CN102358883A

CN102358883A - 一种转轴式固态发酵罐

Info

Publication number: CN102358883A
Application number: CN 201110336135
Authority: CN
Inventors: 章金元; 柯明; 丁春华; 石建伟
Original assignee: ZHENJIANG EAST BIOTECH EQUIPMENT AND TECHNOLOGY Co Ltd; JIANGSU HAIHUA BIOTECH CO Ltd
Current assignee: ZHENJIANG EAST BIOTECH EQUIPMENT AND TECHNOLOGY Co Ltd; JIANGSU HAIHUA BIOTECH CO Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-02-22

Abstract

本发明公开了一种转轴式固态发酵罐，包括发酵罐体、支架、转动搅拌传质传热装置和驱动装置；发酵罐体和转动搅拌传质传热装置均固定在支架上，转动搅拌传质传热装置由驱动装置驱动。本发明的转轴式固态发酵罐，在发酵过程中，固态发酵罐内部可雾化补水，水分均匀，湿度控制精度高。发酵罐外部的夹套和内部的搅拌轴、搅拌桨叶内都可以进行蒸汽或冷却水的循环流动，在适当的搅拌下，固体培养基与菌种充分接触，而且加快了固体培养基内部热量的散发，在通气条件下提高了热交换效率，温度控制精度高。同时实现了固体培养基在位灭菌，避免了培养基离位灭菌后移入固态发酵罐时再接触外部环境，从而降低了对环境的要求，发酵罐可安装在非净化区的实验室或车间，而且省却了配置培养基消毒设备的必要，这些都可以达到节省投资的效果。

Description

一种转轴式固态发酵罐

技术领域

本发明属于生物反应器技术领域，具体涉及一种转轴式固态发酵罐。

背景技术

目前，根据发酵工艺过程中培养基物理性状的不同，将发酵方式分为液态发酵和固态发酵两大类。传统的固态发酵技术起源于中国，距今已有几千年前的历史，其发酵技术比较粗放，不要求严格的无菌条件，其所使用的设备构造简单，甚至只需开挖窖池即可进行发酵。现代固态发酵相比传统固态发酵已经发生了很大的变化，可以实现限定微生物的纯种集约化培养。现代发酵在具有密闭容器的固态发酵罐内进行，需要无菌处理发酵原料，采用单一菌株纯种或限定菌株混合发酵。

固态发酵所用培养基气固表面积大，微生物易于生长，而且因为微生物是在最接近自然状态的情况下生长，因此可以产生一些在液态发酵时不会产生的酶或者其他代谢产物，特别是许多丝状真菌，只有在固态发酵时才能达到最佳的生长和代谢水平。另外，固态发酵的产量较液态发酵高，而且后处理简便、污染少，基本无废水排放。由于具有这些特点，随着科学技术的发展以及可持续发展的影响，国内外越来越重视固态发酵技术的研究和开发，并且取得了很大进展。作为固态发酵技术的重要支撑平台，固态发酵设备对固态发酵技术的研发起着举足轻重的作用。现有固态发酵设备主要有浅盘式、柱塔式、传送带式、转鼓式、机械搅拌筒柱式等结构形式。对于现有固态发酵设备，固体培养基一般需要借助外部消毒设备进行灭菌（即离位灭菌）后再投入固态发酵设备中，为避免二次污染，对固态发酵设备所处环境的要求比较高，一般要求具备一定的洁净度。固态发酵所利用的固体培养基既是微生物生长代谢的碳源和能源，也是微生物生长的微环境。因为没有或几乎没有游离水的存在，固态发酵主要是依靠气体进行热量、营养物质和产物的传递的，交换效率非常低。因此，要为微生物固态发酵提供适宜的生长环境，固态发酵罐就需要具有良好的搅拌、通气、散热和冷却系统，要能够进行无菌操作。而固体培养基散热、传质困难的问题一直困扰着现有固态发酵罐，从而也制约了现代固态发酵技术的快速发展。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种转轴式固态发酵罐，以实现有效解决固态发酵罐散热、传质以及灭菌困难等问题。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种转轴式固态发酵罐，包括发酵罐体、支架、转动搅拌传质传热装置和驱动装置；发酵罐体和转动搅拌传质传热装置均固定在支架上，转动搅拌传质传热装置由驱动装置驱动；

所述的发酵罐体为卧式圆柱形罐体，包括内筒，在内筒上设有夹套，在内筒的一端设有端盖，另一端设有筒底；在罐体上还设有排气口、温度传感器接口、取样口、湿度传感器接口、进气口、补水口、带视镜手孔、灯镜和接种口；

