[实用新型]带有缠绕管型换热器的气升式发酵罐

说明书

本实用新型属于发酵设备，特别涉及带有缠绕管型换热器的气升式发酵罐。

发酵罐是发酵工业中的核心设备，长期以来，虽说对发酵罐进行了多方面的改进，但由于发酵罐多为机械搅拌式，其固有的特征，决定了它们普遍存在能耗高、投资大、加工复杂、维修困难、易染杂菌、噪音高及难以实现设备超大型化等缺点；气升式发酵罐无机械搅拌装置，所以设备容易实现超大型化，但在耗氧强烈的高密度菌体和高粘度发酵过程中仍存在供氧、散热和操作难等问题。现有气升式发酵罐的结构改进，如CN1056895A、CN2078322U、CN98100073.8，它们在实际生产过程中，解决了某些发酵罐的一些缺陷，但或多或少地还存在一些问题。

本实用新型的目的是要进一步解决目前一些发酵罐存在的问题，特别是在气升式发酵罐体积很大时，其夹套式换热装置的换热面积有限，或在发酵高峰时，由于冷却水温度和环境温度较高，现有发酵罐常常不能经济有效地换热和供氧等问题。

本实用新型的目的是这样实现的：

气升式发酵罐，包括上封头、下封头、气体分布器、内管、外管、以及封头上开有的进气口、出气口、进料口、出料口，其特征在于发酵罐里安装有缠绕管型换热器，外管的高度与内径之比在2.5-25之间，内管高度与外管内径之比在1-20之间，内管的横截面积和内管与外管之间的环隙面积之比在0.3-9之间。所述的缠绕管型换热器的换热管是螺旋上升的小直径缠绕盘管，其直径为0.01-0.1米，缠绕管的层数为1-8层；所述的螺旋上升的小直径缠绕盘管的β角为3°-30°；所述的相邻各层缠绕管的间距t与缠绕管的直径之比在1.2-9之间；相邻各层的旋向为同向或反向；所述的缠绕管型换热器的各层盘管的高度h与外管的高度之比在0.2-1之间，中心距d与外管的内径之比在0.1-0.95之间；所述的发酵罐里安装的缠绕型换热器，是安装在内管与外管之间的环隙中，或内管中，或同时安装在该环隙和内管中；所述的内管中可有靠摩擦力或焊接方式连续或间断安装的对流体进行分散和混合的折流元件；所述的内管或外管上可分别或同时安装夹套式换热器；所述的内管作为提升管且内部安装有折流元件时，内管中的缠绕管型换热器安装在折流元件的上方；所述的内管作为降液管时折流元件安装在内管的上方或/和上部，气体分布器安装在内管与外管之间环隙的下方。

本实用新型发酵罐的缠绕型换热器，是安装在内管与外管之间的环隙中，或内管中，或同时安装在该环隙和内管中；它是通过换热器的两端和中间的支承板与外管或内管的联接而固定。

本实用新型是利用螺旋上升的小直径换热管增加换热能力，即将缠绕管型换热器用到气升式发酵罐内，同时还可在内管中安装有对气--液--固多相流体混合和分散效果良好的静态混合元件作为折流元件，用其来强化传氧和传热过程。折流元件的形状，可为多种几何形状，在使用过程中的组合并不受限制。

本实用新型发酵罐的内管和外管上还可以设有夹套式换热器，夹套内可装有螺旋上升形导流板或圆钢，夹套也可以是由焊接在外壁上的螺旋上升半圆管形成。夹套的外壁接有进水管和出水管。

本实用新型发酵罐的内管一般作为提升管，而内管与外管之间的环隙作为降液管。但也可以反过来使用，此时气体分布器应安在内管与外管之间环隙的下部或上方，而折流元件可安在内管的上部或上方。

本实用新型发酵罐内部的缠绕管型换热器，一般是装在内管与外管之间的环隙中，也可以装在内管；它可通过支承板直接焊接在内管或外管的管壁上，或先通过固定缠绕管的立式支架，再通过支承板与管壁相联接。对单个发酵罐，其内部的缠绕管直径一般均相同。缠绕角即螺旋上升角β为3°-30°，缠绕管的层数为1-8层，相邻各层缠绕管的旋向一般为反向，也可以是同向，相邻各层缠绕管的间距t与缠绕管直径之比为1.2-9。

本实用新型发酵罐的内管，将一般装有静态混合元件作为折流元件，它们可以连续安装，也可以间断安装，还可以不同形状的混合元件交替安装。常用的有Kenics或Sulzer静态混合元件及它们的变型。Kenics静态混合元件是扭转90°-360°的螺旋片，这些螺旋片彼此交错90°-180°排布。当螺旋片直径较大不容易加工时，可采用它们的变型。Sulzer静态混合元件有多种。SMV型是由交替排列并重叠在一起的斜波纹板组成。为减少流体阻力和增加混合分散效果，这些斜波纹板上还可以钻有0.02-0.05米的孔，开孔率为0.1-0.5。SMX型是由有序排列的斜窄板条组成，为减少流体阻力和增加混合分散效果，这些斜窄板条上面还可以钻有0.005-0.1米的孔，开孔率为0.05-0.5。