一种微生物发酵液的加热装置的制造方法
【专利摘要】一种微生物发酵液的加热装置，其主要包括，套管式加热器，包括内管和若干外管，内管为U形盘管；内管一端设有发酵液进口和热碱液出口，另一端设有发酵液出口和热碱液进口；外管套设于内管的直管外，且外管两端密封固定在内管外壁上，相邻外管相互连通，其中，两外管上分别开设蒸汽进口、蒸汽冷凝水出口；若干静态混合器，设置于内管的直管内；预加热器，其上分别设置发酵液进口和出口、蒸汽冷凝水进口和出口；预加热器的发酵液出口连通内管的发酵液进口；蒸汽冷凝水进口连通外管上的蒸汽冷凝水出口；第一、第二逻辑控制器。本实用新型能有效避免微生物菌体加热后造成的管道结焦堵塞现象。
【专利说明】
一种微生物发酵液的加热装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及发酵液加热领域，具体涉及一种微生物发酵液的加热装置，特别涉及一种含微生物菌体蛋白且加热后容易堵塞加热器的发酵液加热装置。
【背景技术】
[0002]传统微生物发酵法已经非常成熟地用来生产乙醇、抗生素药物、食品添加剂等，其发酵底物通常采用粮食或糖类，发酵液中含有未利用的发酵残渣、发酵产物、微生物菌体。近年来新兴的含一氧化碳气体的微生物气体发酵法，采用富含一氧化碳的原料气来生产乙醇等化工品的技术，其发酵工艺特点之一是微生物采用的是杆菌，菌体尺寸为微米级、浓度低(发酵液中菌体浓度约5?15g/升发酵液)；第二是为气体发酵，其发酵液中不存在未利用的固体发酵残渣。
[0003]无论是传统微生物发酵法还是新兴的微生物气体发酵法，发酵液通常都需要精馏后才能得到所需的发酵产物，发酵液在精馏之前首先需要进行加热。针对传统微生物发酵中发酵液的加热都比较成熟，常用加热装置有板式换热器、列管式换热器。
[0004]板式换热器和列管式换热器的给热系数较大，换热面积也较大，尽管微生物菌体蛋白在高温蒸汽加热下，通常加热到80?100°C以上就很容易变性，但由于传统微生物发酵法的发酵液中含有未利用完的淀粉颗粒、植物蛋白残渣、尘土等固体底物，这些大颗粒底物夹带着变性微生物菌体蛋白，流过换热器，在换热器管壁上发生菌体蛋白逐步逐层积累结焦从而导致管道整体结焦堵塞的几率较小;但对于利用微生物气体发酵法得到的发酵液来说，其中的杆菌不仅极其微小，而且如果加热温度超过80°C，菌体蛋白就会变性析出，蛋白极易粘附在管壁上发生逐层结焦，堵塞管道，降低换热效率。因此，为了有效避免发酵液在加热器内的结焦或堵塞问题，就需要将发酵液尽量加热到不超过菌体蛋白变性温度，但是这意味着后续精馏工序需要采用减压精馏，需要额外增加真空栗投资等。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种微生物发酵液的加热装置，将微生物发酵液加热到80?100°C，仍能有效降低微生物菌体在管道内壁的结焦，避免管道堵塞，特别适用于利用微生物气体发酵法得到的发酵液进行加热。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是:
[0007]—种微生物发酵液的加热装置，其包括，
[0008]套管式加热器，包括内管和若干外管;所述内管为U形盘管，其包括若干平行排布的直管和若干连接直管的弯管;所述内管的一端设有发酵液进口和热碱液出口，另一端设有发酵液出口和热碱液进口；所述发酵液出口管道中设置第一压力表、在线温度计;所述热碱液进口通过管道连接热碱液源;所述外管套设于所述内管的直管外，且外管两端密封固定在内管外壁上，相邻外管间相互连通，其中，任意两外管上分别开设蒸汽进口、蒸汽冷凝水出口，任一外管上设一旁路管道，该旁路管道中设置一在线液位计;所述蒸汽进口管道中设置第一控制阀；若干静态混合器，设置于内管的直管内；预加热器，其上分别设置发酵液进口和出口、蒸汽冷凝水进口和出口；所述发酵液进口通过管道及其上设置的栗连通至发酵液储罐，所述蒸汽冷凝水出口管道中设置第二控制阀；所述预加热器的发酵液出口通过管道连接所述套管式加热器内管的发酵液进口，该预加热器的发酵液出口管道中设置第二压力表;所述预加热器的蒸汽冷凝水进口通过管道连接所述套管式加热器外管上的蒸汽冷凝水出口；第一逻辑控制器，所述第一控制阀、在线温度计分别电性连接第一逻辑控制器；第二逻辑控制器，所述在线液位计、第二控制阀分别电性连接第二逻辑控制器。
[0009]进一步，还包括一过滤器，其设置于所述栗和发酵液储罐之间的管道中。
[0010]所述栗和发酵液储罐之间的管道中并联设置两台过滤器，形成一开一备配置。
[0011 ]所述预加热器的发酵液出口管道中设置手动阀门。
[0012]又，所述套管式加热器的热碱液进口管道和热碱液出口管道中均设置手动阀门。
[0013]所述套管式加热器的发酵液出口管道中设置手动阀门。
[0014]再，所述内管的直管和弯管为一体式结构。
[0015]所述内管的直管和通过法兰连接或以焊接方式连接。
