一种卧式内外双循环气升式生物反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种卧式内外双循环气升式生物反应器，卧式反应釜体的左右侧对称的安装外循环上升管，外循环上升管的上下端分别与卧式反应釜体的上下部连通，外循环上升管下部安装有空气喷嘴，并在外循环上升管管壁外周安装外置换热器，所述的内循环导流筒设置于卧式反应釜体内部并与卧式反应釜体中心同轴安装，在内循环导流筒上设有多个筛孔，所述的空气分布器设置于卧式反应釜体内部并位于内循环导流筒正下方，与卧式反应釜体同轴安装，空气分布器的下端穿出卧式反应釜体的底面与空气进口连通，所述的内置换热器设置在卧式反应釜体的内壁上。本实用新型从根本上解决了常规气升式反应器内高静压下，溶氧率降低的问题。
【专利说明】
一种卧式内外双循环气升式生物反应器
技术领域
[0001]本实用新型涉及微生物发酵设备技术领域，尤其涉及一种卧式内外双循环气升式生物反应器。【背景技术】
[0002]大多数的微生物发酵都是好氧的，然而氧气在发酵醪液中的溶解度极小，仅 0.22mmol/L，是最容易成为微生物发酵的限制性因素，大大影响了生化反应的进行。
[0003]气升式反应器是好氧反应器的一种，利用通入反应器内的空气上升时的动力带动作用及发酵液密度变化，实现醪液混合;结构分为内循环和外循环反应器两种形式，其特点包括:结构简单、能耗低、节省钢材、操作无噪音、装液系数高、不须加消泡剂、维修操作清洗简单、减少杂菌感染等特点。气升式发酵罐符合工艺要求及经济指标应至少包括两点:一是循环周期时间必须符合菌种发酵的需要;二是要选用适当直径的喷嘴，保证氧气的供给。
[0004]然而，现有的气升式反应器在高浓度、高粘度醪液培养时循环周期时间上不达标， 导致醪液混合不均匀、传质效果差;单纯选用适当直径的喷嘴也满足不了高浓度、高粘度的醪液的对氧气的需求，导致溶氧不充分，发酵周期长。另外，工业上用于大生产的气升式反应器往往高达几十米，静压对溶氧量影响严重。本实用新型从改善高浓度、高粘度的大型生物反应设备的气液混匀效果出发，设计一种高溶氧、高传质、剪切力小的生物反应器。【实用新型内容】
[0005]本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种卧式内外双循环气升式生物反应器。
[0006]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种卧式内外双循环气升式生物反应器，包括卧式反应釜体、外循环上升管、外置换热器、空气喷嘴、空气分布器、内置换热器和内循环导流筒，卧式反应釜体的左右侧对称的安装外循环上升管，外循环上升管的上下端分别与卧式反应釜体的上下部连通，外循环上升管下部安装有空气喷嘴，并在外循环上升管管壁外周安装外置换热器，所述的内循环导流筒设置于卧式反应釜体内部并与卧式反应釜体中心同轴安装，在内循环导流筒上设有多个筛孔，所述的空气分布器设置于卧式反应釜体内部并位于内循环导流筒正下方，与卧式反应釜体同轴安装，空气分布器的下端穿出卧式反应釜体的底面与空气进口连通，所述的内置换热器设置在卧式反应釜体的内壁上，所述的空气进口置于卧式反应釜体的底部， 在卧式反应釜体的底部还设有出料口，在卧式反应釜体的上部设有进料口和排气口。内循环导流筒和外循环上升管二者共同作用，借助空气的推动力及密度的变化，发酵醪液在反应釜内形成两大循环，使醪液混合均匀，实现高溶氧、高传质。
[0008]所述的内循环导流筒的每个筛孔的直径在2-10mm之间，并由下向上逐渐变大，筛孔的总面积占内循环导流筒面积的20%_60%。筛孔的总面积占导流筒面积的20%?60%，筛孔的直径及总面积随发酵微生物的不同可调整。该设计使得导流筒中的部分初始气泡能瞬间传递到釜中，增大溶氧。
[0009]所述的空气分布器包括有水平密封圆盘，所述水平密封圆盘连通空气进口，水平密封圆盘表面均匀设置多个空气分布孔。在不同的发酵体系以及不同发酵时期中，细胞浓度及需氧量不同，对循环周期的要求也不同；通过调整空气进口的速率，来调控循环周期， 满足微生物对高溶氧的需求。
[0010]所述的卧式反应釜体为圆筒形，罐体的径高比为1.5-3。
[0011]所述的空气喷嘴以100?500m/s的速度喷入上升管。
[0012]所述的内置换热器置于卧式反应釜体内部两侧或一侧，起到调节反应温度的作用，并作为挡板，进一步混匀发酵醪液。
[0013]由以上技术方案可以看出，本实用新型通过卧式内外双循环气升式生物反应器， 采用内外双循环装置及空气分布器供氧，包括带有空气喷嘴的外循环上升管、带有不同直径及总面积比的内循环导流筒、特殊的带有多个空气分布孔的圆盘式空气分布器及外置、 内置换热器。不论发酵醪液浓度、粘度的高低，不论天气炎热与否，该新型反应器均能使醪液传质、传热、溶氧效率高，可缩短发酵周期。