所述的转动搅拌传质传热装置包括搅拌轴和设在内筒内的搅拌组件，以及设在内筒外的外接头、内气管和旋转接头；所述的搅拌轴为一端封闭的管体，由内管和外管组成，内管套装在外管内，形成内腔体和外腔体；所述的搅拌组件包括内接管、外接管和中空的搅拌桨叶，所述的内接管连通内腔体和搅拌桨叶，所述的外接管连通外腔体和搅拌桨叶；所述的内气管套装在旋转接头内，外接头连结旋转接头和外管，使外腔体与外设的蒸汽和冷却水管路连接，内气管与内管相连，通过内接头密封，使内腔体与外设排放管路连接；

在所述的外接头上设有从动齿轮或从动链轮，与驱动装置相连，在搅拌轴上设有轴承，所述的轴承由轴承座制成，所述的轴承座连接在筒底和支架之间。

所述的驱动装置为链条传动系统，包括减速电机、主动链轮、滚子链条和从动链轮，从动链轮设在外接头上，主动链轮与减速电机相连，减速电机通过固定板固定在支架的靠近底部位置，主动链轮和从动链轮以滚子链条连接。在所述的主动链轮、滚子链条和从动链轮外围设有护罩。

在所述的夹套底部设有夹套进口，在靠近夹套顶部位置设置夹套出口。所述的夹套包裹在内筒上，除内筒顶部及靠近顶部位置。所述的端盖通过法兰、轴耳和轴销的配合使用与内筒相连，在端盖上设有把手；所述的排气口、温度传感器接口和取样口均设在端盖上。所述的湿度传感器接口、进气口和补水口设在筒底上。所述的带视镜手孔、灯镜和接种口均设在内筒顶部或靠近顶部位置。

所述的搅拌桨叶与外接管成45°的角度连接。

所述的内接头为中空的柱体内接头，在其外周设有若干凹槽，内接头套装在内管和外管之间，通过密封圈与连通的内管和内气管密封。

有益效果：与现有技术中的固态发酵罐相比，本发明的转轴式固态发酵罐具有的显著优点包括：在发酵过程中，固态发酵罐内部可雾化补水，水分均匀，湿度控制精度高。发酵罐外部的夹套和内部的搅拌轴、搅拌桨叶内都可以进行蒸汽或冷却水的循环流动，在适当的搅拌下，固体培养基与菌种充分接触，而且加快了固体培养基内部热量的散发，在通气条件下提高了热交换效率，温度控制精度高。同时实现了固体培养基在位灭菌，避免了培养基离位灭菌后移入固态发酵罐时再接触外部环境，从而降低了对环境的要求，发酵罐可安装在非净化区的实验室或车间，而且省却了配置培养基消毒设备的必要，这些都可以达到节省投资的效果。另外，本装置结构紧凑，操作方便且节省空间。具有很好的实用性，能够产生较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是转轴式固态发酵罐的结构示意图；

图2是图1中I处局部放大图；

图3是本发明内气管34的结构示意图；

图4是转轴式固态发酵罐的侧视图；

图5是搅拌轴组件11的结构示意图；

图6是搅拌轴组件11的侧视图；

图7是内接头35的侧视图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，转轴式固态发酵罐包括发酵罐体、支架15、转动搅拌传质传热装置和驱动装置。

发酵罐体为卧式圆柱形罐体，包括内筒9，内筒9的一端焊接筒底13，另一端焊接法兰7，法兰7与端盖1通过轴耳40和轴销41装配在一起，法兰7和端盖1之间以密封圈6进行密封，内筒9外周分布有夹套10，因为固体物料不会接触内筒9的顶部，因此夹套10优选只包覆内筒9的中下部。筒底13开有轴孔，轴孔中心B竖直向下偏离内筒中心A，轴孔周围均布固定轴承座25的螺丝孔，筒底13还设有进气口28、补水口29和湿度传感器接口14，端盖1设有把手4，另外还设有排气口2、温度传感器接口3和取样口5，取样口5靠近内筒9的底部，内筒9顶部设有带视镜手孔30、灯镜31，并根据内筒9的长度沿轴向均匀设置若干个接种口43，以确保向固体培养基均匀接种，夹套10底部设一个夹套进口12，上部接近边缘相对的两个位置各设一个夹套出口42。打开端盖1后可以将固体培养基装入，也可以将发酵结束的固体物料卸出，由于操作面大，操作十分方便。取样口5和接种口43均配有硅橡胶塞，需要进行相关操作时可使用灭过菌的插针进行穿刺。

