CN105349413A - 一种立式固体发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固体发酵技术领域，尤其涉及一种立式固体发酵系统。包括立式罐体、物料混合搅拌装置、卸料装置和供气装置，物料混合搅拌装置设于立式罐体内，物料混合搅拌装置的上端与固定在立式罐体顶部的动力装置连接，立式罐体的顶部设有入料口和第一进气口，立式罐体的底部设有出料口和第一出气口；供气装置包括可控温空气发生器和鼓风机，可控温温度发生器的进气口与无菌空气压缩机连接，可控温空气发生器的出气口通过第一管道与第一进气口连接，鼓风机设于第一管道上，可控温温度发生器还包括循环气进口，循环气进口通过第二管道与第一出气口连接；卸料装置与出料口连接。能够快速调节发酵的物料达到合理的发酵温度。
Description
技术领域
本发明涉及固体发酵技术领域，尤其涉及一种立式固体发酵系统。
背景技术
固体发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。从生物反应过程中的本质考虑，固体发酵是以气相为连续相的生物反应过程。固体发酵具有操作简便、能耗低、发酵过程容易控制、对无菌要求相对较低、不易发生大面积的污染等优点。
固体发酵在发酵时需要严格的控制发酵温度，目前，在固体发酵过程常采用水蒸汽或热油对发酵物进行加热，采用冷水对发酵物进行降温，以保证发酵物在恒温条件下完成发酵，但是采用水蒸汽为传热介质对发酵物进行加热时会导致物料水分不断增加、结团，尤其是使面粉状物料结团后无法打散，造成罐内搅拌困难，物料不能均匀快速升温；使用热油为热量传导工作介质，进行固体物料发酵灭菌时间长，能耗高、生产成本高，用冷水对发酵物进行降温时降温较慢，不能快速让灭菌固体物料在实消后迅速达到恒温发酵温度。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有技术中固体发酵系统难以实现恒温发酵的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种立式固体发酵系统，包括立式罐体、物料混合搅拌装置、卸料装置、动力装置和供气装置，所述物料混合搅拌装置竖直地设于所述立式罐体内，所述物料混合搅拌装置的上端与固定在所述立式罐体顶部的动力装置连接，所述立式罐体的顶部设有入料口和第一进气口，所述立式罐体的底部设有出料口和第一出气口；所述供气装置包括可控温空气发生器和鼓风机，所述可控温空气发生器的进气口与无菌空气压缩机连接，所述可控温空气发生器的出气口通过第一管道与所述第一进气口连接，所述鼓风机设于所述第一管道上，所述可控温空气发生器还包括循环气进口，所述循环气进口通过第二管道与所述第一出气口连接；所述卸料装置与所述出料口连接。
其中，所述立式罐体的侧壁包括内壁和外壁，所述内壁与外壁之间形成密闭的空气隔层，所述外壁的上部设有第二进气口，所述外壁的下部设有第二出气口，所述第二进气口通过所述第一管道与所述可控温空气发生器的出气口连接，所述第二出气口通过所述第二管道与所述循环气进口连接。
其中，所述供气装置还包括储气罐、细菌过滤器和压力表，所述储气罐设于所述无菌空气压缩机与所述可控温空气发生器之间，所述细菌过滤器和所述压力表设于所述第一管道上，且所述细菌过滤器设于所述压力表和所述鼓风机之间。
其中，还包括气液净化装置，所述气液净化装置包括净化箱和活性炭过滤器，所述立式罐体的顶部设有排气口，所述净化箱通过第三管道连接于所述排气口与所述活性炭过滤器之间，所述净化箱内设有磷酸溶液用于吸收从所述排气口排出的废气。
其中，所述出料口设于所述立式罐体的底部的中心位置处，所述出料口通过出料管道与所述卸料装置连接，所述卸料装置由驱动电机带动；所述卸料装置设有粉体球面阀或梅花错位阀。
其中，所述立式罐体上还设有温度测量口和取样口，所述温度测量口设有温度仪，用于测量所述立式罐体内的温度，所述取样口用于对所述罐体内的物料进行取样。
其中，所述立式罐体的顶部设有补水口和接种口，所述补水口处设有喷嘴，所述接种口处设有与所述接种口密封连接的第一盖板。
其中，所述入料口处设有与所述入料口密封连接的第二盖板，所述入料口还可用作人孔。
其中，所述立式罐体的顶部还设有抽真空口。
