.8mm ~1.2mm。

图1中，10为进气口，11为测溶氧度口，12为物料出口，图3中，13为物料进口，14为出气口，15为视镜。

见图1和图2，安装孔上固接有连接法兰8，连接套筒22上端成型有上法兰221，上法兰221与连接法兰8之间通过螺栓9固接，且上法兰221与连接法兰8之间还安装有密封圈16，连接套筒22下端成型有下法兰222，下法兰222与减速电机21的壳体之间通过螺栓固接。如此设计，便于安装，结构简单可靠。

见图4，泄流孔3为呈竖向设置的腰形孔，泄流孔3沿外筒23的周向均匀间隔布置；叶片一5的高度大于或等于泄流孔3的高度。如此设计，更加有利于对空气进行切割和空气与发酵液之间的混合，提高发酵液的溶氧度。

优选的，转轴4的转速为1500 r/min ~3600r/min，如此设计，能够使空气混合器产生强大的吸力将发酵液和空气吸入空气混合器，促进二者之间的混合。

常规的发酵罐，其搅拌器由搅拌轴和安装在搅拌轴上的浆叶组成，搅拌轴由搅拌电机驱动，浆叶沿搅拌轴的轴向设有多层，为了增强搅拌效果，常规搅拌器相邻两层浆叶的倾斜方向相反，即搅拌时，一层浆叶将发酵液下压，另一层浆叶就将发酵液上翻，从而使发酵液实现不同方向的混流。但此种结构的搅拌器，发酵液对浆叶的反作用力很大，故需要的搅拌电机的功率大，能耗较高。为了进一步降低能耗，本实用新型的发酵罐对搅拌器的结构也做了重新设计，见图7，搅拌器6包括搅拌轴61和浆叶62，搅拌轴61的上端与搅拌电机63旋转动力连接，浆叶62沿搅拌轴61的轴向设有至少两层，浆叶62包括中心套筒621和叶片二622，中心套筒621套装并固接在搅拌轴61上，叶片二622设有多个并均匀间隔固接在中心套筒621的外周壁上，叶片二622为矩形板状结构并向下倾斜设置，叶片二622的板面与搅拌轴61的轴向之间的夹角θ为45°；浆叶62的直径为罐体1的直径的1/5，叶片二622的高度为罐体1的直径的1/25。由于本实用新型的发酵罐在罐体底部设置了空气混合器，利用空气混合器就能实现对空气和发酵液之间的充分混合，提高溶氧度，因此对搅拌器的搅拌需求降低，搅拌器只需实现使罐体中心的发酵液由上向下输送，并使罐体底部的发酵液顺着罐体内壁上升即可，故搅拌器上的叶片二均呈向下倾斜设置，从而大大减小了发酵液对浆叶的反作用力，搅拌电机的功率得以降低；同时，由于空气混合器也具有将发酵液向下吸的功能，因此搅拌器的输送功能可进一步弱化，浆叶的直径仅为罐体的直径的1/5，叶片二的高度仅为罐体的直径的1/25，与传统的浆叶相比，本实用新型使用的浆叶在直径和高度上均比常规浆叶缩小20%左右，使得搅拌电机的功率得以进一步降低，经试验证实，本实用新型的搅拌电机的功率可比常规发酵罐的搅拌电机的功率降低40%以上，同时可保证发酵液在罐内的良好循环。

采用本装置进行发酵，有以下两大好处：

1、发酵收率可大大提高。本装置能够提高发酵液的溶氧度，对于大多数氨基酸产品，随着溶氧度的提高，就可促进发酵过程的转化率提高，也就意味着发酵过程所需时间的缩短，即生产效率的提高，这方面所产生的经济效益是巨大而不可估量的。

2、发酵工段的能耗可大大降低。按获得相同的溶氧度计算，采用本装置后，压缩空气送风量可比现有技术所需送风量减少40﹪以上，即空压机动力可减少40﹪以上，由于增加空气混合器后需增加其电机能耗，空气混合器配置减速电机的能耗约为空压机能耗的0.2～0.25倍，以排气量200m³/min计算，现有技术所需的空压机的电机能耗为720KW/h，使用本装置后，空压机的动力可减少720×0.4=288KW/h，空气混合器的减速电机的能耗为720KW/h×0.225（平均值）=162KW/h；此外，由于搅拌电机的功率也得到了降低，常规搅拌电机的能耗约为空压机能耗的0.2～0.3倍，按最小0.2倍计算，常规搅拌电机的能耗为720KW/h×0.2=144KW/h，则本装置的搅拌电机可节约的能耗为144 KW/h×0.4≈58KW/h，则本装置与现有技术相比，实际可减少的能耗为288KW/h-162KW/h+58KW/h≈184KW/h，即减少了超过26%（184/720*100%）的能耗。

3、节能效益明显。以一个中大型企业总用气量5000m³计算，现有技术所需的空压机的电机能耗则为18000 KW/h，使用本装置后可减少26%能耗，即可节约能耗4680 KW/h，每年则可节约用电量超过2500万度，节约电费成本1000万元以上，进而折合成标准煤可至少节约8000吨，减少碳排放量至少2.5万吨，节能减排效果非常显著。