[0014]本实用新型的优点是:本实用新型从根本上解决了常规气升式反应器内高静压下，溶氧率降低的问题，同时，由于外循环上升管中空气喷嘴的安装、内循环导流筒上不均匀筛孔的设计，及带均匀分布孔的圆盘式空气分布器的设计，使得釜体内各个空间的溶氧率迅速增大，满足发酵需要。本实用新型卧式双循环气升式生物反应器从根本上解决了常规气升式反应器不适合高浓度、高粘度的发酵体系;本实用新型采用外循环上升管及内循环导流筒的内外双循环装置，使得发酵醪液在釜体内外形成内、外两大循环，增强反应器的混合效果;并且由于上升管较短，高浓度、高粘度的发酵醪液借助位于上升管下部的空气喷嘴的推动作用，即可快速地通过，阻力较小。本实用新型传质效果良好，特别适合高浓度、高粘度的发酵体系。本实用新型卧式双循环气升式生物反应器采用外置、内置双换热器，即强化了管内外热量传递，内置换热器又可作为挡板，增强醪液传质;本实用新型卧式内外双循环气升式生物反应器卧置，占地少、不借助搅拌装置而实现高浓度、高粘度发酵体系、能耗小、大大节省了成本;另外，本实用新型结构简单，检修方便，可操作性强。【附图说明】[0〇15]图1为本实用新型的结构不意图。
[0016]图2为本实用新型内循环导流筒结构图。【具体实施方式】
[0017]如图1、2所示，一种卧式内外双循环气升式生物反应器，包括卧式反应釜体1、外循环上升管2、外置换热器3、空气喷嘴4、空气分布器6、内置换热器7和内循环导流筒5,卧式反应釜体1的左右侧对称的安装外循环上升管2,外循环上升管2的上下端分别与卧式反应釜体1的上下部连通，外循环上升管2下部安装有空气喷嘴4,并在外循环上升管2管壁外周安装外置换热器3,所述的内循环导流筒5设置于卧式反应釜体1内部并与卧式反应釜体1中心同轴安装，在内循环导流筒5上设有多个筛孔12,所述的空气分布器6设置于卧式反应釜体1 内部并位于内循环导流筒5正下方，与卧式反应釜体1同轴安装，空气分布器6的下端穿出卧式反应釜体1的底面与空气进口 10连通，所述的内置换热器7设置在卧式反应釜体1的内壁上，所述的空气进口 10置于卧式反应釜体1的底部，在卧式反应釜体1的底部还设有出料口 9，在卧式反应釜体1的上部设有进料口 8和排气口 11。内循环导流筒5和外循环上升管2二者共同作用，借助空气的推动力及密度的变化，发酵醪液在反应釜内形成两大循环，使醪液混合均勾，实现尚溶氧、尚传质。
[0018]所述的内循环导流筒5的每个筛孔的直径在2-10mm之间，并由下向上逐渐变大，筛孔的总面积占内循环导流筒面积的2 0 %-6 0 %。筛孔的总面积占导流筒面积的2 0 %?6 0 %，筛孔的直径及总面积随发酵微生物的不同可调整。该设计使得导流筒中的部分初始起泡能瞬间传递到釜中，增大溶氧。
[0019]所述的空气分布器6包括有水平密封圆盘，所述水平密封圆盘连通空气进口，水平密封圆盘表面均匀设置多个空气分布孔。在不同的发酵体系以及不同发酵时期中，细胞浓度及需氧量不同，对循环周期的要求也不同；通过调整空气进口的速率，来调控循环周期， 满足微生物对高溶氧的需求。
[0020]所述的卧式反应釜体1为圆筒形，罐体的径高比为1.5-3。[〇〇21] 所述的空气喷嘴4以100?500m/s的速度喷入上升管。
[0022]所述的外置换热器7置于卧式反应釜体内部两侧或一侧，起到调节反应温度的作用，并作为挡板，进一步混匀发酵醪液。
【主权项】
1.一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在于:包括卧式反应釜体、外循环上 升管、外置换热器、空气喷嘴、空气分布器、内置换热器和内循环导流筒，卧式反应釜体的左 右侧对称的安装外循环上升管，外循环上升管的上下端分别与卧式反应釜体的上下部连 通，外循环上升管下部安装有空气喷嘴，并在外循环上升管管壁外周安装外置换热器，所述 的内循环导流筒设置于卧式反应釜体内部并与卧式反应釜体中心同轴安装，在内循环导流 筒上设有多个筛孔，所述的空气分布器设置于卧式反应釜体内部并位于内循环导流筒正下 方，与卧式反应釜体同轴安装，空气分布器的下端穿出卧式反应釜体的底面与空气进口连 通，所述的内置换热器设置在卧式反应釜体的内壁上，所述的空气进口置于卧式反应釜体 的底部，在卧式反应釜体的底部还设有出料口，在卧式反应釜体的上部设有进料口和排气 □ 〇2.根据权利要求1所述的一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在于:所述的 内循环导流筒的每个筛孔的直径在2-10mm之间，并由下向上逐渐变大，筛孔的总面积占内 循环导流筒面积的20%-60%。3.根据权利要求1所述的一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在于:所述的 空气分布器包括有水平密封圆盘，所述水平密封圆盘连通空气进口，水平密封圆盘表面均 勾设置多个空气分布孔。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在 于:所述的卧式反应釜体为圆筒形，罐体的径高比为1.5-3。5.根据权利要求1所述的一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在于:所述的 空气喷嘴以100?500m/s的速度喷入上升管。6.根据权利要求1所述的一种卧式内外双循环气升式生物反应器，其特征在于:所述的 内置换热器置于卧式反应釜体内部两侧或一侧。
【文档编号】C12M1/02GK205635573SQ201620365499
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】仝倩倩, 严守保, 魏萍
【申请人】淮南师范学院