其中，所述立式罐体的直径自上而下递减，所述物料混合搅拌装置为双螺带螺杆搅拌器，且螺带的旋转直径自上而下减小。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的立式固体发酵系统的立式罐体的顶部设有第一进气口，立式罐体的底部设有第一出气口，当需要对立式罐体内的发酵物进行加热时，与第一进气口连接的可控温空气发生器将从无菌空气压缩机输出的空气加热到合适的温度，然后从第一进气口通入到立式罐体内，立式罐体内的物料混合搅拌装置在对发酵物进行搅拌的过程中，使发酵物和高温洁净的热空气与发酵物直接接触进行热传递，同样当需要对立式罐体内的发酵物进行降温时，可控温空气发生器向立式罐体内通入冷空气，冷空气与发酵物直接接触实现降温，利用空气对发酵物进行加热和降温，对发酵物不会造成污染，同时能够快速的使发酵物达到要求的发酵温度，同时完成热交换的热空气或冷空气从第一出气口出来后再次进入到可控温空气发生器内，实现空气的循环利用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的立式固体发酵系统的结构示意图。
图中：1：动力装置；2：物料混合搅拌装置；3：立式罐体；4：卸料装置；5：驱动电机；6：供气装置；10：旋转电机；11：减速器；20：螺杆；21：螺带；31：外壁；32：空气隔层；33：第一进气口；34：第二进气口；35：第一出气口；36：第二出气口；37：温度测量口；38：冷凝水出口；39：入料口；310：排气口；311：接种口；60：无菌空气压缩机；61：储气罐；62：可控温空气发生器；63：鼓风机；64：细菌过滤器；65：压力表；71：第一主管；72：第一支管；73：第一支管；81：第二管道；82：第二支管；91：净化箱；92：活性炭过滤器；。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明实施例提供的一种立式固体发酵系统，包括立式罐体3、物料混合搅拌装置2、卸料装置4、动力装置1和供气装置6，物料混合搅拌装置2竖直地设于立式罐体3内，物料混合搅拌装置2的上端与固定在立式罐体3顶部的动力装置1连接，动力装置1包括旋转电机10和与旋转电机10连接的减速器11，物料混合搅拌装置2的上端通过联轴器与减速器11连接，下端悬置在立式罐体3内，由动力装置1带动对立式罐体3内的发酵物进行混合搅拌，立式罐体3的顶部设有入料口39和第一进气口33，立式罐体3的底部设有出料口和第一出气口35；供气装置6包括可控温空气发生器62和鼓风机63，可控温空气发生器62的进气口与无菌空气压缩机60连接，可控温空气发生器62的出气口通过第一管道与第一进气口33连接，鼓风机63设于第一管道上，可控温空气发生器62的调节恒温热空气的温度范围为17°-350°，调节恒温冷空气的温度范围为0°-16°，可控温空气发生器62还包括循环气进口，循环气进口通过第二管道81与第一出气口35连接；卸料装置4与所述出料口连接，通过卸料装置4将立式罐体内完成发酵后的物料进行卸料。
对固体进行发酵时，将固体物料从入料口39加入到立式罐体3内，启动动力装置1带动物料混合搅拌装置2对物料进行搅拌，当需要调整发酵温度时，无菌空气压缩机60开始工作，将无菌压缩空气输入到可控温空气发生器62对压缩空气进行加热或降温，当需要升高立式罐体3内的温度时，从第一进气口33向立式罐体3内输入高温的洁净热空气，热空气进入到立式罐体3后与进行搅拌的物料直接充分的接触，实现热空气与物料的换热，从而使物料快速达到合适的发酵温度，当需要降低立式罐体3内的温度时，从第一进气口33向立式罐体3内输入冷空气，冷空气与物料直接接触换热，对立式罐体3内的物料进行降温，从而能达到合适的发酵温度。并且与物料完成和交换的空气从立式罐体3底部的第一出气口35出来，经第二管道81从循环进气口再次进入到可控温空气发生器62，实现空气的循环利用，具有采用空气换热的方式，具有换热快，不会影响物料发酵的优点，且实现了空气的循环利用。
立式罐体3的侧壁包括外壁31和内壁，外壁31与立式罐体3的内壁之间形成密闭的空气隔层32，外壁31的上部设有第二进气口34，外壁31的下部设有第二出气口36，第二进气口34通过第一管道与可控温空气发生器62的出气口连接，第二出气口36通过第二管道与循环气进口连接，具体地，第一管道包括第一主管71和两个支管，第一主管71的数量为一个，两个支管包括第一支管71和第一支管72，第一主管71与可控温空气发生器62的出气口连接，且鼓风机63设于第一主管71上，第一支管71和第一支管72分别与第一进气口33和第二进气口34连接；第二出气口36通过第二支管82连接在第二管道81的侧壁上，也就是说第二出气口36与循环气进口连接。
