[实用新型]气升双环流发酵反应器

说明书

本实用新型属于生化工程工业发酵设备制造领域。

本实用新型现有技术领域中的已有技术是：现工业发酵设备绝大部分采用的是传统的机械搅拌式发酵罐。此种发酵罐需装有很大功率的机械搅拌装置，以标准的50m³罐为例，一般需要50～70KW的搅拌功率。不仅能耗高，而且不利用设备的放大，一般此种罐仅维持在100m³以下，通常以50m³较为普遍使用。机械搅拌装置在发酵过程中，还存在着对发酵液中菌体的剪切破坏作用，因之还直接影响菌体的发育且不利于下步提取的进行，从而直接影响了产品的效率。再，现机械搅拌罐的换热装置是罐内设置的四至八组蛇管，存在着传热系数低，且有换热面积不够，以至于在发酵发热高峰时需向罐体外部淋冷却水的现象，既浪费用水又不利于文明生产。

本实用新型的设计目的是：克服机械搅拌发酵罐所存在的上述不足，旨在以气体循环的方式取代机械搅拌装置，并使传质过程更加强化，从而可提高发酵过程的产酸率、糖酸转化率。

本实用新型的设计方案是：

1、设计思想：发酵设备的先进与否，关键是产酸率、转化率、能耗等几项指标的高低。本方案的设计思想是：提高产酸率和转化率等几项指标的关键在于设法控制发酵过程有较长的气液接触时间，增大气液接触面积，强化传质过程。

2、结构设计方案：

（1）去掉搅拌并以气升循环代替之，必须将设备外型由原来机械罐的低粗型改成细高型，故本反应器罐体具有较大的高径比（H／D），H／D为5～30。

（2）为控制较大的气液接触时间，增大气液接触面积，强化传质过程，本反应器设有内部多路循环。内循环导筒（内导筒兼换热器）直径与罐体直径之比为0.5～0.8，即D_内导筒：D_罐＝0.5～0.8，内循环导筒系分段安装，分段数控制在1～6段。

（3）本反应器设有外部总体循环。靠与设备本体相连的外循环管进行。外循环管直径与罐体直径之比控制在0.15～0.45，即D_外循环管：D_罐＝0.15～0.45。

（4）筛板结构系为分布和细化气体之用。本反应器所用筛板的孔径控制在φ3～φ20；筛板开孔率为20％～50％。

（5）多级环形空气喷管供进气用，其喷管的管身制有1～6排喷气孔。

（6）本反应器的换热器不另设置，由带双层结构的内导筒兼作。此种内循环导筒兼作双面换热器的结构有两种型式：一种是内导筒的内壁系米勒板结构（米勒板内导筒）；另一种是内导筒为带有螺旋挡板的窄夹套结构（螺旋窄夹套内导筒）。此两种结构形式均可双面换热，其传热系数比传统搅拌罐所用蛇管换热器大得多。同时既可节省材料，又可增加换热面积，并具备换热快、操作稳定、节水等特点。

（7）顶部消泡装置：本反应器顶部设有碟形消泡器和旋转耙式消泡器综合消泡装置。其中耙式消泡器仅消耗功率10KW以下（通常为3～5KW）。

气升双环流发酵反应器，它包括裙座1、消泡装置9、罐体12，其裙座1位于罐体12的底部的下方，消泡装置9位于罐体内的上部，外循环管4的一端与罐体12的上部连通，并且在外循环管的底部装有一与外循环管连通的出（进）料器2；喷管3与罐体连通且喷管的管身位于罐体内的下部；1～6个内导筒兼换热器采用支耳13而分段位于罐体内，筛板5位于内导筒兼换热器7内，进水口6和出水口8分别位于内导筒兼换热器的下部和下部且与内导筒兼换热器连通；出气（进料）口10和入孔11位于罐体的顶部且与罐体连通。

3、工作原理：本实用新型的工作原理系以利用气体提升代替原机械搅拌，通过内外多路循环，达到发酵液与空气的均匀混合，以满足发酵过程对传质的要求。具体工作情况为：塔体消毒后，加入发酵液并接种，无菌空气从塔底空气分布盘管进入，气泡在导流筒内上升，形成液相视密度差，引起内、外双环流。外环流是为了保证塔内菌体上下均匀。在高速流动下，外循环液中有大量的气泡夹带，而液体在外循环管中停留时间很短，故不会引起菌体窒息。内循环系分段组成，外环间液流速度更高，使含菌体培养液定向穿过筛板，从而大大强化了液固间的传质。气泡上升引起液相湍流混合代替机械搅拌湍流混合。这就是气升双环流发酵反应器的基本工作原理。