一种用于发酵罐中的气体分布器的制作方法

本实用新型涉及一种用于发酵罐中的气体分布器，属于发酵设备领域。

背景技术：

在工业上，用来进行微生物好氧发酵的发酵罐均带有气体分布器。气体分布器与发酵罐的通风系统连通，用于输送空气以满足工业微生物的耗氧需求。大多数工业微生物具有较高的耗氧需求，因此气体分布器的性能对于满足微生物的耗氧要求和提高发酵产品的质量具有重要的意义。目前，气体分布器有单管和环形管两种形式，cn201756542u公开了一种发酵罐的空气分布管，是单管采用单孔向下对准罐底中央的形式，这种单孔结构的气体分布器产生的气泡尺寸大且上升速度快，由于单孔结构气体分布器的管口向下对准罐底中央，气体长期喷击罐底会降低发酵罐的使用寿命；cn203668371u公开了一种用于发酵罐的气体分布器，是一种环形管，在管壁上分布有若干出气孔，cn207418727u公开了一种类似于环形管的半球形气体分布器，这种环形管气体分布器，由于环形管道环数单一，通过计算流体动力学(cfd)模拟发现，在发酵液下层气体分布均匀，但在发酵液的中上层气体均匀分布性很差，同时发酵液中的气含率较低；为了解决环形管气体分布器存在的问题，cn208883870u在环形管气体分布器上方设置了气泡粉碎器，使中上层气体分布更为均匀，但是，这种结构极为复杂，且不易操作。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，现有的气体分布器不能充分满足微生物的耗氧要求，而且发酵液下层气体分布不均匀。本实用新型旨在设计一种发酵罐的气体分布器能够增大发酵罐中的溶氧，同时还要使气泡在发酵液中分散均匀，具备这两点要求的气体分布器对于提升发酵罐的性能和提高发酵产品的产量具有重要的现实意义。

本实用新型的目的就是要克服现有气体分布器的不足，提供一种新型气体分布器，该气体分布器既有足够的气体分布点来提高发酵液中的气含率，更能够使气体在整体发酵液中均匀分散。

本实用新型提供一种用于发酵罐中的气体分布器，其特征在于：包括进气管和两个或更多个气体分布管，其中，所述气体分布管为多个直径由大到小环绕排列形成的环形通道结构，进气管上设有气体出口，所述气体分布管与所述进气管通过气体出口连通，每个气体分布管的管壁上开设有三个以上的通气孔。

该通气孔可以供氧气通入发酵罐中。

优选地，根据上述气体分布器，其中，气体分布管的个数为2-5个。

优选地，根据上述气体分布器，其中，气体分布管的个数为2个。

优选地，根据上述气体分布器，其中，进气管有两个或更多个气体出口。

优选地，根据上述气体分布器，其中，进气管有5个出口。

优选地，根据上述气体分布器，其中，最下端的气体分布管与进气管最下端的气体出口通过焊接连接。

根据上述气体分布器，其中，除最下端的气体分布管以外的其他气体分布管与进气管的除最下端的气体出口以外的其他气体出口通过螺纹连接。

根据上述气体分布器，其中，气体分布管包括3个以上直径不同的环形通道结构。

优选地，根据上述气体分布器，其中，所述环形通道结构的上壁面上均匀分布多个通气孔。

优选地，根据上述气体分布器，其中，所述环形通道结构为由1根管一体形成的3个以上直径不同的环形通道结构。

优选地，根据上述气体分布器，其中，通气孔的直径是0.5mm-3mm，优选为1mm。

本实用新型的气体分布器通过2个以上的圆环形管道的气体分布管的结构设计，既有足够的气体分布点来提高发酵液中的气含率，更能够使气体在整体发酵液中均匀分散，从而对于提升发酵罐的性能和提高发酵产品的产量具有重要的现实意义。具体来说，本实用新型在进气管中部处多了至少一个分布管，这样就实现了发酵罐底部和中部同时通气，可有效避免发酵液中上层出现气体分布不均匀的现象。

附图说明

图1是现有的气体分布器设置为单管单孔的结构图；

图2是现有的气体分布器设置为带一个环状结构的环形管结构图1；

图3是体现本实用新型最佳实施方案的气体分布器的立体图。

图4是采用现有技术中的只有一个气体分布管的气体分布器的发酵液中的气含率云图。

图5是采用本实用新型的气体分布器的发酵液中的气含率云图。

其中，图1和图2中，1a-单孔；1b-环状结构图；2a-通气孔；

图3中，1-第一气体分布管，2-第二气体分布管，3-进气管，a、b、c-圆环形通道结构，3.1、3.2、3.3、3.4、3.5-气体出口，4-通气孔。

具体实施方式

现有技术中，常见气体分布分器有单管和环形管两种形式。如图1所示，单管采用单孔1a向下对准罐底中央。如图2所示，环形管一般带有一个环状结构1b，其向上的管壁上去分布若干个通气孔2a。