当需要对立式罐体3内的温度进行调节时，可控温空气发生器62不仅向立式罐体3内输入空气与物料直接接触进行换热，同时向空气隔层32输入空气，与立式罐体3内的物料实现间壁式换热，实现快速达到调节发酵温度的效果。并且从空气隔层32出来的空气也再次进入到可控温空气发生器62内，完成循环利用。
所述供气装置6还包括储气罐62、细菌过滤器64和压力表65，储气罐62设于无菌空气压缩机60与可控温空气发生器62之间，无菌空气压缩机60压缩的空气进入到储气罐62内进行储存，细菌过滤器64和压力表65设于第一主管71上，且细菌过滤器64设于压力表65和鼓风机63之间，细菌过滤器64对从可控温空气发生器62内输出的空气进行过滤，避免空气中的杂质对立式罐体3内的物料造成污染，压力表65用来检测进入立式罐体3的空气的压力，根据压力表65检测的压力，无菌空气压缩机60合理的调整空气的压力。
该立式固体发酵系统还包括气液净化装置，气液净化装置包括净化箱91和活性炭过滤器92，立式罐体3的顶部设有排气口310，净化箱91通过第三管道连接于排气口310与活性炭过滤器92之间，净化箱91内设有磷酸溶液，用于吸收从排气口310排出的废气。净化箱91的顶部设有进气口和出气口，第三管道的一端与排气口310连接，另一端从进气口插入到净化箱91的底部，将立式罐体3内的反应后的废气通入到净化箱91中，给其中的氨气和废液臭味类物质与磷酸溶液发生反应，转换成磷酸铵肥料，供农作物生长使用，即节能环保又彻底解决了排出物的污染问题，与磷酸溶液反应后的气体从出气口进入到活性炭过滤器92，经过滤后排到空气中。
出料口设于立式罐体3的底部的中心位置处，出料口通过出料管道与卸料装置4连接，卸料装置4由驱动电机5带动；如图1所示，立式罐体3内完成发酵的物料经从出料口经出料管道进入到卸料装置4的左端，卸料装置4的内部设有螺杆20，螺杆20由驱动电机5带动旋转，螺杆20在旋转过程中，带着物料向卸料装置4的右端运输，从右侧底部的出口进行卸料。卸料装置4内设有粉体球面阀或梅花错位阀，粉体球面阀可以最大程度的减小搅拌死角，并实现最大口径的放料口面积；梅花错位阀可实现简单操作和控制放料速度，并可组合长螺旋底部支撑装置，阀门的驱动可采用手动、启动额电动三种。
立式罐体3的侧壁和底部均设有温度测量口37，温度测量口37设有温度仪，用于实时测量立式罐体3内物料的发酵温度，及时根据测量的温度对物料温度进行调节，立式罐体3的底部还设有取样口，对立式罐体3内的物料进行取样，外壁31的底部设有冷凝水出口38，热空气在空气隔层32中与立式罐体内3的物料发生热交换后产生的冷凝水从冷凝水出口38排出。
立式罐体3的顶部设有补水口和接种口311，补水口处设有喷嘴，在发酵过程中，当立式罐体3内的物料中的水分因发酵而挥发时，需要通过喷嘴向立式罐体3内进行补水，且发酵时需向立式罐体3内喷洒菌种进行接种，接种口311处设有与接种口311密封连接的第一盖板，当完成接种进行发酵时需要将第一盖板盖上，保证发酵时立式罐体3密闭，能保证向立式罐体3内喷撒菌种和给物料补水时不带入杂菌。入料口39设有与入料口39密封连接的第二盖板，入料口39还可用作人孔。当需要对立式罐体3内的装置进行检修时，工作人员可以从人孔进入到立式罐体3内部，对立式罐体3内部进行检修或清洗，使得清洗效果更好，不留死角。
立式罐体3的顶部还设有抽真空口，抽真空口与排气口310为同一口。上料之前对立式罐体3从抽真空口对立式罐体3进行抽空操作，使得上料效果较好，不易堵料。
立式罐体3的直径自上而下递减，物料混合搅拌装置2为双螺带螺杆搅拌器，双螺带螺杆搅拌器的螺杆20设于立式罐体3的中心线上，其上端与动力装置1连接，两个螺带21以螺杆20为中心并通过固定杆固定在螺杆20上，固定杆穿过螺杆20，且两端分别与两个螺带21固定连接，螺带21的旋转直径自上而下减小。螺杆20的下端悬置于立式罐体3内，且与立式罐体3底部的间隙较小，物料借助摩擦力在双螺带21和中间螺杆20的提升作用下全部参与混合，从而节省了混合时间，使物料混合更加均匀。并且这种锥形的立式罐体3及搅拌装置使不同层次的物料从下向上被错位提升，达到快速物料混合均匀及热量传递的效果，从根本上缩短了加热及降温的时间。
另外，本发明的立式罐体3内的物料在发酵时含有一定的水分，可以使在上料、混合和出料过程中均无粉尘飞扬。较为环保，不会造成对周围环境的破坏。
需要说明的是，在本发明中的第一支管72、第一支管73和第三管道上均设有阀门，用于控制空气的进入立式罐体和空气隔层以及控制发酵气体的排出。
