CN107245434B - 一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置及方法 - Google Patents

一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，所述装置包括：成膜发酵部、雾化发酵部、纯化部及动力系统，所述成膜发酵部为由至少两个发酵池构成复式发酵结构，所述的至少两个发酵池自下而上依次放置，所述成膜发酵部通过第一牵引传送带与雾化发酵部连接；所述雾化发酵部由雾化循环部和雾化发酵室组成，所述雾化发酵室内设有与所述发酵池相同数量的第二牵引传送带，所述成膜发酵部与雾化发酵室之间设有第一牵引传送带，将由成膜发酵部发酵得到的成膜牵引至雾化发酵部内；本发明不仅可以实现对细菌纤维素的高效发酵、成膜，且空间利用率高、成膜厚度均匀、可实现自动化、连续化生产，在提高了生产效率、充分利用原料的同时，也减少了人力投入。

Description

一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置及方法
技术领域
本发明涉及细菌纤维素生产技术领域，具体的说，是涉及一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置及方法。
背景技术
细菌纤维素就是除植物纤维素之外的另一类由微生物发酵合成的天然无毒的纳米材料，也叫微生物纤维素。细菌纤维素的化学结构与普通纤维素一样，但却有着普通纤维素无法比拟的优越特性。细菌纤维素属于纳米级纤维，是目前天然纤维中最细的，一根典型的细菌纤维线宽度仅有0.1μm，而针叶木浆纤维的宽度至少有30μm，即使棉花纤维的宽度也约为15μm，而且细菌纤维素是以100％纤维素的形式存在，纯度极高，并且具有良好的通透性、高抗张强度及极佳的性状维持能力等特性。
现在，细菌纤维素还被广泛应用于人工皮肤、纱布、绷带和“创口贴”等伤科敷料商品。未来，细菌纤维素将被应用于造纸、纺织、电池隔膜、滤材等领域。
目前细菌纤维素尚未能实现产业化，究其原因，主要存在以下两点技术障碍：1、发酵水平较低，产量低、成本高、价格不抵普通植物纤维素；2、生产效率低，单次发酵仅能发酵成一张纤维素膜；3、发酵原料利用率低、空间利用率有限，对雾化气体不能充分利用。
因此，有必要提供一种新的细菌纤维素的生产系统，来解决上述技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置及方法，本发明不仅可以实现对细菌纤维素的高效发酵、成膜，且空间利用率高、成膜厚度均匀、可实现自动化、连续化生产，在提高了生产效率、充分利用原料的同时，也减少了人力投入。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，该装置包括：成膜发酵部，由至少两个发酵池构成复式发酵结构，所述发酵池内盛有用于生产纤维素膜(以下简称：成膜)的菌群及发酵培养液，所述的发酵池自下而上依次放置，所述成膜发酵部通过第一牵引传送带与雾化发酵部连接；及由雾化循环部和雾化发酵室组成的雾化发酵部，所述雾化发酵室上下两端面上成对角的设有进气口和出气口，所述进气口和出气口分别通过输气管与所述雾化循环部的雾气出口、雾气进口连接，雾化循环部通过所述进气口将雾化的发酵培养液输入至雾化发酵室内，所述雾化发酵室内设有与所述发酵池相同数量的第二牵引传送带，并且各个牵引传送带之间相互平行，所述第二牵引传送带前后两端对应的雾化发酵室的前后两侧壁上均设有成膜入口和成膜出口，所述成膜发酵部与雾化发酵室之间设有第一牵引传送带，所述第一牵引传送带的数量与所述发酵池的数量相同并且在同一水平线上，所述第一牵引传送带的一端与所述成膜发酵部连接，另一端连接雾化发酵部的成膜入口，将由成膜发酵部发酵得到的成膜牵引至雾化发酵部内；及用于对完成发酵的成膜进行纯化处理的纯化部，所述纯化部包括纯化池，所述纯化池靠近所述雾化循环部的一侧上方设有第一牵引轴，所述第一牵引轴的数量与所述发酵池的数量相同，各个第一牵引轴的水平位置与所述成膜出口相齐平；及动力系统，为装置的运行提供动力。
