[發明專利]一種臥式內外雙循環氣升式生物反應器

在審

• 申請號: 201610265751.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105779273A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 仝倩倩;嚴守保;魏萍
• 申請（專利權）人: 淮南師范學院
• 主分類號: C12M1/04
• 分類號: C12M1/04;C12M1/02
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及微生物發酵設備技術領域，尤其涉及一種臥式內外雙循環氣升式生物反應器。

背景技術

大多數的微生物發酵都是好氧的，然而氧氣在發酵醪液中的溶解度極小，僅0.22mmol/L，是最容易成為微生物發酵的限制性因素，大大影響了生化反應的進行。

氣升式反應器是好氧反應器的一種，利用通入反應器內的空氣上升時的動力帶動作用及發酵液密度變化，實現醪液混合；結構分為內循環和外循環反應器兩種形式，其特點包括：結構簡單、能耗低、節省鋼材、操作無噪音、裝液系數高、不須加消泡劑、維修操作清洗簡單、減少雜菌感染等特點。氣升式發酵罐符合工藝要求及經濟指標應至少包括兩點：一是循環周期時間必須符合菌種發酵的需要；二是要選用適當直徑的噴嘴，保證氧氣的供給。

然而，現有的氣升式反應器在高濃度、高粘度醪液培養時循環周期時間上不達標，導致醪液混合不均勻、傳質效果差；單純選用適當直徑的噴嘴也滿足不了高濃度、高粘度的醪液的對氧氣的需求，導致溶氧不充分，發酵周期長。另外，工業上用于大生產的氣升式反應器往往高達幾十米，靜壓對溶氧量影響嚴重。本發明從改善高濃度、高粘度的大型生物反應設備的氣液混勻效果出發，設計一種高溶氧、高傳質、剪切力小的生物反應器。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種臥式內外雙循環氣升式生物反應器。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種臥式內外雙循環氣升式生物反應器，包括臥式反應釜體、外循環上升管、外置換熱器、空氣噴嘴、空氣分布器、內置換熱器和內循環導流筒，臥式反應釜體的左右側對稱安裝外循環上升管，外循環上升管的上下端分別與臥式反應釜體的上下部連通，外循環上升管下部安裝有空氣噴嘴，并在外循環上升管管壁外周安裝外置換熱器，所述的內循環導流筒設置于臥式反應釜體內部并與臥式反應釜體中心同軸安裝，在內循環導流筒上設有多個篩孔，所述的空氣分布器設置于臥式反應釜體內部并位于內循環導流筒正下方，與臥式反應釜體同軸安裝，空氣分布器的下端穿出臥式反應釜體的底面與空氣進口連通，所述的內置換熱器設置在臥式反應釜體的內壁上，所述的空氣進口置于臥式反應釜體的底部，在臥式反應釜體的底部還設有出料口，在臥式反應釜體的上部設有進料口和排氣口。內循環導流筒和外循環上升管二者共同作用，借助空氣的推動力及密度的變化，發酵醪液在反應釜內形成兩大循環，使醪液混合均勻，實現高溶氧、高傳質。

所述的內循環導流筒的每個篩孔的直徑在2-10mm之間，并由下向上逐漸變大，篩孔的總面積占內循環導流筒面積的20%-60%。篩孔的總面積占導流筒面積的20%~60%，篩孔的直徑及總面積隨發酵微生物的不同可調整。該設計使得導流筒中的部分初始氣泡能瞬間傳遞到釜中，增大溶氧。

所述的空氣分布器包括有水平密封圓盤，所述水平密封圓盤連通空氣進口，水平密封圓盤表面均勻設置多個空氣分布孔。在不同的發酵體系以及不同發酵時期中，細胞濃度及需氧量不同，對循環周期的要求也不同；通過調整空氣進口的速率，來調控循環周期，滿足微生物對高溶氧的需求。

所述的臥式反應釜體為圓筒形，罐體的徑高比為1.5-3。

所述的空氣噴嘴以100～500m/s的速度噴入上升管。

所述的內置換熱器置于臥式反應釜體內部兩側或一側，起到調節反應溫度的作用，并作為擋板，進一步混勻發酵醪液。

由以上技術方案可以看出，本發明通過臥式內外雙循環氣升式生物反應器，采用內外雙循環裝置及空氣分布器供氧，包括帶有空氣噴嘴的外循環上升管、帶有不同直徑及總面積比的內循環導流筒、特殊的帶有多個空氣分布孔的圓盤式空氣分布器及外置、內置換熱器。不論發酵醪液濃度、粘度的高低，不論天氣炎熱與否，該新型反應器均能使醪液傳質、傳熱、溶氧效率高，可縮短發酵周期。