气升式发酵反应器的制作方法.docx

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专利名称:气升式发酵反应器的制作方法
技术领域:
本实用新型涉及一种用气体导人方法的酶或微生物学装置,特别是一种气升式发酵反应器,它尤其适合使用在好气性微生物例如苏云金芽胞杆菌的发酵生产中。它由发酵罐和气体压送机械组成。
现有技术中的一种苏云金芽胞杆菌的发酵反应器如附
图1所示,它由发酵罐1,气体压送机械2,送风管3,固接在送风管3排气端部的莲嘴喷头4以及搅拌器5组成,气体压送机械2是一种空气压缩梵(简称空压机),埋放在罐底中央的送风管3将空压机输送过来的压缩空气从下往上喷进发酵罐1底部的发酵液中,带动发酵液在罐内流动,将送进的压缩空气与罐中的发酵液充分接受,增加其溶氧量,以满足好气性的苏云金芽胞杆菌在发酵生长中,尤其是在其对数生长期中对氧气的需要,由于发酵罐管径相对于压缩空气的射束直径太大,故靠近罐壁边缘的液体感受到压缩空气射流的作用很弱,基本上处于滞流或者滞留不动状态,并通过液体之间的粘性将这种运动阻力传递给发酵罐中部的的发酵液;另外,竖直安放的发酵罐,罐中莲嘴喷头4上部的所有液体也通过液体的粘性将发酵液的重力转化成运动阻力施加给由喷头中喷出的空气射流。同时,从下往上单向运动的发酵液动能到达液面面在空间中被全部耗散掉,以上两种运动阻力以及一种动能的耗散方式,使得即使在使用终压为
294kpa以上的空压机作为气体压送机械2时,发酵液流动的雷诺数Re仍然小于2000,无法产生运动质点在径向上的翻滚碰撞的紊流运动,而只能是一种层流的流动形态,这样,只有通过在罐体中增设搅拌器5让发酵液产生径向脉动,使质点之间互相交换位置,从而将在发酵罐中轴线位置集中的空气与发酵液充分接触,以增加发酵液溶氧量,但是,由于发酵液流速低,使得发酵液中每一运动质点与空气接触的频率低,这样,便直接影响发酵液中苏云芽胞杆菌的溶氧效率,使苏云金芽胞杆菌的生产效率一直在很低的范围内徘徊;另外,更由于流动阻力大,动能耗散快,流速低,动能只能维持一段很短的流动距离,这样,制约着发酵罐液面高度,使发酵罐只能以小型化或者低长径比的形式出现在工业化生产中,发酵罐这种极低的发酵效价严重影响着苏云金芽胞杆菌在大工业生中的生产效率。这种较高的生产成本同时也严重制约着苏云金芽胞杆菌在工业生产以及实际应用中的普及率。
本实用新型的目在于克服现有技术中的不足之处,而提供一种结构简单,发酵液溶氧量高,同时耗用功率又较小的,发酵罐发酵效价高,从而提高生产效率,降低生产成本的气升式发酵反应器。
本实用新型的目的是通过以下途径来达到的。
气升式发酵反应器,由发酵罐以及气体压送机械组成,气体压送机械通过送风管与发酵罐连接,送风管排气端埋放在罐底中部,排气口朝上,并且排气端联接有一种莲嘴喷头,发酵罐内中部悬挂有一种薄壁同心管,同心管内周横截面积为同一剖面下发酵罐内周横截面积的60%~87%,同心管上顶面与发酵液自然液面高度的距离为+500~-500毫米,同心管下底面与莲嘴喷头上顶面的距离为30~100毫米。
同心管的介入,改变了发酵液在发酵罐中的流动形态,变原来的单向运动为现在的循环流动,在气流压力的喷射作用下,同心管内的发酵液由下往上运动,并还由于压缩气体在发酵罐内膨胀所占用大量的空间,故发酵液液面高度被提高,原来可能低于同心管顶部的液面高度这时被提高而高于同心管顶部;还由于气流压力的喷射作用,在同心管底面与莲嘴喷头上顶面之间瞬时内产生了一个空腔,这样,处于同心管外侧的发酵液往该空腔里挤,迫使同心管外侧、发酵罐中、上部的发酵液在重力作用下,往下流动。这样,发酵液从同心管底部到其顶部,在圆周方向以抛物线式扩散,再沿着同心管外侧与发酵罐内侧之间的圆环形通道而返回到同心管底部,从而完成一次循环流动过程。