作为一种优选的方案，该装置还包括原料补充部，所述原料补充部中存放有发酵培养液，用于补充成膜发酵部的发酵损失。
作为另一种优选的方案，该装置还包括用于对纯化处理后的成膜进行干燥、复卷后进行储藏的干燥部。
所述发酵池的出膜一侧为斜向上倾斜的浅滩，所述浅滩上设有一个横向的第一驱动轴，所述第一驱动轴的侧壁两端部的表面上均布有多个突刺，该第一驱动轴通过沿其轴向逆时针转动将发酵池中初步发酵好的成膜沿浅滩向上牵引，所述第一牵引传送带将浅滩中延伸出来的成膜拉出，所述发酵池的其他侧壁均向内倾斜，防止发酵培养液的液面下降时，成膜粘在侧壁上。
优选的，所述第一牵引传送带包括分别位于成膜两侧的传送机构，所述传动机构包括上、下相对的两个传送带，所述传动带外表面均布有突刺，所述传送带由第二驱动轴驱动，所述第二驱动轴的一端连接驱动电机，所述第二驱动轴安装于第一支撑架上。
优选的，所述成膜入口及成膜出口处的中部均固定有塑料薄膜，所述塑料薄膜的中部设有横向的缝隙，成膜通过塑料薄膜的缝隙穿入和穿出，防止雾化发酵室内的雾化培养液流失到外部环境中。
优选的，所述纯化池内盛有NaOH溶液，由雾化发酵部输出的成膜先由纯化池进行杀菌、脱色。
优选的，所述纯化部还包括清洗池，所述清洗池内盛有纯净水，将成膜上的NaOH洗净，以保证纯化后的成膜pH值为6.5-7.5。
所述干燥部包括传送网带、导辊和加热辊，所述导辊用于引导成膜自加热辊的一侧穿入，所述传送网带为内外两张，所述成膜夹两张传送网带之间，并随传送网带附在加热辊的外壁上，所述传送网带的作用在于保持成膜在干燥脱水后的平整度，所述复卷部将干燥后的成膜进行卷制存储。
所述动力系统包括PLC控制器、电源、多个驱动电机、变频器和减速机，所述PLC变频控制器分别与电源、驱动电机、变频器和减速机连接，所述驱动电机分别与变频器和减速机连接，并驱动系统中的轴类转动。
上述复式连续生产发酵细菌纤维素装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)准备菌种、制备发酵培养液，按1：150的比例将菌液接种到已灭菌处理的种子培养液中，在28℃室温下培养24h，成为一级种子液；将一级种子液以5-10％的接种量接种到发酵池的发酵培养液中，静置培养12-48h，发酵池中发酵培养液的液面表面形成了一层致密的纤维素膜，即前述的成膜；
(2)开启原料补充部阀门，使其向成膜发酵部填充步骤(1)接种后所得的发酵培养液；
(3)发酵一段时间后，开启电源，位于浅滩上的驱动轴以恒定的线速度将成型的成膜牵引至浅滩外，延伸出的成膜经过第一牵引传送带传送至雾化发酵部继续发酵，同时雾化发酵室内的第二牵引传送带驱动成膜在雾化发酵室中匀速前行并自雾化发酵室的成膜出口处伸出；
(4)自雾化发酵室伸出的成膜经纯化部的纯化池杀菌、脱色，再经清洗池将NaOH洗净，测量成膜的pH值；
(5)将纯化后的成膜通过干燥部进行干燥，将干燥后的成膜进行复卷存储。
所述步骤(3)中，各个牵引传送带的传送速度相同，以保证雾化后得到的成膜厚度均匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用复式发酵结构进行发酵，克服了目前细菌纤维素发酵装置发酵效率低的问题，空间利用率高，可明显提高雾化发酵效率，且可实现自动化、规模化生产，不仅提高了生产效率、减少了人力投入，同时所生产的成膜长度不受限制；
