专利名称：一种带有机械搅拌的气升式发酵罐的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物工程领域，主要用于通风发酵。
目前，通风发酵罐主要有两大类一类是机械搅拌发酵罐，一类是气升式发酵罐。机械搅拌发酵罐主要由罐体、搅拌器、挡板和换热器等组成，其气体分散和醪液循环运动主要由搅拌器来完成，它存在单位能耗较大等缺点。现有的气升式发酵罐主要由罐体、导流筒(管)、气体分布器等组成，其气体分散主要由气体分布器来完成，醪液循环运动主要由导流筒(管)来完成，它存在气液混合不均、氧传质效率较差等缺点。
本实用新型的目的是提供一种能耗小、氧传质优的机械搅拌和空气提升兼备的发酵罐。
本实用新型的目的是这样实现的如
图1所示，通入进气室6的压缩空气经罐底下封头8上的小孔分散成大气泡流入罐内，与醪液混合；在浮力和搅拌器4产生的压力差作用下，醪液夹带大气泡流向搅拌器4；搅拌器4快速旋转，产生剪切力将大气泡分散成小气泡，并使之与醪液进一步混合；在搅拌器4的推动下，醪液夹带小气泡流入静混合器5；静混合器5通过其内的气液流动产生剪切力，将流进静混合器5的气泡再次分散，得到细气泡，并使之与流进静混合器5的醪液混合均匀；混有细气泡的醪液流出静混合器5，作为醪液的一支，与静混合器5外部流入筒式换热器2内侧的另一支醪液进行气液、液液混合，共同进入筒式换热器2内侧；上述混有空气的醪液进入筒式换热器2内侧后，在浮力和筒式换热器2内外侧压力差作用下，在筒式换热器2内侧上浮，并在呈锯齿形的板式换热器3的扰动下产生漩涡，继续发生气液混合；在筒式换热器2外侧的醪液，在筒式换热器2内外侧压力差作用下，夹带部分细气泡在筒式换热器2外侧向下运动，构成筒式换热器2内外侧的醪液循环运动。在醪液流动过程中，通入筒式换热器2和板式换热器3的冷却水通过各换热器壁面与醪液发生热量交换，空气和醪液进行氧、二氧化碳等质量交换。从而完成本实用新型的目的。
本实用新型的详细结构由实施例和附图给出。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型板式换热器示意图；图3为本实用新型静混合器示意图；
图1～图3中各标号的名称为1.罐体；2.筒式换热器；3.板式换热器；4.搅拌器；5.静混合器；6.进气室；7.转动轴；8.下封头；9.锯齿形折板；10.弯叶片。
以下结合附图进行结构的详细描述如
图1～图3所示，本实用新型主要由罐体1、筒式换热器2、板式换热器3、搅拌器4、静混合器5、进气室6和冷却水管等组成。罐体1由圆柱形直筒及其底部的下封头8、顶部的上封头构成。下封头8中央区域设有若干小孔。进气室6位于下封头8下方，通过下封头8上的小孔与罐体内相通。筒式换热器2由相距很近的两同心圆筒及两端的封头构成，两圆筒之间的空间为冷却水的流道；筒式换热器2位于罐体1的直筒段，通过冷却水出入管与罐体1相连；筒式换热器2起换热和导流作用。板式换热器3是由两块形成间距的锯齿形折板9经边缘封闭连接构成，两折板9之间的空间为冷却水的流道；若干块板式换热器3呈环形对称分布于筒式换热器2的内侧上段，每块板式换热器3各自通过冷却水管与筒式换热器2相连；由于板式换热器3的锯齿形外形使得流经板式换热器3的醪液产生漩涡，促进了气液混合，又由于板式换热器3阻止了搅拌器4引起的醪液周向运动，因此板式换热器3兼有换热、混合及挡板功能。搅拌器4为圆盘下涡轮，即叶片位于圆盘下方，其位于筒式换热器2内侧下段及下方之间内层，与穿过罐底下封头8的转动轴7相连；搅拌器4主要具有气液分散功能，其通过转动，将进入罐内的压缩空气周向均匀分散，并提供混有气泡的醪液流过静混合器5进一步进行气液分散所需的能量。静混合器5是由若干层交替同心重叠的环形分布的弯叶片10组成，其中同层叶片绕行方向相同，相邻层叶片绕行方向相反；静混合器5位于筒式换热器2内侧下段及下方之间外层，通过连杆与筒式换热器2(或罐体1)相连；静混合器5主要作用是剪切流经其内的气泡和醪液，使气泡变小，使气液混合均匀。