卧式圆柱形的罐体安装固定在支架15上，可采用螺栓连接或焊接等方式，支架15用方管、角钢和槽钢等材料焊接而成，其底部支撑面略大于设备整体的投影面，确保设备稳固。

转动搅拌传质传热装置包括搅拌轴8和设在内筒9内的搅拌组件11，以及设在内筒9外的外接头33、内气管34和旋转接头22。搅拌组件11包括搅拌轴8，搅拌轴8是具有内、外两个腔体的中空结构，搅拌轴8在发酵罐内部的部分根据内筒9和搅拌桨叶48的长度纵向均布若干个矩形中空的单叶片搅拌桨叶48，这些搅拌桨叶48在搅拌轴8的横截面上在360°范围内平均分布，在搅拌轴8转动时对固体培养基可达到无死角均匀搅拌，搅拌桨叶48具有两个中空的叶柄分别连通搅拌轴8的内、外两个腔体。本实施例中，两个外接管47作为矩形中空搅拌桨叶48的两个叶柄，外接管47分别与搅拌桨叶48的空腔连通，并与搅拌桨叶48的平面成45°焊接，两个搅拌桨叶48相对成180°且错位通过外接管47焊接在搅拌轴8的两侧，搅拌轴8的内、外两个腔体分别由内管37和外管38同心套接构成，内管37的直径远小于外管38的直径，长度略短于外管38的长度，内管和外管相套接后内管37形成内腔体49，内管37和外管38之间形成外腔体50。内管37将在内筒9内的一端开有两个孔，孔径与内接管46的外径相当，外管38相应位置开有四个孔，其中与内管37开孔相对应的两个孔的孔径与内接管46的外径相当，另外两个孔的孔径与外接管47的外径相当，所有这些孔的位置与两个搅拌桨叶48的四个外接管47的安装位置相对应，内管37的另一端有两个密封圈凹槽，所述内接管46的长度根据内管和外管之间的间距确定，其两端可分别配合内管和外管的开孔加工出相应的曲面。首先将内管37的一端用挡板44焊接封堵住，另一端的两个密封圈凹槽套上O型圈36，然后把两个内接管46分别焊接在内管37的两个孔上。将内管37套入外管38，调整其位置使两个内接管46与外管38相应的两个孔对齐，分别焊接，之后用挡圈45焊接封堵住外管38和内管37的端部空隙，此时，挡板44和挡圈45在同一平面，最后将两个搅拌桨叶48的外接管47分别对准外管38的开孔并与之焊接在一起。圆柱形内接头35外径与外管38的内径相当，中间通孔的孔径与内管37的外径相当，其外周均匀分布轴向贯通的凹槽，内接头35套入外管38，其端面与外管38的端面基本平齐，将二者焊接，此时内管37插入到内接头35通孔约一半的深度，两个O型圈36对内管37与内接头35通孔的接触面形成密封。圆柱形外接头33的外径与外管38的外径相同，其通孔直径与旋转接头22的外管体32的内径相同，另外，其通孔直径大于内管37的外径，同时可经过内接头35外周的凹槽与外腔体50连通，外接头33的一端与外管38对焊，另一端有与旋转接头外管体32的外螺纹相配合的内螺纹，外接头33除与旋转接头22连接，还要与传动装置的从动链轮23连接，因此其上设有键槽可装配平键39。搅拌轴8通过筒底13的轴孔装配在罐体上，在罐体外部搅拌轴8与轴孔的连接处以机械密封27进行密封。搅拌轴固定装置包括轴承26、轴承座25等，轴承座25的一端固定在筒底13上，另一端通过固定架20固定在支架15上。搅拌轴8的外接头33装配好从动链轮23，然后将内气管34与旋转接头22的内管通过螺纹连接，内气管34的内径和外径与内管37相同，其一端是与旋转接头22的内管内螺纹相配合的外螺纹，另一端有两个密封圈凹槽，密封圈凹槽套上O型圈36，之后将装配好内气管34的旋转接头22与搅拌轴8组装在一起，将内气管34对准内接头35的通孔，将旋转接头22的外管体32与外接头33旋紧，此时内气管34恰好能插入内接头35约一半的深度，两个O型圈36对内气管34与内接头35通孔的接触面形成密封，如此搅拌轴内腔体49通过内气管34与旋转接头22的内管连通，外腔体50与旋转接头22的外管体32连通。旋转接头22的内管将与排放管路连接，外管体32将与蒸汽和冷却水管路连接。本实施例中的旋转接头选用QS-G型双向流通式，其与搅拌轴8装配后通过固定板23固定于支架15上。