(2)本发明通过设置雾化发酵部对成膜的上下两侧同时进行发酵，有利于保证成膜发酵厚度均匀，提高了成膜质量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明的结构图；
图2是本发明雾化发酵室的侧视截面图；
其中：1-原料补充部，2-成膜发酵部，3-雾化发酵部，4-纯化部，5-衔接部，6-发酵池，7-浅滩，8-第一驱动轴，9-成膜，10-第一牵引传送带，11-雾化发酵室，12-雾化循环部，13-支撑架，14-纯化池，15-清洗池，16-第一牵引轴，17-轴架，18-第二牵引传送带，19-塑料薄膜，20-输气管。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，一种雾化发酵细菌纤维素的装置，该装置包括：成膜发酵部2，由三个发酵池6构成，所述发酵池6内盛有用于生产纤维素成膜的菌群及发酵培养液，所述的发酵池6自下而上依次放置，所述成膜发酵部2通过第一牵引传送带10与雾化发酵部3连接；所述雾化发酵部3包括雾化循环部12和雾化发酵室11，所述雾化发酵室11的上下两端面上成对角的设有进气口和出气口，所述进气口和出气口分别通过输气管20与所述雾化循环部12的雾气出口、雾气进口连接，雾化循环部12通过所述进气口将雾化的发酵培养液输入至雾化发酵室11内，所述雾化发酵室11内设有与所述发酵池6相同数量的第二牵引传送带18，所述第二牵引传送带18前后两端对应的雾化发酵室11的前后两侧壁上均设有成膜入口和成膜出口，所述成膜发酵部2与雾化发酵室11之间设有第一牵引传送带10，所述第一牵引传送带安装在所述支撑架13上，所述第一牵引传送带10的数量与所述发酵池6的数量相同，各个所述第一牵引传送带10之间相互平行，所述第一牵引传送带10的一端与所述成膜发酵部2连接，另一端连接雾化发酵部3的成膜入口，将由成膜发酵部2发酵得到的成膜21牵引至雾化发酵部3内；及用于对完成发酵的成膜9进行纯化处理的纯化部4，所述纯化部包括纯化池15，所述纯化池15靠近所述雾化发酵部12的一侧上方设有第一牵引轴16，所述第一牵引轴安装在所述轴架17上，所述第一牵引轴16的数量与所述发酵池6的数量相同，各个第一牵引轴16的水平位置与所述成膜出口相齐平；及动力系统，用于为装置的运行提供动力；及用于对纯化处理后的成膜21进行干燥、复卷后进行储藏的干燥部(图中未画出)；该装置还包括原料补充部1，所述原料补充部1中存放有发酵培养液，用于补充成膜发酵部2的发酵损失。
所述发酵池6的出膜一侧为斜向上倾斜的浅滩7，所述浅滩7上设有一个横向的第一驱动轴8，所述第一驱动轴8的侧壁两端部的表面上均布有多个突刺，该第一驱动轴8通过沿其轴向逆时针转动将发酵池6中初步发酵好的成膜9沿浅滩向上牵引，所述第一牵引传送带10将浅滩7中延伸出来的成膜9拉出，所述发酵池6的其他侧壁均向内倾斜，防止发酵培养液的液面下降时，成膜21粘在发酵池的侧壁上。
所述第一牵引传送带10包括分别位于成膜9两侧的传送机构，所述传动机构包括上、下相对的两个传送带，所述传动带外表面均布有突刺，所述传送带由第二驱动轴驱动，所述第二驱动轴的一端连接驱动电机，所述第二驱动轴安装于支撑架13上。
所述成膜入口及成膜出口处的中部均固定有塑料薄膜19，所述塑料薄膜19的中部设有横向的缝隙，成膜9通过塑料薄膜19的缝隙穿入和穿出，防止雾化发酵室11内的雾化培养液流失到外部环境中。
所述纯化池14内盛有NaOH溶液，由雾化发酵部3输出的成膜9先由纯化池14进行杀菌、脱色。
所述纯化部14还包括清洗池15，所述清洗池内盛有纯净水，将成膜上的NaOH洗净，以保证纯化后的成膜pH值为6.5-7.5。
所述干燥部包括传送网带、导辊和加热辊，所述导辊用于引导成膜自加热辊的一侧穿入，所述传送网带为内外两张，所述成膜夹两张传送网带之间，并随传送网带附在加热辊的外壁上，所述传送网带的作用在于保持成膜在干燥脱水后的平整度，所述复卷部将干燥后的成膜进行卷制存储。
