本發(fā)明涉及生物工程設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于各種生物工程產(chǎn)品生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)的發(fā)酵罐。

背景技術(shù)：

生物工程產(chǎn)品包括生物藥物、生物化學(xué)品、生物燃料、釀造食品(飲料等等)，與國計(jì)民生息息相關(guān)。這些產(chǎn)品的研究開發(fā)與制造，都離不開發(fā)酵罐，其規(guī)模由幾升到上千立方米，用于工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)酵罐容積，近年來呈現(xiàn)越來越大化的趨勢。但迄今所見到的發(fā)酵罐，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配管和閥門過多，不僅罐內(nèi)容易產(chǎn)生死角，增加清洗和滅菌的難度，而且操作麻煩，勞動強(qiáng)度大，能量效率低，易發(fā)生誤操作、滅菌不徹底的問題，造成生產(chǎn)損失。通氣、攪拌式發(fā)酵罐還存在氣-液混合和傳質(zhì)不良的問題，影響生產(chǎn)效率的提高。

為了減輕勞動強(qiáng)度，減少操作差錯，提高能量效率和生產(chǎn)效率，本發(fā)明針別迄今發(fā)酵罐的缺點(diǎn)，對發(fā)酵罐及其配管的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠強(qiáng)化氣-液混合以及提高傳質(zhì)效率的發(fā)酵罐。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

發(fā)酵罐，罐體內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，罐體的底部設(shè)有連通該罐體內(nèi)部的第一管道，位于罐體外部的空氣管通過三通閥與該第一管道連接，在罐體的內(nèi)底面上設(shè)有空氣導(dǎo)流裝置，該空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，空氣導(dǎo)流裝置的上端位于攪拌裝置的正下方。

采用了上述方案，本發(fā)明將通氣的管道移到罐體的外部，空氣入口和料口合二為一，并取消了分氣分布管在罐體內(nèi)的布置，代之以空氣導(dǎo)流裝置。由于在發(fā)酵過程中空氣的持續(xù)流通，因而可以確保料口處無死角，不存料，不堵塞。通過空氣導(dǎo)流裝置，可強(qiáng)化氣-液混合，同時引導(dǎo)空氣至攪拌裝置的下層攪拌槳，強(qiáng)化對空氣泡的破碎作用，使空氣不至于走短路(即未經(jīng)攪拌破碎而直接上升)，提高氣-液傳質(zhì)效率。另外，通過攪拌裝置的徑向混合和軸向混合的復(fù)合型攪拌器，使氣-液混合、液-液混合和傳質(zhì)的效率提高，且所需能量更省。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明發(fā)酵罐的裝配結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為空氣導(dǎo)流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中，1為罐體，2為外盤管，3為內(nèi)盤管，4為上層攪拌槳，5為中層攪拌槳，6為下層攪拌槳，7為空氣導(dǎo)流裝置，8為擋板，9為玻璃，10為分叉蒸氣管，11為快開蓋，12為壓力表，13為空氣管，14為物料管，15為排水管，16為排氣管，17為高壓蒸氣管，18為攪拌軸，20為排料管，21為預(yù)過濾器、22為精過濾器，23為電極口，24為三通閥，25為T型三通球閥，26為蒸氣閥，27為排氣閥，28為取樣球閥，29為取樣管，30為第一管道，33為進(jìn)氣管，34為喉管，35為出氣管，36為支架。

具體實(shí)施方式

參照圖1和圖2，本發(fā)明的發(fā)酵罐，其主要由罐體1、布置在罐體1內(nèi)部的攪拌裝置和空氣導(dǎo)流裝置7、以及布置在罐體外部的管道構(gòu)成，下面分別對每一部分進(jìn)行詳細(xì)說明：

攪拌裝置設(shè)置在罐體1內(nèi)，攪拌裝置包括攪拌軸27以及固定在該攪拌軸上的上層攪拌槳4、中層攪拌槳5以及下層攪拌槳6。上層攪拌槳4為水翼推進(jìn)槳式的上層攪拌槳，例如窄長水翼漿HE-3、短翼漿Maxfol-T、LagntninA315等，其剪切作用不強(qiáng)，主要作用是軸向混。中層攪拌槳5為彎葉或箭葉圓盤渦輪式的中層攪拌槳，中層攪拌槳5的主要作用是徑向混合，這樣利于使物料混合得更為均勻，它的功率消耗低于同樣是徑向混合的平葉圓盤渦輪式攪拌槳。下層攪拌槳6為拋物面葉或半管葉圓盤渦輪式的下層攪拌槳，下層攪拌槳6具有很強(qiáng)的剪切力，主要用于剪切并打碎從空氣導(dǎo)流裝置輸出的空氣泡，而自身消耗的能量也小。通過三種形式的攪拌槳的組合，可以使發(fā)酵物達(dá)到較為理想的混合和傳質(zhì)效果，各層攪拌槳之間的距離以及下層攪拌槳6至罐底的距離按常規(guī)距離設(shè)計(jì)。

在發(fā)酵過程中，通入壓縮空氣也是必要的一環(huán)，因此，在罐體的底部設(shè)置了一個連通該罐體內(nèi)部的第一管道30，該第一管道為三通管。作為氣體的輸入來說，分為壓縮空氣輸入以及蒸氣輸入。位于罐體1外部的空氣管13通過三通閥24與該第一管道30連接，三通閥24為L型的三通球閥，該三通閥24上還連接一個排料管20。空氣管上連接一個過濾裝置，該過濾裝置包括串聯(lián)的預(yù)過濾器21、精過濾器22，在預(yù)過濾器21和精過濾器22上均安裝有耐高溫的壓力表12，在預(yù)過濾器21前設(shè)置兼作空氣閥和蒸氣閥的L型的三通球閥，另外，在罐體上連接一個通入到罐體內(nèi)部的高壓蒸氣管17，在罐體外壁上設(shè)有外盤管2，以及在罐體內(nèi)設(shè)有內(nèi)盤管3，外盤管2和內(nèi)盤管3均通入冷卻水，內(nèi)盤管3通過L型的三通球閥連接一個排水管15，該排水管15接至貯水罐或涼水塔。