[0016]本实用新型使用时，发酵液进栗前先通过过滤器截留可能存在的大颗粒固体;然后发酵液被栗送入预加热器，利用套管式加热器流出来的蒸汽冷凝水的显热，将发酵液进行初步加热;接着发酵液进入套管式加热器的内管，蒸汽在外管内流动，发酵液被蒸汽加热到所需温度，之后送往下游精馏工序，蒸汽在外管内冷凝得到冷凝水，冷凝水返回预加热器对发酵液进行初步加热，然后被排放掉或回收利用。
[0017]本实用新型设计的新型套管式加热器能有效减少析出蛋白粘附在加热器内壁;通过预加热器和套管式加热器的耦合，能够进一步利用蒸汽冷凝水的显热，达到节能的目的；同时，在套管式加热器的内管设置热碱液清洗管线，若析出蛋白堵塞内管，则停用加热装置，引入热碱液进行清洗;再者，在套管式加热器的内管内设置若干静态混合器，不仅使发酵液在加热时混合均匀，而且能有效扰乱内管内壁表面的发酵液流动，减少内管层流层的厚度，进而降低发酵液中变性菌体蛋白在内壁表面持续结焦并累计的几率。本实用新型能有效避免微生物菌体加热后造成的管道结焦堵塞现象。
[0018]本实用新型的有益效果:
[0019]I)利用传统一次加热装置将微生物发酵液加热至多80 0C时，微生物发酵液中的变性蛋白菌体会在加热管管壁上大量结焦，造成管道堵塞，整套装置无法使用。本实用新型采用两步法，先对发酵液进行预热，第二步再用蒸汽加热发酵液。蒸汽加热的装置采用套管式加热器，其内管为U形盘管，结构简单，可设计成尺寸较大的管，将预热后的微生物发酵液顺利加热到80?100°C，在加热过程中，即能有效抑制微生物发酵液在内管管壁上大量结焦的现象，又能将发酵液加热到较高的温度，减轻后续精馏系统的热负荷，并可使后续精馏系统采用常压精馏，节省精馏系统真空栗的投资，特别适用于加热微生物气体发酵法得到的发酵液。
[0020]2)本实用新型所述套管式加热器的内管内设置静态混合器，大大提升了发酵液的流体混合强度，显著降低发酵液在内管管壁上结焦的几率，可有效避免管道堵塞。
[0021]3)本实用新型设置预加热器和套管式加热器，并使套管式加热器出来的蒸汽冷凝水再次进入预加热器，从而可先对微生物发酵液进行预加热，使蒸汽的潜热和显热均得到有效利用，能耗低。
[0022]4)本实用新型所提供的加热装置设有热碱液清洗系统，一旦装置运行不善导致套管式加热器的内管堵塞，则可引入热碱液到内管，对内管进行清洗，确保内管不堵塞。
[0023]5)本实用新型在发酵液出口设置在线温度计，并通过控制加热蒸汽的流量来控制发酵液的最终加热温度，满足后续精馏工段的要求;套管式加热器外管上设置在线液位计，通过控制预加热器上蒸汽冷凝水出口的控制阀来控制外管的液位在合适范围内，自动化程度较高。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例的结构示意图。
[0025]图2为本实用新型实施例中套管式加热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明。
[0027]参见图1、图2，本实用新型所提供的一种微生物发酵液的加热装置，其包括，套管式加热器A，包括内管I和若干外管2;所述内管I为U形盘管，其包括若干平行排布的直管100和若干连接直管100的弯管100 ’ ；所述内管I的一端设有发酵液进口 1I和热碱液出口 102，另一端设有发酵液出口 103和热碱液进口 104;所述发酵液出口 103管道中设置第一压力表
3、在线温度计4;所述热碱液进口 104通过管道连接热碱液源;所述外管2套设于所述内管I的直管100外，且外管2两端密封固定在内管I外壁上，相邻外管2间相互连通，其中，任意两外管上分别开设蒸汽进口 201、蒸汽冷凝水出口 202，任一外管上设一旁路管道200，该旁路管道200中设置一在线液位计5;所述蒸汽进口 201管道中设置第一控制阀Fl;
[0028]若干静态混合器6，设置于内管I的直管100内；
[0029]预加热器7，其上分别设置发酵液进口701和发酵液出口 702、蒸汽冷凝水进口 703和蒸汽冷凝水出口 704，所述发酵液进口 701通过管道及其上设置的栗8连通至发酵液储罐9，所述蒸汽冷凝水出口 704管道中设置第二控制阀F2;所述预加热器7的发酵液出口 702通过管道连接所述内管I的发酵液进口 101，该管道中设置第二压力表3’；所述蒸汽冷凝水进口 703通过管道连接所述外管2上的蒸汽冷凝水出口 202 ；
[0030]第一逻辑控制器10，所述在线温度计4、第一控制阀Fl分别电性连接第一逻辑控制器10;
[0031]第二逻辑控制器10’，所述在线液位计5、第二控制阀F2分别电性连接第二逻辑控制器10，。
[0032]进一步，还包括一过滤器11，其设置于所述栗8和发酵液储罐9之间的管道中。
[0033]所述预加热器7的发酵液出口702管道中设置手动阀门F3。
[0034I又，所述套管式加热器A的热碱液进口 104管道和热碱液出口 102管道中均设置手动阀门F4、F4’。
