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1、(10)授权公告号 CN 102796650 B (45)授权公告日 2014.07.02 CN 102796650 B (21)申请号 201110143108.2 (22)申请日 2011.05.23 C12M 1/00(2006.01) C12M 1/04(2006.01) (73)专利权人 陆飞浩 地址 315040 浙江省宁波市江东区史家巷 112 号 602 室 (72)发明人 陆飞浩 (74)专利代理机构 宁波诚源专利事务所有限公 司 33102 代理人 袁忠卫 CN 2205388 Y,1995.08.16, 全文 . CN 1112032 A,1995.11.22, 全文 .。
2、 CN 1840648 A,2006.10.04, 全文 . US 3785779 A,1974.01.15, 全文 . CN 201632200 U,2010.11.17, 全文 . (54) 发明名称 一种旋流气升式发酵罐 (57) 摘要 一种旋流气升式发酵罐， 其包括罐体、 进气装 置、 排气装置、 冷却装置及所述罐体上设置的进气 管、 排气管， 所述进气管与进气装置相连接， 所述 排气管与排气装置相连接， 其特征在于 ： 所述进 气管设于罐体底部的中间位置或靠近罐体底部位 置， 所述排气管设于罐体顶部的中间位置， 所述 进气装置为一旋流混合器， 设于罐体内的底部或 者靠近罐体底部位置，。
3、 并与进气管相连接， 在旋流 混合器的上方设有导流装置， 所述导流装置为两 端开口的筒状结构， 呈纵向设置在罐体的轴线上， 本发明的旋流气升式发酵罐结构简洁、 无搅拌装 置、 通气压力较低但可使气液呈旋流状态、 气液混 合效果良好且低耗高效， 同时排气清洁、 发酵效率 高， 适用于好气性微生物液态深层发酵。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 周俊清 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)授权公告号 CN 102796650 B CN 102796650 B 1/1 。
4、页 2 1. 一种旋流气升式发酵罐， 其包括罐体、 进气装置、 排气装置、 冷却装置及所述罐体上 设置的进气管、 排气管， 所述进气管与进气装置相连接， 所述排气管与排气装置相连接， 其 特征在于 ： 所述进气管设于罐体底部的中间位置或靠近罐体底部位置， 所述排气管设于罐 体顶部的中间位置， 所述进气装置为一旋流混合器， 设于罐体内的底部或者靠近罐体底部 位置， 并与进气管相连接， 在旋流混合器的上方设有导流装置， 所述导流装置为两端开口的 筒状结构， 呈纵向设置在罐体的轴线上， 所述罐体内的发酵气液在旋流混合器的作用下呈 旋流状态混合， 并沿着导流装置作内外循环运动 ； 所述旋流混合器包括内。
5、壳体和外壳体， 内壳体顶部或底部与进气管相通， 对应地， 外壳 体的顶部和底部或者外壳体的顶部设有进液口， 内壳体的中心呈圆周状分布有若干叶片， 在内壳体内形成气流旋流通道， 而内壳体和外壳体之间形成气液混合的涡流通道。 2. 根据权利要求 1 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述导流装置在罐体内分为 上下布置的数段， 每一段导流装置的上端成型有便于发酵液流入的扩径口。 3. 根据权利要求 1 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述冷却装置包括设于罐体 壁面的第一冷却夹套和设于导流装置壁面的第二冷却夹套。 4. 根据权利要求 3 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述第一冷却夹套设置在。
