专利名称：一种气升式发酵反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气升式发酵反应器，特别是采用内循环式结构的气升式发酵反应器。
发酵罐是发酵工业生产中的核心设备，发酵产品(如氨基酸)是特定品种的微生物在营养物质中(如葡萄糖液等)，吸收养料及溶解在营养液中的氧气，生长并转化营养成分而代谢出(或菌体本身就是产品)的产物，而发酵罐就是为这一生产过程提供一个保证营养液供氧和利于微生物生长及产物生成与代谢的生产环境。
目前，国内外发酵生产中普遍采用的是机械搅拌罐。这种罐的工作原理为在发酵中先装入发酵营养液，然后消毒杀菌，待适当温度下接入发酵微生物菌种，在发酵罐底部通气，通过多档机械搅拌，使气液混合，为营养液中的微生物提供氧气，使之生长繁殖代谢，生产产品，这种发酵反应器的缺点是效率低，能耗高，生产噪音污染严重，发酵罐的搅拌桨对微生物的机械剪切作用强，使微生物菌体的生命活力降低，打碎的菌体碎片在发酵营养液中形成蛋白胶体，不利于后续提取加工生产。
气升式发酵反应器是从化工生产中引入发酵生产中的新型发酵反应器，国内外研究的气升式发酵反应器目前只限于两种基本类型内循环式和外循环式。基本工作原理是以内循环式为例，利用气体在液体中的浮升力，在反应器底部通入气体，用气体的浮升力推动液体上升并形成上下的循环流动，在循环的同时，气泡在液体中的搅动及筛板对气泡的不断破碎，代替了机械罐中的机械搅拌作用，使气体中的氧充分地溶解到液体中，满足发酵供氧和固液间的传质。内循环式结构如附图4，其主要部件通气喷嘴(21)、气液上升区循环筒(22)、发酵罐体(23)、夹套热交换器(24)、进料口(25)、排料口(26)。由于该气升式发酵反应器气液接触效果差，混合不够充分，使发酵液中的溶解氧未能有效地保证微生物生长及产物代谢的要求，因而导致产物产率和提取收率低。
本发明的目的是提供一种产物产率和提取收率高且能耗低的发酵反应器，该反应器为微生物生长，发育及产物代谢提供了更佳的环境。
本发明的技术解决方案一种气升式发酵反应器，其特征在于该反应器包括裙座(1)、上、下封头(2)、(3)、气体分布管(4)、筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)、消泡器(8)、发酵罐体(9)。其中，多个环形筛板(5)套过中心导流筒(6)且固结在中心导流筒(6)上;中心导流筒(6)设置在多段导流筒(7)中，多段导流筒(7)内壁与环形筛板(5)外边缘相固结;筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)组成的整体设置在发酵罐体(9)中;多段导流筒(7)带有多个流体进、出口接管(10)、(11)，多个流体进、出口接管(10)、(11)穿过罐体上相对应的孔，并固结在一起;气体分布管(4)固结安装在发酵罐体(9)底部;分别带有进、排料口(12)、(13)的上下封头固结安装在发酵罐体(9)上，并将发酵罐体(9)上、下封死;裙座(1)固结在下封头(2)上。多段导流筒(7)由带有流体进、出口接管(10)、(11)的外套(15)、冷却水导流板(16)、内套(17)组成。其中，冷却水导流板呈螺旋状缠绕在内套(17)上并与内套(17)相固结，外套(15)间隙套在导流板外，内套与外套两端固结封死。筛板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、入孔盖(19)组成。其中，交叉予分布筋板(18)与孔板(20)相固结;孔板(20)呈环形，环面上开有一入孔;入孔盖(19)盖在入孔上且与孔板(20)固定连接;入孔盖(19)与孔板(20)上均开有许多相同的气液分布孔。
该反应器的工作原理在如附图1所示的发酵反应器中，装入发酵液(装液量为发酵反应器体积的60-80%)，气体从塔体的气体分布管(4)喷入发酵反应器，反应器内的气液混合流体流动的分布如附图5所示。Ar区为气液上升流动区，Acd区为中心下降循环区，Amd区为多段循环下降流动区，气液混合体在气体浮动升力的作用下，沿Ar区上升，并通过气液分布筛板进一步破碎气泡，加大气液接触面积，强化气液传质，然后通过多段下降循环区Amd形成多路循环，使气液传质均匀，塔上部的气液混合体经中心下降循环区Acd循环到塔底，使塔顶与塔底的物料理化性质尽可能平衡。并为菌体创造了一种周期性压力变化的外部环境，十分有利于产物的代谢。
本发明同现有的机械搅抖发酵罐比较其优点是1.气-液及液-固(菌体颗粒)传质效果好，可满足各种发酵过程(谷氨酸，柠檬酸，赖氨酸，SCP，维生素C及其他氨基酸或医用生化产品的发酵生产)的要求。
2.取消了机械搅拌，消除了搅拌对菌体的剪切破坏作用，大大地增强了菌体的活力，为采用新的发酵工艺(如补料或流加发酵操作)创造了良好的条件，使菌体的生产潜力得到充分发挥，产品对原料的产率显著提高(以谷氨酸为例，糖酸转化率提高10%-15%)，由于没有菌体破碎产生的菌体碎片和蛋白胶质，对产品的后提取过程极为有利。
3.发酵过程的能耗大幅度下降(以谷氨酸为例，生产吨谷氨酸能耗比机械罐下降30-40%)，消除了生产过程的噪音污染，极大地改善了工人的操作环境。
4.利用了多段导流循环管做为换热器，使换热面积比普通夹套，换热器高一倍，使换热面积/发酵液体积的比值大大提高(达到1.6-4)，而一般机械罐的这一比值只有1-1.2，大大提高了发酵罐的换热能力，可以迅速而有效地控制发酵反应器的温度变化，使发酵按照最佳工艺控制条件进行，冷却用水大为节省，为微生物的生长与产物代谢创造了良好的条件。