使用时，将供气装置6通过第一管道分别与第一进气口33和第二进气口34连接，根据温度器检测到的立式罐体3内的温度向立式罐体3和空气隔层32通入高温空气或冷空气，通过物料混合搅拌装置2对物料进行混合搅拌，从而使进入到立式罐体3内的高温空气或冷空气与物料充分直接接触，完成直接换热，同时进入到空气隔层32内的高温空气或冷空气与立式罐体3内的物料进行间壁式换热，进一步提高换热速度，换热后的空气从立式罐体3的底部和外壁31的下部排出再次进入到供气装置6中，实现资源的循环利用。发酵生成的废气通入到气液净化装置与净化箱91内的磷酸溶液发生反应生成磷酸铵肥料，用于农作物生长，反应后的气体经活性炭过滤器92后排出，既环保又解决了排出物的污染问题。完成发酵的物料从立式罐体3底部的出料口进入到卸料装置4，实现物料的收集。物料在发酵过程中需要不断的往立式罐体3内补充水分。
综上所述，本发明的立式固体发酵系统通过向立式罐体内的发酵的物料通入空气直接接触混合换热和间壁式换热两种方式，实现对立式罐体内发酵温度的快速调节，且干净无污染，解决了现有技术中以水蒸汽、热油和冷水做换热介质造成的物料难以搅拌和很难达到发酵温度的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种立式固体发酵系统，其特征在于：包括立式罐体、物料混合搅拌装置、卸料装置、动力装置和供气装置，所述物料混合搅拌装置竖直地设于所述立式罐体内，且所述物料混合搅拌装置的上端与固定在所述立式罐体顶部的动力装置连接，所述立式罐体的顶部设有入料口和第一进气口，所述立式罐体的底部设有出料口和第一出气口；所述供气装置包括可控温空气发生器和鼓风机，所述可控温空气发生器的进气口与无菌空气压缩机连接，所述可控温空气发生器的出气口通过第一管道与所述第一进气口连接，所述鼓风机设于所述第一管道上，所述可控温空气发生器还包括循环气进口，所述循环气进口通过第二管道与所述第一出气口连接；所述卸料装置与所述出料口连接。
2.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述立式罐体的侧壁包括内壁和外壁，所述内壁与外壁之间形成密闭的空气隔层，所述外壁的上部设有第二进气口，所述外壁的下部设有第二出气口，所述第二进气口通过所述第一管道与所述可控温空气发生器的出气口连接，所述第二出气口通过所述第二管道与所述循环气进口连接。
3.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述供气装置还包括储气罐、细菌过滤器和压力表，所述储气罐设于所述无菌空气压缩机与所述可控温空气发生器之间，所述细菌过滤器和所述压力表设于所述第一管道上，且所述细菌过滤器设于所述压力表和所述鼓风机之间。
4.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：还包括气液净化装置，所述气液净化装置包括净化箱和活性炭过滤器，所述立式罐体的顶部设有排气口，所述净化箱通过第三管道连接于所述排气口与所述活性炭过滤器之间，所述净化箱内设有磷酸溶液用于吸收从所述排气口排出的废气。
5.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述出料口设于所述立式罐体的底部的中心位置处，所述出料口通过出料管道与所述卸料装置连接，所述卸料装置由驱动电机带动；所述卸料装置内设有粉体球面阀或梅花错位阀。
6.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述立式罐体上还设有温度测量口和取样口，所述温度测量口设有温度仪，用于测量所述立式罐体内的温度，所述取样口用于对所述立式罐体内的物料进行取样。
7.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述立式罐体的顶部设有补水口和接种口，所述补水口处设有喷嘴，所述接种口处设有与所述接种口密封连接的第一盖板。
8.根据权利要求1所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述入料口处设有与所述入料口密封连接的第二盖板，所述入料口还可用作人孔。
9.根据权利要求4所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述立式罐体的顶部还设有抽真空口。
10.根据权利要求1-9任一项所述的立式固体发酵系统，其特征在于：所述立式罐体的直径自上而下递减，所述物料混合搅拌装置为双螺带螺杆搅拌器，且螺带的旋转直径自上而下减小。
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