6、罐 体的外壁或者内壁或者内外壁面， 所述第二冷却夹套设置在导流装置的外壁或者内壁或者 内外壁面。 5. 根据权利要求 4 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述第一冷却夹套和第二冷 却夹套采用蜂窝式或者流道式， 是由薄壁不锈钢激光一次焊接成型。 6. 根据权利要求 1 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述排气装置包括高效旋击 气液分离器、 液体回流管和出气管， 所述排气管的一端插入发酵罐顶部中心、 另一端连接高 效旋击气液分离器， 所述气液分离器上连接有出气管与液体回流管， 由排气管带来的气液 固混合物经分离器处理后， 分离出来的固、 液物通过液体回流管回流入罐体内， 分离出来的 气体由。
7、出气管排出。 7. 根据权利要求 6 所述的旋流气升式发酵罐， 其特征在于所述液体回流管的液体流出 端设于罐体内的导流装置的入口处， 且处于发酵初始液位以下。 权 利 要 求 书 CN 102796650 B 2 1/3 页 3 一种旋流气升式发酵罐 技术领域 0001 本发明涉及一种发酵罐， 尤其是一种应用于工业化大生产中的， 作为好气性微生 物发酵的旋流气升式发酵罐。 背景技术 0002 通常好气性微生物发酵罐内部有搅拌系统、 冷却散热系统以及通气排气装置等。 随着工业大生产发酵规模不断扩大， 单台发酵罐直径、 高度也成倍增加。 发酵罐直径从过去 2m 4m 增至现在的 4m 10m ； 。
8、高度从过去 5m 10m 增至现在的 10m 20m。由于搅拌功 率与搅拌器直径的平方成正比， 因此发酵罐体积扩大后搅拌功率成倍上升， 导致能耗大幅 增加。 0003 为降低能耗， 近年开发有多种立式无搅拌发酵罐， 其利用压缩空气压力能， 通过射 流装置使气液均质并转化为高速射流， 再借助罐内导流装置， 带动发酵液循环、 使微生物发 酵过程在罐内均匀进行。 但为转化高速射流要求空气进罐压力大于普通带搅拌的通气发酵 罐所需压力， 由此， 虽然省却了搅拌功率消耗， 而空压机出口压力上升导致电耗上升， 此消 彼长， 带射流的无搅拌发酵罐节能效果差。况且部分生产菌在高速射流的环境中生长代谢 受影响， 。
9、不能应用此种发酵罐， 因此其实际应用范围非常有限， 需要改进。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种无搅拌装置、 通气 压力较低但可使气液呈旋流状态、 气液混合效果良好， 低耗高效的旋流气升式发酵罐。 0005 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 ： 一种旋流气升式发酵罐， 其包括 罐体、 进气装置、 排气装置、 冷却装置及所述罐体上设置的进气管、 排气管， 所述进气管与进 气装置相连接， 所述排气管与排气装置相连接， 其特征在于 ： 所述进气管设于罐体底部的中 间位置或靠近罐体底部位置， 所述排气管设于罐体顶部的中间位置， 所述进气装置为一旋 流混。
10、合器， 设于罐体内的底部或者靠近罐体底部位置， 并与进气管相连接， 在旋流混合器 的上方设有导流装置， 所述导流装置为两端开口的筒状结构， 呈纵向设置在罐体的轴线上， 所述罐体内的发酵气液在旋流混合器的作用下呈旋流状态混合， 并沿着导流装置作内外循 环运动。 0006 作为改进， 所述导流装置在罐体内分为上下布置的数段， 每一段导流装置的上端 成型有便于发酵液流入的扩径口。 0007 作为改进， 所述旋流混合器包括盛装发酵液和分隔气液进口的内壳体和外壳体， 内壳体顶部或底部与进气管相通， 对应地， 外壳体的顶部和底部或者外壳体的顶部设有进 液口， 内壳体的中心呈圆周状分布有若干叶片， 在内壳体。
11、内形成气流旋流通道， 而内壳体和 外壳体之间形成气液混合的涡流通道。 0008 作为改进， 所述冷却装置包括设于罐体壁面的第一冷却夹套和设于导流装置壁面 的第二冷却夹套。 说 明 书 CN 102796650 B 3 2/3 页 4 0009 再改进， 所述第一冷却夹套设置在罐体的外壁或者内壁或者内外壁面， 所述第二 冷却夹套设置在导流装置的外壁或者内壁或者内外壁面。 0010 再改进， 所述第一冷却夹套和第二冷却夹套采用蜂窝式或者流道式， 是由薄壁不 锈钢激光一次焊接成型连接。 0011 进一步改进， 所述排气装置包括高效旋击气液分离器、 液体回流管和出气管， 所述 排气管的一端插入发酵罐顶。