5.发酵反应器操作简单，使用方便。
6.经济效益显著。根据发酵生产的规律性可以推知，本发明不仅可用于谷氨酸发酵，而且可用于柠檬酸，其他氨基酸，酶制剂，单细胞蛋白，抗生素等发酵产品的生产，目前，新疆糖蜜综合利用实验厂已采用本发明设计制造了50m2气升双环流谷氨酸发酵反应器一台，甘肃省金塔糖厂也采用本发明设计制造了75m2气升双环流谷氨酸发酵反应器两台。
本发明同现有的气升式发酵反应器比较其优点是1、由于采用多段导流筒的结构，通过多段小周期循环，加大气液循环量，特别是液体回流时的气泡夹带，使气液接触时间加长，氧气溶解充分，发酵供氧充足;取消了机械搅拌，彻底消除了生产噪声和搅拌桨对菌体的剪切破坏，使菌体的活力大大增强。
2、由于采用螺旋流夹套式换热器并使之与发酵反应器的多段导流循环筒(见附图1中7)合而为一，使换热面积为普通夹套换热器(单面热交换)的两倍。
附图1为本发明的正视图。
附图2为多段导流筒的结构图。
附图3为筛板的结构图。
下面结合
一种气升式发酵反应器，其特征在于该反应器包括有裙座(1)、上、下封头(2)、(3)，气体分布管(4)、筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)、消泡器(8)、发酵罐体(9)。其中，多个环形筛板(5)套过中心导流筒(6)且焊接在中心导流筒(6)上;中心导流筒(6)设置在多段导流筒(7)中，多段导流筒(7)内壁与环形筛板(5)外边缘相焊接;筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)组成的整体设置在发酵罐体(9)中;多段导流筒(7)带有流体进、出口接管(10)、(11)，多个流体进、出口接管(10)、(11)穿过罐体上相对应的孔，并焊接在一起;筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)组成的整体通过固定支板(14)与发酵罐体(9)焊接在一起;气体分布管(4)焊接安装在发酵罐体(9)底部;分别带有进、排料口的(12)、(13)的上、下封头(2)、(3)焊接安装在发酵罐体(9)上，并将发酵罐体(9)上、下封死;裙座(1)焊接在下封头(2)上。多段导流筒(7)由带有流体进、出口管(10)、(11)的外套(15)、冷却水导流板(16)、内套(17)组成。其中，冷却水导流板呈螺旋状缠绕在内套(17)上并与内套(17)相焊接，外套(15)间隙套在导流板外，内套与外套两端焊接封死。筛板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、入孔盖(19)组成。其中，交叉予分布筋板(18)与孔板(20)焊接成一体;孔板(20)呈环形，环面上开有一入孔;入孔盖(19)盖在入孔上且与孔板(20)螺钉连接;入孔盖(19)与孔板(20)上均开有许多相同的气液分布孔。
权利要求
1.一种气升式发酵反应器，其特征在于该反应器包括有裙座(1)、上、下封头(2)、(3)、气体分布管(4)、筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)、消泡器(8)、发酵罐体(9)；其中，多个环形筛板(5)套过中心导流筒(6)且固结在中心导流筒(6)上；中心导流筒(6)设置在多段导流筒(7)中，多段导流筒(7)内壁与环形筛板(5)外边缘相固结；筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)组成的整体设置在发酵罐体(9)中；多段导流筒(7)带有多个流体进出口接管(10)、(11)，多个流体进出口接管(4)固结安装在发酵罐(9)底部；分别带有进、排料口(12)、(13)的上下封头固结安装在发酵罐体(9)上，并将发酵罐体(9)上下封死；裙座(1)固结在下封头(2)上。
2.根据权利要求1所述的气升式发酵反应器，其特征在于多段导流筒(7)由带有流体进、出口接管(10)、(11)的外套(15)、冷却水导流板(16)、内套(17)组成;其中，冷却水导流板是螺旋状缠绕在内套(17)上并与内套(17)相固结，外套(15)间隙套在导流板外，内套与外套两端固结封死。
3.根据权利要求1或2所述的气升式发酵反应器，其特征在于筛板(5)由孔板(20)、交叉予分布筋板(18)、入孔盖(19)组成;其中，交叉予分布筋板(18)与孔板(20)相固结;孔板(20)呈环形，环面上开有一入孔;入孔盖(19)盖在入孔上且与孔板(20)固定连接;入孔盖(19)与孔板(20)上均开有许多相同的气液分布孔。
全文摘要
本发明涉及一种气升式发酵反应器，特别是采用内循环式结构的气升式发酵反应器。本发明包括有裙座(1)、上、下封头(2)、(3)、气体分布管(4)、筛板(5)、中心导流筒(6)、多段导流筒(7)、消泡器(8)、发酵罐体(9)。由于采用了上述结构，通过多段小周期循环，使气液接触时间加长，氧气溶解充分，发酵供氧充足，提高了产物产率和提取收率且降低了能耗。本发明适用氨基酸、酶制剂、抗生素等发酵产品生产。
文档编号C12M1/04GK1071455SQ9110949
公开日1993年4月28日 申请日期1991年10月12日 优先权日1991年10月12日
发明者李佐虎, 付文阁 申请人:中国科学院化工冶金研究所