[发明专利]一种带冷却导流及进气装置的气升式发酵罐

说明书

一种带冷却导流及进气装置的气升式发酵罐，包括罐体，罐体内设有冷却导流装置和进气装置，冷却导流装置包括呈导流筒状布置的冷却导流盘管，进气装置采用气液旋流混合器，冷却导流盘管、气液旋流混合器与罐体同轴设置，气液旋流混合器位于冷却导流盘管的下方，冷却导流盘管为单层或多层设置的环形管，进入罐体内的发酵液即可沿冷却导流盘管在罐体内形成轴向大循环，也可通过冷却导流盘管自身的导程间隙内外流动，罐体外壁上布设有冷却半圆盘管。本发明结构合理紧凑、高效节能，强化了冷却导流盘管的传热效果，气液旋流混合器使气液混合均匀，发酵全过程中保持上下及内外循环顺畅，增强空气利用率，提高发酵效率，适合于大型好气性微生物发酵。

技术领域

本发明属于生物化工生产技术领域，涉及一种气升式发酵罐，尤其涉及一种带冷却导流及进气装置的气升式发酵罐，应用于大型工业化好气性发酵生产。

背景技术

气升式发酵罐的基本原理是无菌空气通过空气分布器进入发酵罐，使得通气侧与回流侧形成密度差，气含率较大侧发酵液上升，气含率较小侧发酵液下降，由沿罐体轴线布置导流筒定向导流，形成循环流动，实现传质混合。发酵过程产生的大量发酵热则需要通过冷却装置冷却，常用的冷却形式有盘管、蛇管、沉浸式管束换热器等。气升式发酵罐内空气分布器、冷却装置和导流装置的合理布置对生产效率影响显著。

气升式发酵罐的冷却形式与常规机械搅拌罐不同，机械搅拌发酵罐通常采用外罐壁半圆盘管、换热管束、蛇管等形式，而气升罐因其罐体中心需要布置导流筒，一般采用外罐壁半圆盘管的形式，此方式下对发热量大的发酵过程存在换热面积不足的问题。

大型气升罐发酵多需要采取补料工艺，初始装料系数不高，相应的初始液面不高。此时为保证发酵罐轴向循环，不允许导流筒上沿过高将内外发酵液完全隔离，难以翻越，否则会造成导流筒内外循环不畅的问题，因此导流筒需要增开循环流动窗口或分级间断布置来保证发酵全过程中罐内的轴向循环流动。

对于大型气升式发酵罐底部空气进气装置有打孔环形管分布器、环形射流管分布器、旋流混合器等形式。打孔环形管分布器结构简单，气液混合效果及推动循环作用有限；环形射流管分布器对进气管道压头需求较高，在发酵风量波动、进气压力不足的情况下其气液混合效果有限。气液旋流混合器作为气液混合装置，取代传统的打孔环形管或者射流器，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，可有效推动发酵液沿导流筒内外循环流动，提高传质效率。

经查，现有专利号CN201621355289.X的中国专利《一种气升式发酵罐的复合进气装置》，包括旋流混合器、射流管分布器和进气流量分配装置，射流管分布器呈圆环形，设置在罐体与导流装置的外壁之间靠近罐体底部的位置，旋流混合器位于导流装置的正下方，进气流量分配装置设置在罐体外与总进气管相连接，进气流量分配装置设有两路进气管分别与旋流混合器、射流管分布器相连接。该发酵罐虽然提高了发酵效率，但是其冷却是在罐体外壁设置冷却管，导流装置不带冷却功能，其冷却与导流各自分开作用，使得发酵罐的冷却效果还不够理想，在结构上还需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、更加高效节能的带冷却导流及进气装置的气升式发酵罐，具有良好气液混合效果和冷却效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种带冷却导流及进气装置的气升式发酵罐，包括罐体，其特征在于：所述罐体内设有冷却导流装置和进气装置，其中冷却导流装置包括呈导流筒状布置的冷却导流盘管，进气装置采用气液旋流混合器，冷却导流盘管、气液旋流混合器与罐体同轴设置，且气液旋流混合器位于冷却导流盘管的下方，冷却导流盘管为单层或多层设置的环形管，进入罐体内的发酵液即可沿冷却导流盘管在罐体内形成轴向大循环，也可通过冷却导流盘管自身的导程间隙内外流动，罐体的外壁上布设有冷却半圆盘管。

作为改进，所述冷却导流装置还包括多组用于增加冷却效果的冷却螺旋管，冷却螺旋管环向均匀间隔设置在冷却导流盘管与罐体的内壁之间。