由于发酵液在发酵罐中是这种循环流动,而不是现有技术中的单向流动,故杜绝了现有技术中那种动能在液面高度上被耗散的现象。另外,循环流动的每一流体质点都要通过莲嘴喷头的正上部,而获得充分接触空气的机会,从而大大地提高了发酵液的溶氧效率。
根据在同等压力情况下,管径平方与流速成反比的原理,即ω1/ω2=d22/d12,在莲嘴喷头所喷射的气流压力不变的情况下,同心管内发酵液的流速发生了很大的提高;另外,由于发酵液获得了循环流动的运动惯性,只要稍微增大排气端的气流压力,即可获得成几何级数增加的流速;介于发酵罐与同心管之间的发酵液的重力原先是作为运动阻力而出现在现有技术中,此时,由于发酵液流动方向与其的作用方向相同,使得其不但不是运动阻力,而且将其位能转化为动能,从而提高流速。
上述几种提高流速的因素,或者可以使我们在保持与现有技术中相同流速的情况下,减小莲嘴喷头所喷射的气流压力,从而降低能耗;或者可以让我们在单纯气体压送机械的作用下即可获得发酵液流动形态雷诺数大于2000的结果,从而获得紊流的流动形态,以提高发酵液的溶氧效率。
这样,在不采用搅拌器的情况下,即可获得优于现有技术的溶氧效率。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到。
同心管内周横截面积为同一剖面下发酵罐内周横截面积的75%~83%,同心管上顶面与发酵液自然液面高度的距离为300~-200毫米,同心管下底面与莲嘴喷头上顶面的距离为
50~70毫米。
莲嘴喷头的最大横截面积为同心管内周横截面积的65%~85%。
莲嘴喷头的作用在于分散排气端口的集束气体,上述百分比选择的作用在于使分散后的气流全部进入同心管。
莲嘴喷头的最大横截面积为最好同心管内周横截面积的69%~75%。
同心管内径的设定还应满足下列条件d=(2500~4500)·ν/ω其中d为同心管内径ν为流体的运动粘度ω为流体的速度常数2500~4500为雷诺数以上各物理量所用单位应是一致。
申请人根据多次试验后得出,在本实用新型所述的这种发酵罐中,当雷诺数大于2500时,可以获得紊流的流动形态。
同心管内径的设定最好还应满足下列条件d=(2500~2800)·ν/ω其中d为同心管内径ν为流体的运动粘度ω为流体的速度常数2500~4500为雷诺数以上各物理量所用单位应是一致。
在这种情况下,可以获得高溶氧率与低能耗的最佳搭配。莲嘴喷头的上顶面到发酵罐内底面的距离为发酵罐内径的1/3~1/5。发酵罐内发酵液液面高度与内径的比例为4~12∶1。由于发酵液在本实用新型所述的这种发酵罐中是处于少功耗、低阻力、高流速的流动形态下,这样,即使在发酵液自然液面高度较高的情况下,也可以实现这种循环流动,从而大大地提高了发酵罐的长径比。
发酵罐的大长径比,使得在同等生产规模下,减少发酵罐的投资成本,并且可大大提高发酵罐的生产效价。
~294kpa的鼓风机。
使用鼓风机,就可以获得循环流动的发酵液雷诺数大于2500而呈紊流状态的满意结果,因而不必使用压缩机,即可实现高溶氧率的目的,从而减少投资成本和生产成本。