所述动力系统包括PLC控制器、电源、多个驱动电机、变频器和减速机，所述PLC变频控制器分别与电源、驱动电机、变频器和减速机连接，所述驱动电机分别与变频器和减速机连接，并驱动系统中的轴类转动。
上述复式连续生产细菌纤维素装置的使用方法，包括以下步骤：
(1)准备菌种、制备发酵培养液，按1：150的比例将菌液接种到已灭菌处理的种子培养液中，在28℃室温下培养24h，成为一级种子液；将一级种子液以5-10％的接种量接种到发酵池的发酵培养液中，静置培养12-48h，发酵池中发酵培养液的液面表面形成了一层致密的纤维素膜，即前述的成膜；
(2)开启原料补充部阀门，使其向成膜发酵部填充步骤(1)接种后所得的发酵培养液；
(3)发酵一段时间后，开启电源，位于浅滩上的驱动轴以恒定的线速度将成型的成膜牵引至浅滩外，延伸出的成膜经过第一牵引传送带传送至雾化发酵部继续发酵，同时雾化发酵室内的第二牵引传送带驱动成膜在雾化发酵室中匀速前行并自雾化发酵室的成膜出口处伸出；
(4)自雾化发酵室伸出的成膜经纯化部的纯化池杀菌、脱色，再经清洗池将其表面的NaOH洗净，测量成膜的pH值；
(5)将纯化后的成膜通过干燥部进行干燥，将干燥后的成膜进行复卷存储。
所述步骤(3)中，各个牵引传送带的传送速度相同，以保证雾化后得到的成膜厚度均匀。
需要注意的是，在开启设备前需要对设备进行消毒处理，尤其要对雾化发酵室进行臭氧灭菌20min，臭氧解离30min，并通入无菌空气20min，所述第一牵引传送带、第二牵引传送带及牵引轴均具有相同的线速度，以匀速牵引成膜前进，保证成膜厚度均匀，此外，本发明还可通过调整牵引成膜的行进速度控制成膜的厚度，以满足不同的生产需要。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
此外，雾化循环部产生雾化培养液利用的是超声波雾化原理，所产生的雾粒比一般的Venturi效应产生的雾粒均匀、粒径更小。
本发明与普通的静置发酵的不同在于：静置发酵是在浅盘中每隔一段时间重新接种，重新发酵，产量一般是4g/L/7天左右，并且，普通静置发酵的产量是先快后慢，而本发明是一直在发酵中，产量一直保持在一个较高的状态，其产量是10-20g/L/天。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：该装置包括：
成膜发酵部，
由至少两个发酵池构成复式发酵结构，所述发酵池内盛有用于生产纤维素成膜的菌群及发酵培养液，所述的发酵池自下而上依次放置，所述成膜发酵部通过第一牵引传送带与雾化发酵部连接；及
雾化发酵部，
包括雾化循环部和雾化发酵室，所述雾化发酵室上下两端面上成对角的设有进气口和出气口，所述进气口和出气口分别通过输气管与所述雾化循环部的雾气出口、雾气进口连接，雾化循环部通过所述进气口将雾化的发酵培养液输入至雾化发酵室内，所述雾化发酵室内设有与所述发酵池相同数量的第二牵引传送带，所述第二牵引传送带前后两端对应的雾化发酵室的前后两侧壁上均设有成膜入口和成膜出口，所述成膜发酵部与雾化发酵室之间设有第一牵引传送带，所述第一牵引传送带的数量与所述发酵池的数量相同，所述第一牵引传送带的一端与所述成膜发酵部连接，另一端连接雾化发酵部的成膜入口，将由成膜发酵部发酵得到的成膜牵引至雾化发酵部内；及
纯化部，
用于对完成发酵的成膜进行纯化处理，包括纯化池，所述纯化池靠近所述雾化循环部的一侧上方设有第一牵引轴，所述第一牵引轴的数量与所述发酵池的数量相同，各个第一牵引轴的水平位置与所述成膜出口相齐平；及
动力系统，为装置的运行提供动力。
2.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：还包括原料补充部，所述原料补充部中存放有发酵培养液，用于补充成膜发酵部的发酵损失。
