高穩態高效能大容積發酵罐的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氨基酸工業發酵用發酵罐，具體涉及現行谷氨酸發酵企業780m3發酵大罐的系列創新性技術改造，屬于生物發酵工程技術領域。
【背景技術】
[0002]谷氨酸(glutamic acid)經堿中和后的鈉鹽即是味精，隨著人們生活水平的不斷提高，作為調味品的鮮味呈味物質一味精需求量越來越大，為滿足消費市場需求，味精生產企業的生產規模在不斷擴大，年產幾十萬噸到百十萬噸的企業在我國有數家，產量已占世界總產量的85%左右。已有谷氨酸發酵企業產能的提升主要是通過加大發酵罐容積來實現，以此取得規模效益，因而谷氨酸發酵罐的容積已從幾年前的小中型150-300m3罐容積逐漸向780m3大型化方向發展，在總產量不變的情況下，由于發酵罐制作數量的減少，相對節約了設備投入和維修費用，減少了人工使用數量，更利于集約化生產，一定程度上降低了生產成本，增加了產品的市場競爭力。
[0003]阜豐集團有限公司是世界上味精產量最大企業之一，谷氨酸發酵生產的各項指標均列行業之冠，依靠自身實力和豐富的生產經驗積累，于幾年前率先設計和大膽采用了 780m3發酵罐生產谷氨酸，780m 3發酵罐具體結構見圖1。該發酵罐基本參數為:罐徑:7800mm,筒體高:14000mm，電機功率:630kw。傳動形式:皮帶傳動；實心攪拌軸6:實心四段，由夾殼聯軸器7連接；罐內支架:上下兩層中間軸承支架5及支撐中間軸承4 ;攪拌形式:兩層六彎葉渦輪式攪拌器2，一層四槳葉軸流式攪拌器；冷卻形式:三組徑向蛇形盤管構成蛇管冷卻器3 ;氣體分布形式:局部集中氣體分布器1 ;外機架:厚鋼板經加工卷曲成圓筒式機架8 ;密封形式:204J旋轉型機械密封9。與罐容積為150-300m3谷氨酸發酵罐相比，780m3大罐在生產運行過程中發現總體上存在著生產效率低，能耗高，發酵參數不達標等問題；此外還有設備運轉不穩定，罐體擺動量達50mm，常年擺動還造成了罐體焊縫開裂的安全事故；其次運行可靠性差，每一發酵批次完后都要操作人員進入罐內進行檢查，檢修頻度高，耗時費力不安全，經常耽誤生產安排，通過分析其原因，就設備運行不穩定發生安全問題來說，均與罐的傳動密封、攪拌軸同心度、攪拌支撐架設置不合理有關。就生產效率低，能耗高，發酵指標不達標來說，又與攪拌器形式、進氣分布、氣液混合狀態、冷卻換熱上下溫差等問題有關，也可以歸結為比擬放大設計與系統組成部分間存在結構性問題引起，可以說780m3發酵罐糖酸轉化率、產酸率兩個重要指標不及中小型罐是綜合原因而非某單一因素造成。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種高穩態高效能大容積發酵罐，通過對原有發酵罐傳動、氣體分布等關鍵結構的技術改造創新，從而達到節能降耗，降低生產成本，提高谷氨酸產量和延長設備使用壽命的目的。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案:
[0006]高穩態高效能大容積發酵罐，包括罐體，所述罐體內部中心處垂直設有空心攪拌軸，所述空心攪拌軸上均勻布設三層六葉水翼型軸流攪拌器(使罐體內發酵液軸向流動的攪拌器)，所述空心攪拌軸下部通過中間軸承與一個中間軸承支架連接，所述中間軸承支架穿透罐體側壁延伸至罐體外部，空心攪拌軸由位于罐體頂部的機械密封部提供上支點支撐，以及由罐體內中間軸承支架對空心攪拌軸提供下支點支撐，兩個支點成一線保證空心攪拌軸旋轉的同心度；所述罐體內部沿罐體軸向布設多組立式列管冷卻器；所述罐體底部處設有多泡罩布風裝置，所述多泡罩布風裝置包括主氣管，所述主氣管連通至罐體外部，所述主氣管上連通多根長短不一的支氣管，所述支氣管的端部均設有圓泡帽，氣體由多個圓泡帽排出形成多泡罩形式。
[0007]所述罐體側壁的內側和外側均與中間軸承支架焊接，所述中間軸承支架為井字形，井字形中心與中間軸承配合，消除了槽鋼支架死角藏污納垢不好清洗弊端；井字形鋼管支架穿透罐壁進行內外焊接，使中間軸承支架與罐體結合成一整體，牢固度增強，對攪拌軸在有負荷轉動過程中形成的擺動力較好地分散到整個罐體，不會因金屬疲勞而焊接處撕
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[0008]所述空心攪拌軸的中下部處的水翼型軸流攪拌器外部套有導流筒，所述導流筒通過多個支撐管與罐體內壁相固定連接；水翼型軸流攪拌與導流筒的結合促使軸向直線運動的微小氣泡，強制性折返形成復雜曲線運動，提供更好的溶氧效果。