[0035]所述套管式加热器A的发酵液出口103管道中设置手动阀门F5。
[0036]再，所述内管I的直管100和弯管100’为一体式结构。
[0037]所述内管I的直管100和弯管100’通过法兰连接或以焊接方式连接。
[0038]本实施例中，在内管I的每个直管100的进口设置一个静态混合器6，所述栗8优选离心栗。
[0039]本实施例中，所述第一、第二控制阀Fl、F2为电磁阀控制。
[0040]本实施例中，在线温度计4监测流出套管式加热器A的发酵液温度，第一逻辑控制器10处理该温度数据，并给第一控制阀Fl的执行机构输出，控制发酵液的最终加热温度。若监测到低于设定温度，在线温度计4将信号传输给第一逻辑控制器10，第一逻辑控制器10控制第一控制阀Fl的开度变大;若监测到高于设定温度，在线温度计4将信号传输给第一逻辑控制器10，第一逻辑控制器10控制第一控制阀Fl的开度变小，保证发酵液离开加热装置时的温度在设定的温度范围内，再进入后续精馏，本实施例中设定的温度为80?100°C。
[0041 ]本实施例中，在线液位计5检测套管式加热器A的外管2中的蒸汽冷凝水液位，第二逻辑控制器10’处理液位数据，并给第二控制阀F2的执行机构输出，控制外管中的冷凝水液位，若监测到低于设定液位，在线液位计5将信号传输给第二逻辑控制器10’，第二逻辑控制器10’控制第二控制阀F2的开度变小;若监测到高于设定液位，在线液位计5将信号传递给第二逻辑控制器10’，第二逻辑控制器10’控制第二控制阀F2的开度变大，保证套管式加热器A的外管内的液位在合理值内，从而保证蒸汽换热效率。
[0042]本实施例中，第一压力表3、第二压力表3’分别就地显示发酵液进入和离开套管式加热器A的压力，如果两者差值超过操作允许值，则手动停用整套加热装置，关闭手动阀门F3和F5，开启手动阀门F4和F4，，通过热碱液进口 104输入热碱液到内管I，对内管I进行清洗，即便运行不善导致内管I堵塞，仍能保证套管式加热器A的内管I能及时得到清洗，确保内管I不被堵塞。
【主权项】
1.一种微生物发酵液的加热装置，其包括， 套管式加热器，包括内管和若干外管;所述内管为U形盘管，其包括若干平行排布的直管和若干连接直管的弯管;所述内管的一端设有发酵液进口和热碱液出口，另一端设有发酵液出口和热碱液进口；所述发酵液出口管道中设置第一压力表、在线温度计;所述热碱液进口通过管道连接热碱液源;所述外管套设于所述内管的直管外，且外管两端密封固定在内管外壁上，相邻外管间相互连通，其中，任意两外管上分别开设蒸汽进口、蒸汽冷凝水出口，任一外管上设一旁路管道，该旁路管道中设置一在线液位计;所述蒸汽进口管道中设置第一控制阀； 若干静态混合器，设置于内管的直管内； 预加热器，其上分别设置发酵液进口和出口、蒸汽冷凝水进口和出口；所述发酵液进口通过管道及其上设置的栗连通至发酵液储罐，所述预加热器的蒸汽冷凝水出口管道中设置第二控制阀，所述预加热器的发酵液出口通过管道连接所述套管式加热器内管的发酵液进口，该预加热器的发酵液出口管道中设置第二压力表;所述蒸汽冷凝水进口通过管道连接所述套管式加热器外管上的蒸汽冷凝水出口 ； 第一逻辑控制器，所述第一控制阀、在线温度计分别电性连接第一逻辑控制器； 第二逻辑控制器，所述在线液位计、第二控制阀分别电性连接第二逻辑控制器。2.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，还包括一过滤器，其设置于所述栗和发酵液储罐之间的管道中。3.根据权利要求2所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述栗和发酵液储罐之间的管道中并联设置两台过滤器，形成一开一备配置。4.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述预加热器的发酵液出口管道中设置手动阀门。5.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述套管式加热器的热碱液进口管道和热碱液出口管道中均设置手动阀门。6.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述套管式加热器的发酵液出口管道中设置手动阀门。7.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述内管的直管和弯管为一体式结构。8.根据权利要求1所述的微生物发酵液的加热装置，其特征在于，所述内管的直管和弯管通过法兰连接或以焊接方式连接。
【文档编号】C12M1/34GK205662521SQ201620554864
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】胡建国, 李雪勇
【申请人】上海宝钢气体有限公司