本实用新型具有如下主要优点1.氧传质效率高。由于罐底进行机械搅拌，不仅气液分散均匀，而且产生的气泡小(显然克服了普通气升式发酵罐的气泡分散不均这一致命弱点)，不仅使罐底区域氧传质效率与机械搅拌罐的一样具有高溶氧速率，而且在醪液上浮的过程中气泡不易凝并(由于大小相同的气泡上浮速度相同，气泡之间的相对速度为零)，气泡分布均匀(由于底部气泡分散均匀)，使溶氧速率较普通气升式罐大大提高。由于筒式换热器内侧气液分散均匀，使筒式换热器内外侧的醪液环流加快，将相对较多的细气泡拖入筒式换热器外侧，并向下运动，继续进行氧传质。值得一提的是搅拌器对罐底附近的醪液环流有重要作用，它不仅使最易发生物料沉淀的地方不发生沉淀，而且使整个环流加速，促进了氧传质效率的提高。上述等诸多因素的共同作用使得本实用新型具有很高的氧传质效率。
2.传热效率高。由于本实用新型的换热器传热面积大，1m3发酵液的冷却面积可超过2.5m2，且分布较均匀，换热器里外的水流及醪液流动均作强湍流运动，因此换热效率极高。
3.能耗低。由于只有罐底部进行机械搅拌，并且搅拌器及其相关装置(如静混合器等)主要起分散压缩空气作用，因此，搅拌器的能耗较小，实验表明，本实用新型的搅拌器能耗约为普通机械搅拌罐搅拌系统能耗的30％(显然克服了能耗大这一机械搅拌罐的最大弱点)。由于普通气升式罐要得到发酵工艺要求的溶氧速率，其通气比或通气压力通常比机械搅拌罐大，因此通气能耗显著增加；而本实用新型由于其底部采用机械搅拌，气液混合易得到均匀，用气量和通气压力均与机械搅拌罐相当，即用气量相对较少，通气压力较低，因此，通气能耗小。由于本实用新型传热效率高，冷却水利用率高，从而使得冷却系统的能耗也较低。上述等诸因素的共同作用使得本实用新型的能耗大大降低。
权利要求1.一种带有机械搅拌的气升式发酵罐，它主要由发酵罐罐体、筒式换热器、板式换热器、搅拌器、静混合器、进气室及冷却水管等组成，其特征在于筒式换热器2位于罐体1的直筒段，若干块板式换热器3呈环形对称分布于筒式换热器2的内侧上段；搅拌器4为圆盘下涡轮，即叶片位于圆盘下方，它位于筒式换热器2内侧下段及下方之间内层；静混合器5位于筒式换热器2内侧下段及下方之间外层。
2.根据权利要求1所述的一种带有机械搅拌的气升式发酵罐，其特征在于板式换热器3由两块形成间距的锯齿形折板9经边缘封闭连接构成，两折板9之间的空间为冷却水的流道，每块板式换热器3各自通过冷却水管与筒式换热器2相连。
3.根据权利要求1所述的一种带有机械搅拌的气升式发酵罐，其特征在于静混合器5由若干层交替同心重叠的环形分布的弯叶片10组成，其中同层叶片绕行方向相同，相邻层叶片绕行方向相反。
专利摘要本实用新型涉及生物工程领域，是一种带有机械搅拌的气升式发酵罐，主要用于通风发酵，它主要由发酵罐体1，筒式换热器2，板式换热器3，搅拌器4，静混合器5，进气室6等组成。其特征在于筒式换热器2位于罐体1的直筒段，若干块板式换热器3呈环形对称分布于筒式换热器2内侧上段，搅拌器4位于筒式换热器2内侧下段及下方之间内层，静混合器5位于筒式换热器2内侧下段及下方之间外层。本发酵罐具有显著的氧传质效率高、能耗低和传热效率高等优点。
文档编号C12M1/06GK2246670SQ96231179
公开日1997年2月5日 申请日期1996年1月29日 优先权日1996年1月29日
发明者姚大康, 张朱浦, 李秀武, 吴国伟 申请人:姚大康