[0009]所述多泡罩布風裝置位于罐體底部中心處；進風經泡罩分散后成小氣泡，小氣泡從底部飄逸上升速度減慢，有利于氧分壓轉移。
[0010]所述多根長短不一的支氣管在主氣管上呈輻射狀均勻分布。
[0011]進一步，不同長度的支氣管在主氣管上相隔布設，且相隔間距相等；同一長度的支氣管在主氣管上均勻布設。氣體由圓泡帽進入罐體內，氣泡直徑變小，表面積增加，氣液接觸面積擴大，分布擴散區域更廣，增加發酵液的溶解氧含量，促進谷氨酸產生菌的生長發育，提供有利產酸環境，達到高產目的。
[0012]所述罐體頂端外部設有攪拌傳動裝置機架與空心攪拌軸相固定，所述攪拌傳動裝置機架為四柱式機架，整體穩定性增強，四柱內空間變大，便于聯軸器、機械密封的安裝與檢修。
[0013]所述機械密封部采用靜止型軸向雙端面機械密封結構進行密封，運轉過程中由于密封環浮動性好，密封效果突出，且磨損程度小，使用壽命特長。
[0014]所述空心攪拌軸由兩節組成，兩節空心攪拌軸之間通過凸緣聯軸器連接，凸緣式聯軸器為機加工件，重量輕，平衡性好，同等條件下，可以提高攪拌軸的轉速，滿足密封條件，防止共振產生。
[0015]所述中間軸承內設有碳纖維聚四氟乙烯軸瓦磨塊，耐磨性更好，可以隨時調整軸瓦與攪拌軸間隙。
[0016]本實用新型的尚穩態尚效能大容積發酵觸具有以下優點:
[0017]1.使用壽命:軸封采用204J靜止型機械密封、罐內井字型支架軸承連續使用四年，不漏氣，無維修，無更換。支架與罐壁焊接再未出現撕裂安全事故。
[0018]2.通風量:由原來的14000m3/h，減少為12000m3/h，，空壓節電效果顯著。
[0019]3.攪拌功率:改進前后攪拌電機并未更換，額定功率630kw，額定電流:1134A，改前發酵用電流1100A，滿負荷運轉，改進后電流下降到900A，延長電機使用壽命。
[0020]4.同等發酵周期內，原來消毒、冷卻及罐檢需要7h左右，由于冷卻效率提高和免去罐檢時間，勞動強度明顯降低，無安全事故發生，冷卻效率提高30%以上。
[0021]5.發酵指標:通過攪拌軸和布風裝置的改進，糖酸轉化率由58.26%提高到63.4%,增幅5.23%，產酸由13.4%提高到14.58%，增幅8.1 %，達到或超過中小型發酵罐指標。
[0022]本實用新型的有益效果為:
[0023]1、對構成發酵罐結構的外傳動機架、罐頂機械密封、攪拌軸、聯軸器及中間軸承支架與耐磨軸瓦這些機械單元，采用了一些顛覆傳統罐結構單元制作技術，將這些綜合技術運用于大型發酵罐的結構改進，極大改善了發酵罐的運行穩定性，為節能降耗高效生產提供充分保障。該綜合技術同樣適應于除谷氨酸外的其它氨基酸發酵、生物發酵藥、酶制劑發酵和有機酸發酵等行業百十噸罐的改造，具有顯著的經濟效益和示范效應。
[0024]2、將導流筒與水翼型軸流攪拌器及多泡罩布風裝置綜合應用于大型發酵罐，能減小通風量，明顯改善氣液混合效果，有利谷氨酸菌的產酸，達到或高于中小型罐的發酵產酸水平。
[0025]3、采用立式列管冷卻器替代傳統蛇管冷卻器，冷卻面積減小，冷卻效果提高30%，兼有擋板作用，對氣液均勾混合有一定貢獻。
【附圖說明】
[0026]圖1為【背景技術】中提及的780m3發酵罐的結構示意圖；
[0027]圖2為本實用新型尚穩態尚效能大容積發酵觸的結構不意圖；
[0028]圖3為導流筒與發酵罐罐體壁的連接示意圖；
[0029]圖4為圖3的俯視圖；
[0030]圖5為多泡罩布風裝置的結構示意圖；
[0031]圖6為圖5的俯視圖；
[0032]圖中，1為局部集中氣體分布器，2為渦輪式攪拌器，3為蛇管冷卻器，4為中間軸承，5為中間軸承支架，6為實心攪拌軸，7為夾殼聯軸器，8為圓筒式機架，9為204J旋轉型機械密封，10為多泡罩布風裝置，11為水翼型軸流攪拌器，12為立式列管冷卻器，13為中間軸承，14為中間軸承支架，15為空心攪拌軸，16為凸緣聯軸器，17為四柱式機架，18為204J靜止型機械密封，19為罐體壁，20為支撐管，21為導流筒，22為主氣管，23為長支氣管，24為短支氣管，25為圓泡帽。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0034]如圖2所示，高穩態高效能大容積發酵罐，包括罐外和罐內兩部分，罐外除罐體，電機座、皮帶輪與改造前相同外，攪拌傳動裝置機架采用四柱式機架17，整體穩定性增強，柱內空間變大，便于聯軸器、機械密封的安裝與檢修。原來的圓筒式機架因內部空間小，聯軸器、機械密封的安裝和檢修