[发明专利]乳化式好氧发酵罐

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程好氧发酵领域，具体地说是一种乳化式好氧发酵罐。

背景技术

发酵罐是好氧发酵工业生产中关键生化反应设备，在生物发酵生产中，当今普遍采用着罐内具有多级机械搅拌器的传动搅拌装置和罐底设有多种形式通气装置的通用式发酵罐。在生物发酵过程中，好氧菌种需要空气中的氧进行生长发育、新陈代谢并产出代谢产物，对此，充分溶氧这是产生菌生命活力和合成产物所必需的条件。在生产实践中，为了满足好氧性微生物的溶解氧量，使之获得所需的代谢产物增加单位产量，通常采用增加压缩空气用量和增大搅拌电机功率(提高搅拌转速、增加搅拌器数量和增大搅拌器直径)的方法，以求获得发酵液中更多氧量，减小气泡直径、增加气泡数量，增大气、液间接触比表面积，提高溶氧系数和单位产量。然而通用式发酵罐任何形式的通气装置，其气泡直径随着通气量的增加而增大，且泡沫率增加，提高搅拌转速有利于气泡的粉碎，但当气泡直径到达一定数量级后，与搅拌转速提高无关。由于通用式发酵罐的传质机理为鼓泡传质，其流动特性为柱塞流，它必然存在氧利用率低、溶氧系数低的弊端。因此增加压缩空气用量和增大搅拌电机功率对提高单位产量并不明显，且造成能耗增大，产品成本提高，设备造价增加和操作环境恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种既无传动机械搅拌装置、又能减少压缩空气用量的乳化式好氧发酵罐，其具有能充分利用进入发酵罐内压缩空气的能量实现乳化传质的气液喷射乳化装置，利用通入罐内发酵液的能量自吸空气并实现乳化传质、增压的自吸空气喷射乳化增压装置，充分利用气液混合物的重度差、静压力差和流速差实现全床小气泡群乳状流反复多变全循环运动的气液混合循环装置，提高氧利用率、传质速度、溶氧系数和单位产量，大幅度降低能耗、降低产品成本和改善生产管理与操作环境。

为此，本发明采用如下的技术方案：乳化式好氧发酵罐，包括罐体和位于罐体内的具有至少二级气液混合器的气液混合循环装置，气液混合循环装置垂直设置，罐体上具有罐体进气管和发酵液进口管，其特征在于：所述气液混合循环装置与罐体的内壁之间设有一自吸空气喷射乳化增压装置，

该自吸空气喷射乳化增压装置包括多个尾管、多个空气吸入管、多个支管、一环管、一进液管和至少二个液气乳化增压器，尾管、空气吸入管和支管与液气乳化增压器的个数一致，液气乳化增压器垂直设置，所述的液气乳化增压器包括喷嘴、进气管、混合室和位于混合室下方的扩散管，喷嘴连接在混合室上且喷嘴的出口位于混合室内，进气管与混合室外壁切向连接且二者相通；

所述的支管上端和进液管上端与环管连接相通，进液管下端与发酵液进口管连接相通，支管下端与液气乳化增压器的喷嘴连接相通，空气吸入管与液气乳化增压器的进气管连接相通，尾管的入口与液气乳化增压器扩散管的出口连接相通，尾管的出口与气液混合循环装置的第二级气液混合器切线连接相通。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取以下技术措施：

所述的空气吸入管位于罐体内（利用罐体内的空气进行自吸）或外端伸出于罐体外（可外接风机，将消毒后的压缩空气送入空气吸入管内，进行自吸）。

所述的气液混合循环装置由第一级气液混合器、第二级气液混合器、第三级气液混合器和连接板构成，相邻的两级气液混合器之间采用连接板固接。

所述的第一级气液混合器由收缩管和喉管连接而成，其收缩角为45～90^°、喉管长度为0.2～0.5倍喉管直径；第二级气液混合器由收缩管和喉管连接而成，其收缩角为45～90^°、喉管长度为0.5～1.0倍喉管直径；第三级气液混合器由收缩管、喉管和扩张管依次连接而成，其收缩管的收缩角为45～90^°，扩张管的扩张角为20～60^°，喉管长度为2～10倍喉管直径。

所述的液气乳化增压器中，喷嘴的收缩角为10～20^°，扩散管由收缩管、喉管和扩张管依次连接而成，收缩管的收缩角为15～45^°、扩张管的扩张角为5～15^°、喉管长度为10～40倍喉管直径，扩散管的喉管与喷嘴喉部的横截面积比为3～15：1。