CN103952306A - 一种使用超声波消泡的发酵罐 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用超声波消泡的发酵罐，包括发酵罐壳体和超声波发生装置，所述发酵罐设置有搅拌电机和旋风分离器，旋风分离器设置在发酵罐的上部；所述超声波发生装置由消泡反应器、超声波换能器、控制器和电源组成，消泡反应器设置在旋风分离器的底部，并与发酵罐壳体的上顶部相连。本发明投资少，安装简单易行，易于推广，能有效消除发酵泡沫，降低消泡剂使用量，提高产品质量。在发酵、化工等行业具有很好的推广应用价值。

Description

一种使用超声波消泡的发酵罐
技术领域
本发明属于生物工程机械技术领域。具体是涉及一种发酵行业中使用超声波消除泡沫的发酵罐。
背景技术
在好氧生物发酵过程中，由于通气搅拌和微生物自身代谢产生的二氧化碳，而使培养液产生大量泡沫。大量的泡沫会给生产带来较多危害：1、会降低通气效果；2、还可能导致大量培养液逃逸，造成浪费和环境的污染；3、泡沫上升至灌顶，会从轴封渗出，造成染菌的危险。
消泡的方法可分为机械消泡和化学消泡。机械消泡多用耙式、刮板式、碟片式等。化学消泡是在发酵液中加入消泡剂用以消除气泡。目前，发酵工业上消除泡沫的方法，多采用机械消泡和化学消泡相结合的办法。
发酵工业上常用的消泡剂主要有聚醚类和硅酮类，它们都是有毒性物质。过多使用消泡剂，在发酵产品中会有残留，因此食用后会影响人类健康。而且消泡剂价格昂贵，大量使用会增加生产成本。
超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能。随着超声波技术的进一步研究，发现超声波也具有消泡作用，其消泡原理：超声波具有很大的功率和能量，它可使泡沫分子运动加剧，并促使泡沫分子产生压缩和稀疏作用，进而促进泡沫分子破裂而得以消除。
在现有发酵罐的发明中，授权公告号CN 102206575 B（申请号201110077484.6）的中国专利公开了一种发酵罐，罐体内设有搅拌装置，罐体的底部设有连通该罐体内部的第一管道，位于罐体外部的空气管通过三通阀与该第一管道连接，在罐体的内底面上设有空气导流装置，该空气导流装置的下端位于第一管道的正上方，空气导流装置的上端位于搅拌装置的正下方。授权公告号 CN 100510048C（申请号200610017078.X）的中国专利公开了一种发酵罐，尤其是公开了用于固态基质的蠕动式发酵罐，其技术方案是在支撑臂内有通过贴有压电片的弹簧组固定连接的柔性壁，柔性壁外表面螺旋粘贴有换热管，并固定有培养基液体入口管、进料管、膜渗出液出口管、发酵产物出口管和排渣管，各柔性管从支撑臂内伸出；柔性壁的材质是精密铸造模具硅橡胶；在柔性壁的内侧面贴上一层膜，膜上贴上一层网，再在柔性壁内装个E字形支架。
现有技术未对发酵罐消除发酵泡沫及除去空气分布器污垢做出改进，也未对超声波的消泡作用加以运用。
发明内容
本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种能有效消除发酵泡沫，降低消泡剂使用量，提高产品质量的使用超声波消除泡沫的发酵罐。
本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：
一种使用超声波消泡的发酵罐，包括发酵罐壳体和超声波发生装置，所述发酵罐设置有搅拌电机和旋风分离器，旋风分离器设置在发酵罐的上部；所述超声波发生装置由消泡反应器、超声波换能器、控制器和电源组成，消泡反应器设置在旋风分离器的底部，并与发酵罐壳体的上顶部相连。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述发酵罐的体积为200-500m3（优选350m3）。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述旋风分离器的体积为20-35m3（优选30m3）。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述搅拌电机的功率为260-750kW（优选420kW）。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，在发酵罐旋风分离器的底部设置1-3个（优选为2个）超声波发生装置。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述消泡反应器与发酵罐壳体和旋风分离器相通，形成消泡反应通道。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述消泡反应器与发酵罐壳体通过焊接方式相连。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述消泡反应器和换能器通过变径杆和法兰连接，法兰外围设置5-8个（优选6个）固定螺母，连接方式采用焊接或螺丝连接（优选螺丝连接，并在连接处焊接）。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述换能器用专用高频线将其串联起来，并连接于控制器和电源。
根据上面所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，优选的，所述消泡反应器所用材质为不锈钢。
采用本发明的优点：
1、本发明能有效消除发酵泡沫，与化学消泡剂相比，能有效降低消泡成本，而且由于它不含有毒性物质，因而提高了产品质量；
2、本发明超声波发生装置设置在旋风分离器的底部，能有效消除泡沫，防止泡沫进入旋风分离器，进而更好的发挥旋风分离器的作用；
3、本发明能有效消除泡沫，防止大量培养液逃逸，节省成本，同时也避免了因大量泡沫外溢所产生的环保问题，并降低了染菌机会。
附图说明
图1是本发明发酵罐结构示意图；
图2是发酵罐中超声波发生装置的剖面示意图；
图3是发酵罐中超声波发生装置放大的纵向结构示意图。
图中：1为发酵罐壳体，2为搅拌电机，3为旋风分离器，4为超声波发生装置，5为换能器，6为专用高频线，7消泡反应器，8为控制器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例 1 如图1至图3所示，本发明为一种使用超声波消泡的发酵罐，包括发酵罐壳体1和超声波发生装置4，所述发酵罐设置有搅拌电机2和旋风分离器3，旋风分离器3设置在发酵罐的上部；所述超声波发生装置4由消泡反应器7、超声波换能器5、控制器8和电源组成，消泡反应器7设置在旋风分离器3的底部，并与发酵罐壳体1的上顶部相连。
发酵罐的体积为200m3，旋风分离器3的体积为20m3，搅拌电机2的功率为260kW。
在发酵罐旋风分离器3的底部设置1个超声波发生装置4。所述消泡反应器7与发酵罐壳体1和旋风分离器3相通，形成消泡反应通道，消泡反应器7与发酵罐壳体1通过焊接方式相连，消泡反应器7和换能器5通过变径杆和法兰连接，法兰外围设置5个固定螺母，连接方式采用焊接，换能器5用专用高频线6将其串联起来，并连接于控制器8和电源。
实施例 2一种使用超声波消泡的发酵罐，结构仍可参照附图1，但与实施例1不同的是，发酵罐的体积为350m3，旋风分离器3的体积为30m3，搅拌电机2的功率为420kW。
在发酵罐旋风分离器3的底部设置3个超声波发生装置4。消泡反应器7和换能器5通过变径杆和法兰连接，法兰外围设置5个固定螺母，连接方式采用螺丝连接，换能器5用专用高频线6将其串联起来，并连接于控制器8和电源。
实施例 3一种使用超声波消泡的发酵罐，结构仍可参照附图1，但与实施例1不同的是，发酵罐的体积为500m3，旋风分离器3的体积为35m3，搅拌电机2的功率为750kW。
在发酵罐旋风分离器3的底部设置2个超声波发生装置4。消泡反应器7和换能器5通过变径杆和法兰连接，法兰外围设置5个固定螺母，连接方式采用螺丝连接，并在连接处焊接，换能器5用专用高频线6将其串联起来，并连接于控制器8和电源。
按照实施例1-3的步骤，在菱花集团发酵车间200、350、500m3发酵罐分别连续进行了10批生产试验，其它工艺参数一致，结果如下表：
实施例 批次 消泡剂用量/kg 产酸/g/dL 糖酸转化率/%
1 10 44.8 18.5 66.16
2 10 81.7 18.7 66.22
3 10 109.7 18.8 66.49
采用本发明实例3与采用公知发酵罐500m3的生产数据对比如下：
指标 本发明发酵罐 公知发酵罐
消泡剂用量/kg 109.7 176.5
产酸/g/dL 18.8 18.7
糖酸转化率/% 66.49% 66.28%
由以上生产试验结果可以看出，采用本发明的装置发酵生产谷氨酸，其发酵的产酸和糖酸转化率指标未有明显的降低，消泡剂用量降低了37.8%，证明其用于谷氨酸发酵生产中全面推广是可行的。
本发明的工作原理如下：
按照发酵反应要求做好各项准备，包括培养基的配置、灭菌、接入菌种和发酵条件参数的控制等。当产生的大量泡沫进入消泡反应器中时，依靠超声波强大的功率和能量，使泡沫分子运动加剧，并促使泡沫分子产生压缩和稀疏作用，进而促进泡沫分子破裂而消除。
以上所述仅为本发明的实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，无需经过创造性劳动就能联想到的技术特征，还可以做出进一步改进，这些改进变化应视为等同特征，仍属于发明专利的保护之内。