本实用新型针对现有的气体分布器不能充分满足微生物的耗氧要求，而且发酵液下层气体分布不均匀的问题，一种发酵罐用的气体分布器通过2个以上的圆环形管道的气体分布管的结构设计，既有足够的气体分布点来提高发酵液中的气含率，更能够使气体在整体发酵液中均匀分散。

下面结合附图详细说明本实用新型。

如图3所示，本实用新型的用于发酵罐中的气体分布器，包括进气管3和两个气体分布管，这两个气体分布管分别是第一气体分布管1和第二气体分布管2，其中，第一气体分布管1是最下端的气体分布管，气体分布管可以设置多个，例如2-5个，从结构更为简单的角度考虑，气体分布管优选设置2个。相应的，在进气管3上设置两个或更多个气体出口，以将空气通入气体分布管，优选在进气管3上设置5个气体出口，这5个气体出口设置在进气管3不同的高度上，在图1中分别标注为3.1、3.2、3.3、3.4、3.5，其中，气体出口3.5是进气管3最下端的气体出口，进气管3的气体出口与气体分布管可以通过任何方式连接，优选地是，进气管3最下端的气体出口3.5和最下端的第一气体分布管1通过焊接连接，其他气体分布管例如第二气体分布管2通过螺纹与其他气体出口3.1、3.2、3.3、3.4中的任意一个气体出口连接，在图1所示的技术方案中，第二气体分布管2通过螺纹与气体出口3.2连接，剩余的气体出口3.1、3.3和3.4通过螺栓密封，在需要调整时，可以方便地将第二气体分布管2通过螺纹与其他气体出口3.1、3.3或3.4连接。气体分布管上可以设置为具有多个直径不同的圆环形通道结构，优选具有三个直径不同的圆环形通道结构a、b、c，这些圆环形通道结构可以由一根管道盘绕形成的多个直径由大到小环绕排列形成的多环形或蛇形通道结构，也可以是将多个直径由大到小排列的圆环管开凿通孔并且焊接在一起，使得气体可以在这些圆环管彼此之间自由流动；每个圆环形通道结构a、b、c的上壁面上均匀分布若干个通气孔，通气孔的直径可根据需要设置，其直径可以设置为0.5mm-3mm，优选为1mm。

本实用新型通过cfd数值模拟进行了对比实验。在相同工况(下面会具体描述工况条件)下，对比采用本实用新型的气体分布器的发酵液中的气含率云图如图4所示，具体图4中除了a1和a2所示区域对应于1a所示深色(深红色)代表气含率较高的数值，b区域的深色对应于1b所示深色(深蓝色)代表气含率接近零的数值；其他区域颜色由深变浅(除了a1、a2和b区域之外)，对应于1c所示颜色由深色(深蓝色)变浅色(实际为浅蓝)所表示的气含率由零逐渐增高的数值。采用现有技术的只有一个气体分布管的气体分布器的发酵液中气含率对应的气含率云图如图5所示，具体图5中，区域b除了a1和a2所示深色对应于2a所示深色气含率较高的数值之外，其他部分的区域a中的气含率很低接近零，该区域色彩由深变浅对应于2b所示的由深色(深蓝)变浅色(实际为浅蓝)所示气含率由零逐渐提高，但是均低于区域c所对应的的气含率，其中区域c颜色由深变浅对应于2c所示气含率由高逐渐变低的数值。

所以，将图4与图5相对比，可以明显看出本实用新型的多个气体分布管既增大了发酵罐中的气含率，同时基本能使气体均匀分布于整个发酵液中。

具体来说，上述相同工况是指进行cfd数值模拟时候的操作条件和参数如下面的表1所示：

表1模拟物料的密度和黏度数据

具体的模拟条件如下：

发酵罐体积50l，通气量1.2vvm，搅拌转速200rpm。

在fluent计算中，选择eulerian-eulerian模型作为多相流模型，标准k-ε模型作为湍流模型。气液两相流中，主相设定为发酵液，第二相设定为空气。

边界条件中，将空气分布器的进气孔的横截面设置为velocityinlet(速度入口)，将罐顶的液面设置为pressureoutlet(压力出口)，将罐体内壁、挡板、搅拌轴和桨叶的类型全部设置为noslipwall(无滑移壁面)。

与现有技术的环形分布器相比，本实用新型在进气管中部处多了至少一个分布管。这样就实现了发酵罐底部和中部同时通气，可有效避免发酵液中上层出现气体分布不均匀的现象。同时每个分布管带有更多的环形通道结构，这样可以有效避免现有的环形管结构由于环形通道单一而引发发酵液中气含率较低的问题。另外由于进气管3上带有四个气体出口3.1、3.2、3.3、3.4，因此可以根据发酵结果对分布管2在进气管1上的高低位置进行优化，以提高发酵效果。

本实用新型的上述具体实施方式仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。