专利名称：一种独立气升式双循环发酵罐的制作方法
技术领域：
本发明属于工程机械领域，涉及一种微生物发酵工程使用的发酵罐，尤其是一种独立气升式双循环发酵罐。
背景技术：
目前传统的发酵罐，多采用机械搅拌、单管通气的方法，以搅拌浆的快速转动来打碎气泡，进行气液均勻分布和传质、传热，这种方式要求搅拌必须强烈，因而需要大功率的电机带动搅拌装置，不仅发酵过程的能耗过高，而且设备复杂、容易污染，发酵效果受到影响。气升式发酵罐，以气体的流动带动罐内发酵液循环，替代机械搅拌，降低了能耗， 简化了设备。但是目前使用的气升式发酵罐依旧存在一些缺点，比如，由于采用气体的流动带动发酵液循环，使得罐体的高径比大，对厂房高度有一定要求；空压机要采取大功率工作才能满足罐内循环正常；罐内空气利用率低，未利用的空气从排气管排出，造成浪费等等。 中国国家知识产权局授权公告号CN2527566Y，公布了一种气升式节能发酵罐，通过在罐内安装通心筒管，使得发酵液在喷头的喷射气流压力带动下沿通心筒管向上流动，到达顶部后，向四周扩散，在筒管外重力回流。该发酵罐达到罐内良好的循环效果，但是存在上述气升式发酵罐的典型缺点，如，发酵液在通心筒管内与压缩空气接触混合，向上循环，但是到达发酵液面时，气体逸散，造成空气利用率低、浪费的现象；发酵液在通心筒管外重力回流的过程中，溶氧量迅速下降，影响发酵效果等。由此可见，针对发酵罐技术需要重点解决的两个问题，一是如何降低发酵过程中的能耗；二是如何提高空气利用率。另外一种发酵罐采取机械搅拌和气体分布器组合的方式，即综合传统发酵罐的搅拌技术与气升式发酵罐的气体分布技术。这种发酵罐发酵效果有一定提高，但是却以高能耗，和复杂的设备作为代价。投入与产出比例并未得到实质改观。针对现有问题，本发明提出一种独立气升式双循环发酵罐，以低能耗达到很好的发酵效果。
发明内容
—种独立气升式双循环发酵罐。包括罐体(1)、保温层( 、外循环装置(2. 3、 2. 4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3. 4)、空气分布器(3. 1、3.2、3. 3)、内循环装置 0、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、保温层进出水口(2.1、2.2)、保温层温度感应器O. 5)、保温层排气口 O. 6)，在罐体和保温层分别设置视窗(1. 1、2.7)以利于观察。发酵罐电路连接到仪表控制器上，操作十分简便。该发酵罐不仅可以用于微生物发酵，还可以作为高温灭菌器或反应釜使用。 罐体1底部设为倒锥形，倒锥形斜面与水平面呈10-45°角，优选角度为20-30°。
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罐体1倒锥形最下方设有内循环入口管4. 3，发酵液依靠重力进入内循环入口管， 在内循环泵4. 1的作用下，通过内循环管4泵至发酵罐顶端，分成2-4个管，最后由内循环喷头4. 2以细小液体流喷出，达到循环及充分接触空气的效果。在罐外内循环管最低处设有排液阀门，内循环管喷头设置2-4个，内循环管直径与发酵罐直径之比为1 25-35，内循环泵的功率为100-350瓦，发酵罐内发酵液在3-7分钟内完全循环一次。罐体1底部设有空气分布器，空气分布器包括底座3. 1、导管3. 2和莲花喷头3. 3。 空气分布器底座3. 1焊接于进气管3上，呈圆柱形，下面封闭，侧面开导管口，导管连接于底座上，导管末端连接莲花喷头。导管与莲花喷头设置10-50套。分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1. 2 1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头外层比内层大，二者比例为3-1. 2 1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大， 外层喷头上气孔比内层多。保温层2设有外循环系统，包括外循环管2. 3和外循环泵2. 4，外循环泵75-150 瓦，间歇式工作，提供对罐体1的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。罐体进气管3设有单向阀门3. 4，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。罐体1倒锥形最下方设有出料口 11，出料口可以作为取样口使用。罐体1外壁设有视窗1. 1，以利于观察发酵情况。罐体1设有发酵温度感应器5，感应器感应头深入发酵液下方20-30厘米，另一端接仪表控制器上。罐体1设有旋开式罐盖8，可以作为投料口及人孔使用，开关方便，密闭良好。罐体1上设有进料口 6、消泡剂加入口 7、排气口 9、压力阀10。保温层2设有进出水口 2.1和2. 2、视窗2. 7，上部设有排气口 2. 6、温度感应器
2 · 5 。本发酵罐的优点是1.通过快速内循环和空气分布器，能够使气液充分混合均勻，提高空气利用率，发酵效果好。2.发酵罐的径高比下降，厂房高度降低；空压机可以在较低功率下工作，即能达到供气及循环的要求，节能。3.控制设备通过电路连接于仪表控制器上，操作简单，易于学会。4.本发酵罐制作成本低，能耗低(发酵能耗是同型号搅拌型的1/6至1/10)，适合推广应用。
图1 发酵罐结构图。1罐体、1. 1内视窗、2保温层、2. 1保温层出水口、2. 2保温层进水口、2. 3外循环管、2. 4外循环泵、2. 5保温层温度感应器、2. 6保温层排气口、2. 7外视窗、3进气管、3. 1空气分布器底座、3. 2空气分布器导管、3. 3莲花喷头、3. 4单向阀门、4内循环管、4. 1内循环泵、4. 2内循环喷头、4. 3内循环排水口、5发酵温度感应器、6进料口、7 消泡剂入口、8罐盖(人孔)、9排气管、10压力阀门、11出料口、12加热器。
图2:发酵罐外俯视图。图3 内循环系统罐内仰视图。图4 空气分布器仰视图及变形。