Claims (10)

1.一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，包括发酵罐壳体和超声波发生装置，所述发酵罐设置有搅拌电机和旋风分离器，旋风分离器设置在发酵罐的上部；所述超声波发生装置由消泡反应器、超声波换能器、控制器和电源组成，消泡反应器设置在旋风分离器的底部，并与发酵罐壳体的上顶部相连。
2.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述发酵罐的体积为200-500m3（优选350m3）。
3.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述旋风分离器的体积为20-35m3（优选30m3）。
4.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述搅拌电机的功率为260-750kW（优选420kW）。
5.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，在发酵罐旋风分离器的底部设置1-3个（优选为2个）超声波发生装置。
6.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述消泡反应器与发酵罐壳体和旋风分离器相通，形成消泡反应通道。
7.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述消泡反应器与发酵罐壳体通过焊接方式相连。
8.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述消泡反应器和换能器通过变径杆和法兰连接，法兰外围设置5-8个（优选6个）固定螺母，连接方式采用焊接或螺丝连接（优选螺丝连接，并在连接处焊接）。
9.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述换能器用专用高频线将其串联起来，并连接于控制器和电源。
10.根据权利要求1所述的一种使用超声波消泡的发酵罐，其特征在于，所述消泡反应器所用材质为不锈钢。
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