驱动装置可以为链条传动系统，包括减速电机17、主动链轮16、滚子链条19和从动链轮23，从动链轮23装配于搅拌轴8上，主动链轮16装配在减速电机17上，减速电机17通过固定板18安装固定在支架15靠近底部的位置，主动链轮16和从动链轮23以滚子链条19连接，主动链轮16、滚子链条19和从动链轮23之外设有护罩21。

本发明的转轴式固态发酵罐具有的显著优点包括：在发酵过程中，固态发酵罐内部可雾化补水，水分均匀，湿度控制精度高。发酵罐外部的夹套和内部的搅拌轴、搅拌桨叶内都可以进行蒸汽或冷却水的循环流动，在适当的搅拌下，固体培养基与菌种充分接触，而且加快了固体培养基内部热量的散发，在通气条件下提高了热交换效率，温度控制精度高。同时实现了固体培养基在位灭菌，避免了培养基离位灭菌后移入固态发酵罐时再接触外部环境，从而降低了对环境的要求，发酵罐可安装在非净化区的实验室或车间，而且省却了配置培养基消毒设备的必要，这些都可以达到节省投资的效果。另外，本装置结构紧凑，操作方便且节省空间。具有很好的实用性，能够产生较好的经济效益和社会效益。

Claims

1.一种转轴式固态发酵罐，其特征在于：包括发酵罐体、支架（15）、转动搅拌传质传热装置和驱动装置；发酵罐体和转动搅拌传质传热装置均固定在支架（15）上，转动搅拌传质传热装置由驱动装置驱动；

所述的发酵罐体为卧式圆柱形罐体，包括内筒（9），在内筒（9）上设有夹套（10），在内筒（9）的一端设有端盖（1），另一端设有筒底（13）；在罐体上还设有排气口（2）、温度传感器接口（3）、取样口（5）、湿度传感器接口（14）、进气口（28）、补水口（29）、带视镜手孔（30）、灯镜（31）和接种口（43）；

所述的转动搅拌传质传热装置包括搅拌轴（8）和设在内筒（9）内的搅拌组件（11），以及设在内筒（9）外的外接头（33）、内气管（34）和旋转接头（22）；所述的搅拌轴（8）为一端封闭的管体，由内管（37）和外管（38）组成，内管（37）套装在外管（38）内，形成内腔体（49）和外腔体（50）；所述的搅拌组件（11）包括内接管（46）、外接管（47）和中空的搅拌桨叶（48），所述的内接管（46）连通内腔体（49）和搅拌桨叶（48），所述的外接管（47）连通外腔体（50）和搅拌桨叶（48）；所述的内气管（34）套装在旋转接头（22）内，外接头（33）连结旋转接头（22）和外管（38），使外腔体（50）与外设的蒸汽和冷却水管路连接，内气管（34）与内管（37）相连，通过内接头（35）密封，使内腔体（49）与外设排放管路连接；

在所述的外接头（33）上设有从动齿轮或从动链轮（23），与驱动装置相连，在搅拌轴（8）上设有轴承（26），所述的轴承（26）由轴承座（25）制成，所述的轴承座（25）连接在筒底（13）和支架（15）之间。

2.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的驱动装置为链条传动系统，包括减速电机（17）、主动链轮（16）、滚子链条（19）和从动链轮（23），从动链轮（23）设在外接头（33）上，主动链轮（16）与减速电机（17）相连，减速电机（17）通过固定板（18）固定在支架（15）的靠近底部位置，主动链轮（16）和从动链轮（23）以滚子链条（19）连接。

3.根据权利要求2所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：在所述的主动链轮（16）、滚子链条（19）和从动链轮（23）外围设有护罩（21）。

4.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：在所述的夹套（10）底部设有夹套进口（12），在靠近夹套（10）顶部位置设置夹套出口（42）。

5.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的夹套（10）包裹在内筒（9）上，除内筒（9）顶部及靠近顶部位置。

6.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的端盖（1）通过法兰（7）、轴耳（40）和轴销（41）的配合使用与内筒（9）相连，在端盖（1）上设有把手（4）；所述的排气口（2）、温度传感器接口（3）和取样口（5）均设在端盖（1）上。

7.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的湿度传感器接口（14）、进气口（28）和补水口（29）设在筒底（13）上。

8.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的带视镜手孔（30）、灯镜（31）和接种口（43）均设在内筒（9）顶部或靠近顶部位置。

9.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的搅拌桨叶（48）与外接管（47）成45°的角度连接。

10.根据权利要求1所述的转轴式固态发酵罐，其特征在于：所述的内接头（35）为中空的柱体内接头，在其外周设有若干凹槽，内接头（35）套装在内管（37）和外管（38）之间，通过密封圈与连通的内管（37）和内气管（34）密封。