具体实施例方式实施例1结合附图1、2、3、4，独立气升式双循环发酵罐，包括罐体1、保温层O)、外循环装置0.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3. 1,3.2,3. 3)、内循环装置0、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖 (人孔)(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)以及视窗(1. 1、2.7)等，设备连接到仪表控制器上，利于操作。发酵罐中，罐体1下方倒锥形底部与水平面采用30°角。空气进气管3沿罐体1 内壁由上方进入向下延伸，下端至罐底连接空气分布器(3. 1,3. 2,3. 3)。内循环系统入口管 4. 3设在罐体底部，内循环入口管连接到罐体外的内循环泵4. 1，在罐外内循环管最低处设有排液阀门，再由内循环管4回到罐体内部，向上延伸至罐体顶部，分开2个管，连接到内循环喷头4. 2。保温层外循环管2. 3设在进水口 2. 2附近，连接罐外的外循环泵2. 4，而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体1的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。工作状态简述如下首先清洗罐体内部，向罐中注入适量清水及发酵营养液，然后通过加热器加热，使罐内温度达到121°，开启内循环，保持40min，灭菌，灭菌后关闭加热器。通过进水口向保温层注入冷水，开启外循环泵，使罐体内部迅速降温，达到所需温度后， 关闭外循环泵。通过进料口 6接种，开启排气口，打开压缩空气泵及气阀，压缩空气通过供气管3进入罐内，气体从空气分布器均勻喷出。发酵液循环，发酵过程中温度等参数体现在仪表控制器上，根据监测数据控制发酵过程。实施例2与实施例1比较，罐体底部也可以设置成圆弧形，即倒锥形改成圆弧形，将内循环管顶端设计成分开3(或4)个管，连接到内循环喷头。其他设计与实施例1相同。不再复述。实施例3与实施例2比较，空气分布器可以设计成向上喷空气，即空气分布器向上设置，其他设计与实施例1相同。不再复述。实施例4与实施例2比较，进气管3设计成从罐底进入，然后连接空气分布器。其他设计与实施例1相同。本发明空气分布器可根据罐体大小适当增减导管与莲花喷头，内循环管也可以设置多个入口管和多个喷头，外循环管的位置也可以调整，其变形均在本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种独立气升式双循环发酵罐，包括罐体(1)、保温层( 、外循环装置(2. 3,2. 4)、 空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3. 4)、空气分布器(3. 1、3.2、3. 3)、内循环装置(4、 4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)(8)、 排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、保温层进出水口 O. 1、2.2)、保温层温度感应器O. 5)、保温层排气口 O. 6)，在罐体和保温层分别设置视窗(1. 1 2.7)以利于观察；发酵罐电路连接到仪表控制器上，发酵罐罐体及部件采用耐热、耐酸碱不锈钢材质。
2.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于罐体最下方设有内循环入口管4.3，内循环入口管4. 3连接罐外的内循环泵4. 1，再连接内循环管4，在罐外内循环管最低处设有排液阀门，内循环管4自罐底进入罐内，至发酵罐顶端，分成2-4个管，最后连接内循环喷头 4. 2 ；内循环喷头设置2-4个；内循环入口管设置1-4个；内循环管直径与发酵罐直径之比为 1 25-35。
3.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于罐体底部设有空气分布器，空气分布器包括底座3. 1、导管3. 2和莲花喷头3. 3 ；空气分布器底座3. 1焊接于进气管3上，呈圆柱形， 下面封闭，侧面开导管口，导管焊接于底座上，导管末端连接莲花喷头；导管与莲花喷头设置10-50套。分布器外层导管比中间层导管直径大，二者直径比例为3-1. 2 1，外层和中间层导管呈喇叭形扩大，至莲花喷头，莲花喷头外层比内层大，二者比例为3-1. 2 1，莲花喷头上的气孔孔径一致或最外圈稍大，外层喷头上气孔比内层多。
4.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于保温层2设有外循环系统，包括外循环管 2. 3和外循环泵2. 4，保温层外循环管2. 3设在进水口 2. 2附近，连接罐外的外循环泵2. 4， 而后进入保温层向上开口于保温层顶部，外循环泵间歇式工作，提供对罐体1的保温及控温，设备连接于仪表控制器上，通过电钮开关调节控制。
5.如权利要求1所述的发酵罐，其特征在于进气管3设有单向阀3.1，在突然断电的情况下，防止发酵液倒流，保护空气过滤器。
全文摘要
本发明公开了一种独立气升式双循环发酵罐。包括罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、视窗(1.1、2.7)等。发酵罐电路连接到仪表控制器上。本发明所采用的设计科学合理，克服了现有技术的缺点和不足，结构简单，易于操作，能耗低，发酵效果好。具有很强的工业化实施性。
文档编号C12M1/36GK102250752SQ20111009998
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者吕长山, 王金玲, 高照亮 申请人:吕长山, 王金玲