空氣導(dǎo)流裝置7設(shè)置在罐體的內(nèi)底面上，空氣導(dǎo)流裝置7將來自于第一管30道輸出的壓縮空氣進(jìn)行收集，并將發(fā)酵液吸入，然后對壓縮空氣以及發(fā)酵液進(jìn)行收縮及混合，最后噴射至下層攪拌槳6進(jìn)行剪切。空氣導(dǎo)流裝置7包括支架36以及空氣導(dǎo)流管。支架36由3至4根角鋼組成，這些角鋼的一端焊接固定在罐體內(nèi)壁上，支架的另一端與空氣導(dǎo)流管連接?？諝鈱?dǎo)流管包括喇叭狀的進(jìn)氣管33、喇叭狀的出氣管35以及位于該進(jìn)氣管和出氣管之間的喉管34。將進(jìn)氣管33設(shè)計(jì)成喇叭狀，是為了便于使從第一管道30輸出的空氣進(jìn)入到進(jìn)氣管33中，同時也便于使壓縮空氣進(jìn)入進(jìn)氣管33時將發(fā)酵液也吸入到進(jìn)氣管中。將出氣管設(shè)計(jì)成喇叭狀，是為了擴(kuò)大輸出面積，增加下層攪拌槳6與壓縮空氣的接觸面積，提高壓縮空氣的剪切效率。將喉管34布置在進(jìn)氣管和出氣管之間，以及進(jìn)氣管和出氣管均為喇叭形狀，顯然地，喉管34的管徑要小于進(jìn)氣管和出氣管的口徑，喉管的內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的0.4-0.8倍，進(jìn)氣管和出氣管的管口內(nèi)徑為第一管道內(nèi)徑的1.2-2.0倍。正是因?yàn)檫@樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)從進(jìn)氣管33輸出的壓縮空氣和發(fā)酵液進(jìn)入到喉管34時，在喉管內(nèi)會形成一個收縮的過程，在該收縮的過程中，壓縮空氣和發(fā)酵液在喉管內(nèi)進(jìn)行混合，從喉管輸出的氣-液混合物在出氣管中再次進(jìn)行混合，這樣利于提高氣-液混合均勻度。為了進(jìn)一步使氣-液混合良好，出氣管35的高度大于進(jìn)氣管33的高度。由于第一管道的作用不但讓壓縮空氣通過，而且還讓物料從該第一管道排出，因此空氣導(dǎo)流裝置的下端位于第一管道的正上方，即空氣導(dǎo)流裝置與第一管道的輸出口之間是有間距的，而進(jìn)氣管33的管口與第一管道管口之間的間距也是由支架36來保證的。進(jìn)氣管管口與第一管道管口之間的間距為第一管道內(nèi)徑的0.5-1倍。此外，為了獲得下層攪拌槳6對出氣管35輸出的氣-液混合物具有更好地剪切效果，下層攪拌槳6與出氣管35之間的間距第一管道內(nèi)徑的0.5-1倍。

罐體1外設(shè)置一個物料管14，該物料管的一端與第一管道30連接，物料管的另一端與一個接種分配站連接。物料管不僅是排出物料，其還作為接種管，于是這個物料管與接種管合二為一，并連接到由T型三通球閥25串連組成的接種分配站。由于接種和打料不會同時操作，因而這種設(shè)計(jì)不影響工藝過程的實(shí)施。由T型三通球閥25組成的接種站結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和維修方便，無死角，操作簡單、靈活。接種分配站的一端連接另外的預(yù)過濾器21和精過濾器22，這兩個過濾器接用于收壓縮空氣，在發(fā)酵運(yùn)轉(zhuǎn)中保壓，可避免頻繁滅菌，從而節(jié)約蒸氣。接種分配站的另一端連接取樣管29，在取樣管29上設(shè)有取樣球閥，取樣時先用接種站上的壓縮空氣沖刷物料管14，這樣取樣時不用放料，取得的樣品為實(shí)時發(fā)酵樣品，避免取出管道內(nèi)的存料，由于各發(fā)酵罐的取樣操作不可能同時進(jìn)行，所以這一設(shè)計(jì)不會造成操作沖突。T型三通球閥25的與一個蒸氣閥26連接，該蒸氣閥通過管道通入到罐體1內(nèi)，這一蒸氣閥通過該T型三通球閥25的切換，可用來對發(fā)酵罐滅菌，或?qū)諝膺^濾器進(jìn)行反向滅菌。

本發(fā)明的發(fā)酵罐具具有以上結(jié)構(gòu)外，在罐體1內(nèi)壁處根據(jù)罐體容積大小以均勻的間距布置4塊擋板8。罐體1內(nèi)上方設(shè)置用于沖洗兩塊視玻璃9的分叉蒸氣管10，該蒸氣管在罐體1外的部分安裝一蒸氣閥26，罐體1的頂部開圓形或橢圓形人孔及快開蓋11。罐體1的頂部設(shè)置一排氣管16，在排氣管16上設(shè)置有排氣閥27，該排氣閥的內(nèi)側(cè)安裝耐高溫的壓力表12。在罐體1中部設(shè)有電極口23。

上述實(shí)施方式只是為了說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及作用，并非是對本發(fā)明的限制，凡在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)作出的改動，均會落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。