综上所述,本实用新型相比现有技术具有如下优点发酵液增加溶氧量30%,发酵率提高50%,发酵液中的孢子含量从现有技术中的最高量70亿/ml提高到120亿/ml,发酵效价高,从而,减免了处理生产工艺流程中的浓缩程序,在完成上述效果的同时,由于减免了搅拌器的使用、可以用鼓风机替代现有技术中所必须使用的压缩机、采用大长径比的发酵罐等等,从而在同等生产规模下、减少投资成本60%以上,并且,发酵生产中,能耗低,生产效价高。
附
图1是现有技术中一种气升式发酵反应器的结构简图。
附图2是本实用新型所述的气升式发酵反应器的结构简图。
附图3是附图2中的A-A剖面图。
下面我们结合附图对本实用新型进行更详尽的描述。
最佳实施例参照附图2,气升式发酵反应器,由发酵罐1,气体压送机械
2,送风管3等组成,气体压送机械2是一种离心鼓风机,竖直安放的发酵罐1外形与现有技术基本相同,但其长径比要比现有技术大得多,其底部呈半球状,中部为一圆柱形,顶部为一半球过渡尖缩为小圆柱状,,,发酵罐1内底面到其顶部半球与小圆柱相贯处的距离为60米;送风管3一端与鼓风机连接,另一端以与发酵罐1同轴的方式竖直埋放于发酵罐1内底部,其排气端口联接有一种莲嘴喷头4,,同心管6是圆柱形薄壁管,,,它以与发酵罐1同轴的方式悬挂在发酵罐1内,发酵液的自然液面高度为3米,,同心管6下底面与莲嘴喷头4上顶面的距离为70毫米,,莲嘴喷头4喷出的气流速度为12米/分,鼓风机的压缩比为3。此时,发酵液流动的雷诺数应为2550~2650之间。
参照附图3,同心管6通过在圆周方向均布的三个顶块7与发酵罐1内周固接。
本实用新型未述部分与现有技术相同。
,由发酵罐(1)以及气体压送机械(2)组成,气体压送机械(2)通过送风管(3)与发酵罐(1)连接,送风管(3)排气端埋放在罐底中部,排气口朝上,并且排气端联接有一种莲嘴喷头
(4),其特征在于,发酵罐(1)内中部悬挂有一种薄壁同心管(6),(6)内周横截面积为同一剖面下发酵罐(1)内周横截面积的60%~87%,(6)上顶面与发酵液自然液面高度的距离为+500~-500毫米,(6)下底面与莲嘴喷头(4)上顶面的距离为30~100毫米。
,其特征在于,(6)内周横截面积为同一剖面下发酵罐(1)内周横截面积的75%~83%,(6)上顶面与发酵液自然液面高度的距离为300~-200毫米,(6)下底面与莲嘴喷头(4)上顶面的距离为50~70毫米。
,其特征在于,莲嘴喷头(4)的最大横截面积为同心管(6)内周横截面积的65%~85%。
,其特征在于,莲嘴喷头(4)的最大横截面积为同心管(6)内周横截面积的69%~75%。
,其特征在于,同心管(6)内径的设定还应满足下列条件d=(2500~4500)·ν/ω其中d为同心管(6)内径ν为流体的运动粘度ω为流体的速度常数2500~4500为雷诺数以上各物理量所用单位应是一致。
,其特征在于,同心管(6)内径的设定还应满足下列条件d=(2500~2800)·ν/ω其中d为同心管(6)内径ν为流体的运动粘度ω为流体的速度常数2500~4500为雷诺数以上各物理量所用单位应是一致。
,其特征在于,莲嘴喷头(4)的上顶面到发酵罐(1)内底面的距离为发酵罐内径的1/3~1/5。
,其特征在于,发酵罐内发酵液液面高度与内径的比例为4~12∶1。
,其特征在于,~294kpa的鼓风机。
专利摘要本实用新型涉及一种用气体导入方法的酶或微生物学装置,特别是一种气升式发酵反应器。它由发酵罐1,气体压送机械2,送风管3,莲嘴喷头4以及悬挂在发酵罐1内的同心管6组成,同心管6上顶面与发酵液自然液面高度的距离为+500~-500毫米,同心管6下底面与莲嘴喷头4上顶面的距离为30~100毫米。本实用新型具有发酵罐长径比大,溶氧率高,发酵效价高,投资成本与生产成本低等优点。