12、部中心、 另一端连接高效旋击气液分离器， 所述气液分离器上 连接有出气管与液体回流管， 由排气管带来的气液固混合物经分离器处理后， 分离出来的 固、 液物通过液体回流管回流入罐体内， 分离出来的气体由出气管排出。 0012 再进一步改进， 所述液体回流管的液体流出端设于罐体内的导流装置的中心入口 处， 且处于发酵初始液位以下。 0013 最后， 所述排气管上设置有流量调节阀。 0014 与现有技术相比， 本发明采用旋流混合器作为进气装置， 取代传统的环形管或者 射流器， 使得空气从中心进入， 经过涡旋通道的导流， 呈旋流状喷出， 同时吸引附近液体带 入其中， 与气体强制混合后呈乳化状导出 ； 。
13、同时在罐体内设置导流装置， 使发酵液循环更加 顺畅， 溶解氧增加 ； 不仅在罐体壁面设置冷却夹套， 在导流装置壁面也设置冷却夹套， 使得 换热面积大， 液体流速相对较快， 换热效果好 ； 排气处理装置采用高效旋击分离器， 对发酵 排气中夹带的固液物进行分离回流， 使排气清洁， 既提高发酵罐利用率， 又环保 ； 而且由于 没有机械剪切对微生物细胞的损害， 有助于发酵产物的生成和提取 ； 本发明的旋流气升式 发酵罐结构简洁、 无搅拌装置、 通气压力较低但可使气液呈旋流状态、 气液混合效果良好且 低耗高效， 同时排气清洁、 发酵效率高， 综合节能可达 20 50， 适用于好气性微生物液 态深层发酵。。
14、 附图说明 0015 图 1 为本发明实施例的旋流气升式发酵罐的结构示意图 ； 0016 图 2a、 2b 为本发明实施例的旋流混合器的结构示意图 ； 0017 图 3a、 3b 为本发明实施例的旋流混合器的另一种结构示意图 ； 0018 图 4a、 4b 为本发明实施例的冷却夹套结构示意图， 其中 a 为流道式， b 为蜂窝式。 0019 具体实施方式 0020 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 0021 如图 1 所示， 一种旋流气升式发酵罐， 包括圆筒状的立式罐体 1、 进气装置、 排气装 置、 导流装置以及冷却装置， 所述罐体 1 上设置有进气管 11、 排气管 4 及各种。
15、必要的管道接 口， 所述进气管 11 设于罐体 1 底部的中心位置或者靠近罐体 1 底部的中心位置， 与进气装 置相连接， 所述排气管 4 设于罐体 1 顶部的中心位置与排气装置相连接。 0022 如图2a、 2b所示， 所述进气装置为一旋流混合器2， 设于罐体1内的底部、 贴紧罐体 1 下封头安装与进气管 11 相连接， 所述旋流混合器 2 类似离心水泵的叶轮， 包括盛装发酵 液和分隔气液进口的内壳体 26 和外壳体 25， 所述外壳体 25 的顶部设有进液口 21， 所述内 壳体 26 内的中心呈圆周状均匀分布有若干叶片 22， 在内壳体 26 内形成气流旋流通道 23， 而在外壳体 25。
16、 和内壳体 26 之间形成气液混合的涡流通道 24， 涡流通道 24 与旋流通道 23 是延伸并连通的， 空气从进气管 11 进入旋流混合器 2 的旋流通道 23， 同时发酵液从其进液 说 明 书 CN 102796650 B 4 3/3 页 5 口 21 进入， 气液两相在涡旋通道 24 内被强制混合后呈乳液状， 而后向四周旋转喷射， 并自 然向上流动， 由于气体在其中速度较射流器低， 压力损失极小， 因此进罐空气压力与常见带 搅拌的发酵罐相差无几。 0023 如图 3a、 3b 所示， 为旋流混合器 2 另一安装结构， 旋流混合器 2 悬空安装在罐体 1 底部上面， 并靠近罐体1的底部， 。