3.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：所述发酵池的出膜一侧为斜向上倾斜的浅滩，所述浅滩上设有一个横向的第一驱动轴，所述第一驱动轴的侧壁两端部的表面上均布有多个突刺，该第一驱动轴通过沿其轴向逆时针转动将发酵池中初步发酵好的成膜沿浅滩向上牵引，所述第一牵引传送带将浅滩中延伸出来的成膜拉出，所述发酵池的其他侧壁均向内倾斜，防止发酵培养液的液面下降时，成膜粘在侧壁上。
4.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：所述第一牵引传送带包括分别位于成膜两侧的传送机构，所述传送机构包括上、下相对的两个传送带，两个传送带外表面均布有突刺，且两个传送带由第二驱动轴驱动，所述第二驱动轴的一端连接驱动电机，所述第二驱动轴安装于第一支撑架上。
5.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：所述成膜入口及成膜出口处的中部均固定有塑料薄膜，所述塑料薄膜的中部设有横向的缝隙，成膜通过塑料薄膜的缝隙穿入和穿出，防止雾化发酵室内的雾化培养液流失到外部环境中。
6.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：所述纯化池内盛有NaOH溶液，由雾化发酵部输出的成膜先由纯化池进行杀菌、脱色。
7.根据权利要求6所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：所述纯化部还包括清洗池，所述清洗池内盛有纯净水，将成膜上的NaOH洗净，以保证纯化后的成膜pH值为6.5-7.5。
8.根据权利要求1所述的一种复式连续生产细菌纤维素膜的装置，其特征在于：还包括用于对纯化处理后的成膜进行干燥、复卷后进行储藏的干燥部，所述干燥部包括传送网带、导辊和加热辊，所述导辊用于引导成膜自加热辊的一侧穿入，所述传送网带为内外两张，所述成膜夹两张传送网带之间，并随传送网带附在加热辊的外壁上，所述传送网带的作用在于保持成膜在干燥脱水后的平整度，所述干燥部将干燥后的成膜进行卷制存储。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种复式连续生产细菌纤维素装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备菌种、制备发酵培养液，按1：150的比例将菌液接种到已灭菌处理的种子培养液中，在28℃室温下培养24h，成为一级种子液；将一级种子液以5-10％的接种量接种到发酵池的发酵培养液中，静置培养12-48h，发酵池中发酵培养液的液面表面形成了一层致密的纤维素膜，即前述的成膜；
(2)开启原料补充部阀门，使其向成膜发酵部填充步骤(1)接种后所得的发酵培养液；
(3)发酵一段时间后，开启电源，位于浅滩上的驱动轴以恒定的线速度将成型的成膜牵引至浅滩外，延伸出的成膜经过第一牵引传送带传送至雾化发酵部继续发酵，同时雾化发酵室内的第二牵引传送带驱动成膜在雾化发酵室中匀速前行并自雾化发酵室的成膜出口处伸出；
(4)自雾化发酵室伸出的成膜经纯化部的纯化池杀菌、脱色，再经清洗池将其表面的NaOH洗净，测量成膜的pH值；
(5)将纯化后的成膜通过干燥部进行干燥，将干燥后的成膜进行复卷存储。
10.根据权利要求9所述的一种复式连续生产细菌纤维素装置的使用方法，其特征在于：所述步骤(3)中，各个牵引传送带的传送速度相同，以保证雾化后得到的成膜厚度均匀。
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