清洁节能型生物反应器

技术领域

本发明涉及生物发酵领域，特别是一种用于生物发酵清洁生产和降低能耗的“清洁节能生物反应器”的研制，亦适于对传统生物反应器的技术改造。

背景技术

本发明是在传统搅拌式生物反应器(发酵罐)的基础上依托本人已获得发明专利的《生物发酵用多功能复合型阻沫回收装置》(专利号：ZL200810125603.9)以及已获发明专利申请初审通过的《高效生物消沫器》(专利申请号：201010226220.8)和《智能清洁型生物发酵增产装备》(专利申请号：201010248558.3)相关技术对传统搅拌式生物反应器进行技术改造和集成创新而成。

传统标准式生物反应器按通气和搅拌方式分为气升式和机械搅拌式两大类，前者适用于一般性适氧类菌发酵，目前主要应用于维生素类发酵。由于抗生素和氨基酸类发酵菌同属好气性菌，对溶解氧要求高，除了大通气量维持发酵全过程外，运行中还需要对发酵液进行不断地剪切分散，以利于溶解氧的利用，目前仍采用机械搅拌式生物反应器。由于机械搅拌的动力依靠电动机带动皮带轮驱动，体积庞大、噪音大、维修困难、运行耗能接近发酵总能耗的40％，是生物发酵产业高能耗，高污染的主要组分。同时，大功率电机和飞旋的皮带轮也给近距离接触的操作工人带来了极大的不安全隐患。成为生物发酵实现清洁高产能的一个最大的障碍。

发明专利《生物发酵用多功能复合型阻沫回收装置》为生物反应器提供了提高产量，保护环境的辅助装置，已公布的发明专利申请《高效生物消沫器》和《智能清洁型生物发酵增产装备》成功地突破了气液回流的技术瓶颈，实现了从回流依靠器内流体流场引力到助推搅拌桨的质的跨越。进一步聚焦回流气液流能量，用回流气液流作为动力驱动搅拌桨，就是本发明致力攻克的主要目标。

发明内容

本发明的主要内容就是彻底摒弃传统生物反应器的机械动力搅拌的电机动力源，撤掉包括轴封皮带轮、减速机、支撑塔、电机座、电动机等全部的外来机电动力设备，保留和缩短搅拌轴，升高搅拌桨。降低回流管进器位置，增大回流量，用创新发明的“涡岛”部件聚焦和放大回流气液流力点形成旋涡引向力，推动搅拌正常运转。顶部轴封取消后，排气口的位置由封头外沿升至顶部中心点，使罐有效容积达到罐容积极限。

本发明是通过下述技术方法实现的：

1、一种安装在搅拌轴两端的密封轴承套。其特征是撤掉了传统搅拌式生物反应器封头上的全部机电传动设备部件，取消轴封，搅拌轴完全移进反应器内，由连接在器壁的上下两排支撑横梁悬空固定。由于搅拌轴缩短了近一半，接触面除了流动料液外没有任何耗阻，其上下两端均由密封轴承套固定，转动灵活，极大地减轻了阻力消耗，有效地保证了转速。在不影响搅拌效果的前提下节约搅拌动力消耗100％。

2、一种能够使含泡沫上溢的排气均匀送出的“匀沫器”，有效防止排气中泡沫含量超量，堵塞回流通道，确保排气中的泡沫含量均匀分布。其特征是在顶部排气口内侧安装由卡盘固定的“匀沫器”，“匀沫器”呈风扇类结构，由上升气流形成动能，以离心方式实现通过排气口的气流均匀送出。

3、一种能够聚焦和放大回流气液流着力点并使其形成涡流的“涡岛”。其特征是在被推搅拌桨叶的外沿形成具一定力度的定向旋涡，以旋涡流带动搅拌桨旋转。

4、一种能够减少回流气液阻力的“复式降阻槽”，由于能够有效降低回流气液流在回流中的阻力和静压影响，回流位置比原发明专利下降一个搅拌桨档位，增加回流进气和吸入回流总量，增强引助推力。

发明效果

本发明与传统标准机电搅拌式生物反应器相比，具有以下优势：

①培养液装料量和发酵液放罐产量增加10～20％，且不受品种影响，对所有的好气性菌发酵其容积利用率均可以达到85％以上。

②无菌空气回收率达到30～40％。化学消泡剂用量减少50～80％，蒸发量降低40～60％，可以从根本上消除发酵臭气对大气环境的污染。

③搅拌耗能降低100％，以器容为120m3反应器为例，每小时节量电可超过100KW。

④消除了机械搅拌运行中的噪音污染，使生物发酵实现清洁生产。

附图说明

图1为本发明“清洁节能型生物反应器”装置的总体结构示意简图，右下角圆圈内的附图为原传统机电搅拌或生物反应器结构示意简图。

图2为本装置中“匀沫器”结构示意简图。

图3为本装置中“涡岛”结构示意简图。

本装置中阻沫回收器器体见发明专利申请公布中附图，专利申请公布号CN101921703A，申请公布日：2010.12.22

具体实施方法

一、本发明的“清洁节能型生物反应器”依托和引用了如下部件：

①传统标准机电搅拌式生物反应器主体结构：含器体、冷却升温控制系统、进出料系统、灭菌系统和无菌空气进排气系统。

②发明专利“生物发酵用多功能复合型阻沫回收装置”(专利号：ZL200810125603.9)和发明专利申请“高效生物消沫器”(专利申请公布号：CN101921703A)中的“生物消沫器”“器体”“分离柱”“L.L管”“消振芯”“回流釜”，以及发明专利申请初步审查合格的“智能清洁型生物发酵增产装备”(专利申请号：201010248558.3)中的“S.L喷”。

③通用设备部件：用于搅拌轴两端固定的“密封轴承套”。

二、本发明的“清洁节能型生物反应器”在已有技术基础上完善和创新发明了如下部件：

发明专利申请“高效生物消沫器”(专利公布号：CN101921703A)中的“减阻槽”，本发明中根据功能重新定位和更名为“复式降阻槽”。

三、本发明的“清洁节能型生物反应器”创新发明了如下部件：

①“匀沫器”

匀沫器(12)由三片半涡状叶片(12-3)和圆形框腔(12-1)组成，以卡盘式紧固于反应器顶部排气口的基座(12-1)。其结构示意图如图2。

②涡岛(6)，由若干片片状不同的三维抛物线曲线板(6-1)按特殊角度组成环岛(6-2)，以支撑横粱(8-2)固定于反应器内第二档搅拌桨下端。其结构示意图如图3。