17、旋流混合器2包括盛装发酵液和分隔气液进口的内壳体26 和外壳体 25， 外壳体 25 靠近罐体底部中心和顶部设有进液口 21， 内壳体 26 的顶部和进气 管 11 连接， 内壳体 26 的中心呈圆周状均匀分布有若干叶片 22， 在内壳体 26 内形成气流旋 流通道 23， 而内壳体 26 和外壳体 25 之间形成气液混合的涡流通道 24， 涡流通道 24 在内壳 体 26 外围和气流旋流通道 23 相汇合。 0024 如图 1 所示， 在旋流混合器 2 的上方设有导流装置 3， 所述导流装置 3 分为上下两 段， 分别为两端开口的薄壁直筒状结构， 纵向设置在罐体 1 的中心轴上， 每段导流装。
18、置 3 的 上端成型有便于发酵液流入的扩径口 31， 由于旋流混合器 2 对其上液体产生向下的吸引作 用， 结合导流装置 3， 使得发酵罐内液体产生中心向下、 四周向上的循环流动， 这种循环既是 沿发酵罐轴向的， 也是沿发酵罐周向的， 宏观表现为螺旋式上升和下降， 不同于普通发酵罐 内通过机械搅拌建立的循环， 也不同于射流器通过高速射流带动的循环， 旋流混合器引发 的循环不致使微生物细胞剪切损伤， 有利于微生物代谢发酵 ； 另外外围液体气体含量高， 其 密度小于导流装置内芯液体的密度， 这种密度差使发酵液循环更加顺畅。 0025 如图 1 所示， 所述冷却装置包括设于罐体 1 壁面的第一冷却夹。
19、套 9 和设于导流装 置 3 壁面的第二冷却夹套 10， 所述第一冷却夹套 9 设置在罐体 1 的外壁或者内壁或者内外 壁面， 所述第二冷却夹套 10 设置在导流装置 3 的外壁或者内壁或者内外壁面。所述第一 冷却夹套 9 和第二冷却夹套 10 可以采用流道式 a 或蜂窝式 b( 见图 4a、 4b)， 是由薄壁不锈 钢激光一次焊接成型连接， 前者焊缝是直线， 并形成曲折的封闭通道 ； 后者焊缝呈离散的点 状， 每一个焊点既是夹套的固定点， 也是冷却液流动的扰流点， 有助于提高传热系数。 图中， “” 表示冷却液出口， 表示冷却液进口。其中图 4a 是冷却夹套的首尾局部， 在首部设 冷却液进出。
20、口， 在尾部冷却液转换方向 ； 图 4b 是冷却夹套圆柱面展开后的局部 ； 此种夹套 具有材料省、 换热面积大、 焊缝可靠性高等优点 ； 另外在导流装置 3 内外壁仅可能多地布置 第二冷却夹套10， 由于通常导流装置3内部发酵液流速大于外部流速， 而且导流装置3壁厚 较薄、 热阻较小， 因此布置在导流装置 3 上的第二冷却夹套 10 其传热系数比发酵罐壁面上 第一冷却夹套 9 的大， 也即可以较小的传热面积承担较大的冷却热负荷 ； 0026 如图1所示， 所述排气装置包括出气管6、 高效旋击气液分离器5、 液体回流管7， 所 述排气管 4 的一端设置在罐体 1 的中心顶部与排气口 12 相接、。
21、 另一端连接高效旋击气液分 离器 5， 所述高效旋击气液分离器 5 上连接有出气管 6 与液体回流管 7， 由排气管 4 带来的 气液固混合物经分离器处理后， 分离出来的固、 液物通过液体回流管7回流入罐体1内导流 装置 3 的中心入口处， 便于回流物被引出、 并同发酵液均质， 分离出来的气体由出气管 6、 流 量调节阀 8 排出。 0027 本实施例子仅仅就最佳例子作了描述， 不能理解为对本发明的保护范围限制， 将 进气口 ( 管 )、 排气口 ( 管 ) 设于罐体底部或顶部的偏离中心一点位置， 或者导流装置 3 稍 微偏离罐体 1 中心轴一些， 依然会取得类似的明显地突出于背景技术的技术效果， 虽然不 是最佳的， 也依然是我们要求保护范围。 说 明 书 CN 102796650 B 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102796650 B 6 2/4 页 7 图 2a 图 2b 说 明 书 附 图 CN 102796650 B 7 3/4 页 8 图 3a 图 3b 说 明 书 附 图 CN 102796650 B 8 4/4 页 9 图 4a 图 4b 说 明 书 附 图 CN 102796650 B 9 。