CN108690800A - 一种固体发酵罐 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固体发酵罐，包括罐体、转动轴、驱动机构，罐体设有进出料口，转动轴为轴线沿左右方向的空心轴，转动轴由驱动机构驱动，转动轴穿设罐体且两者一起转动，转动轴左右两端分别连接有第一套管、第二套管，第一套管、第二套管均与转动轴旋转密封装配，罐体内设有定向进气管和定向排气管，定向进气管和定向排气管均与转动轴内腔连通，转动轴内设有隔断以将转动轴空腔分隔开。本发明固体发酵罐的罐体在空心转动轴的带动下是可以转动的，达到搅拌效果，定向进、排气管随发酵罐罐体同步转动，不受搅拌阻力，不易出现扭曲或折断现象；转动式的罐体也有利于排料，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物发酵设备领域，具体涉及一种固体发酵罐。
背景技术
固态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，固态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等优点。
如授权公告号为CN204824882U、授权公告日为2015.12.02的新型专利公开了一种全封闭式生物固体发酵罐，该固体发酵罐包括卧式放置的发酵罐本体，发酵罐本体内设有搅拌轴，搅拌轴上设有搅拌叶片，也即所谓的搅拌桨。搅拌轴一端位于发酵罐本体外部，另一端设有电机。发酵罐本体下部一侧设有输气管。在使用时，搅拌桨受湿态物料的阻力很大，容易发生故障，导致卧式发酵罐的容量、产量的扩大受限。另外，卧式发酵罐的出料效率也低，物料在搅拌桨上残留较多，需要人工清理。发酵效率低、周期长，影响企业的生产效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种固体发酵罐，以解决现有卧式固体发酵罐生产效率低的问题。
为实现上述目的，本发明固体发酵罐采用如下技术方案：固体发酵罐，包括罐体、转动轴、驱动机构，罐体设有进出料口，转动轴为轴线沿左右方向的空心轴，转动轴由驱动机构驱动，转动轴穿设罐体且两者一起转动，转动轴左右两端分别连接有第一套管、第二套管，第一套管、第二套管均与转动轴旋转密封装配，第一套管、第二套管中的一个用于进气、另一个用于排气，罐体内设有定向进气管和定向排气管，定向进气管和定向排气管均与转动轴内腔连通，定向进气管与定向排气管左右间隔分布，转动轴内设有隔断以将转动轴空腔分隔开，隔断处于定向进气管与定向排气管之间的部分。
进一步优选，所述罐体包括内胆及其外围的恒温水夹层，转动轴右侧部分设有进水组件，转动轴左侧部分设有出水组件，所述进水组件包括转动轴密封套，转动轴密封套与转动轴旋转密封装配，转动轴密封套固定，转动轴外周壁环设有进水槽，进水槽位于转动轴密封套内，转动轴密封套上径向设有进水口，转轴轴上还开设有连通所述恒温水夹层与进水槽的水通道。
进一步优选，所述出水组件和进水组件结构相同。
进一步优选，所述罐体上设有无线温度传感变送器，用于检测罐体内温度。
进一步优选，所述恒温水夹层内设有导流板。通过设置导流板，延长冷却水在发酵罐内胆外壁的冷却时间，提高冷却效果。
进一步优选，所述第一套管连接有进气阀和蒸汽阀，所述第二套管连接有排气阀。
进一步优选，所述第二套管上还连接有抽真空阀。抽真空阀配合排气阀，可以将有氧发酵切换成厌氧发酵，一体化设计，提高效率。
进一步优选，所述罐体上还设有氧气浓度检测仪，用于检测内胆内的氧气浓度。实时监测物料温度、发酵强度，提高好氧发酵的效率。
进一步优选，所述定向进气管包括第一主管体及端部的第一防回料管帽，第一主管体内于第一防回料管帽一端设有第一锥形气嘴、第一定位挡板，第一锥形气嘴位于第一定位挡板的内侧，第一锥形气嘴与第一定位挡板之间设有第一重力球，第一重力球在第一主管体内运动的过程中具有封堵定向进气管的第一封堵位和打开定向进气管的第一打开位。定向进风管，避免进风短路而导致供氧不足。
进一步优选，所述定向排气管包括第二主管体及端部的第二防回料管帽，第二主管体内于第二防回料管帽一端设有第二锥形气嘴、第二定位挡板，第二锥形气嘴位于第二定位挡板的外侧，第二锥形气嘴与第二定位挡板之间设有第二重力球，第二重力球在第二主管体内运动的过程中具有封堵定向排气管的第二封堵位和打开定向排气管的第二打开位。
本发明的有益效果：本发明固体发酵罐的罐体在空心转动轴的带动下是可以转动的，达到搅拌效果，定向进、排气管随发酵罐罐体同步转动，不受搅拌阻力，不易出现扭曲或折断现象。定向进气管、定向排气管均能定向通风，避免进风短路而导致供氧不足。由于罐体是可转动的，可以转动调节进出料口的位置，以便上料和出料，物料不易残留，解决需要人工清理的问题，提高发酵效率。
附图说明
图1是本发明固体发酵罐的结构示意图；
图2是图1中进气管的部分结构示意图；
图3是图1中排气管的部分结构示意图；
图4是第一套管与转动轴的配合示意图；
图5是图1中的进水组件结构示意图。
图中各标记对应的名称：1、内胆，2、恒温水夹层，3、隔断，4、进出料口，5、无线温度传感变送器，6、氧气浓度检测仪，7、传动齿轮，8、蜗杆减速机，9、第一套管，10、转轴轴，11、定向排气管，12、定向进气管，13、进气阀，14、蒸汽阀，15、排气阀，16、抽真空阀，17、进水组件，18、出水组件，19、支柱，20、第一锥形气嘴，21、第一重力球，22、第一定位挡板，23、第一防回料管帽，30、第二定位挡板，31、第二重力球，32、第二锥形气嘴，33、第二防回料管帽，40、V形密封环，50、导向滑环，60、转动轴密封套，61、进水口，101、O形密封圈，102、进水槽，103、水通道。
具体实施方式
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。
本发明固体发酵罐的实施例：如图1-图5所示，包括罐体、转动轴10、驱动机构，罐体设有进出料口4。转动轴10为轴线沿左右方向的空心轴，转动轴由驱动机构驱动，转动轴穿设罐体且两者一起转动。驱动机构包括涡轮减速机8、传动齿轮7。
转动轴10左右两端分别连接有第一套管9、第二套管，第一套管9、第二套管均与转动轴旋转密封装配，第一套管、第二套管中的一个用于进气、另一个用于排气。具体地，左侧的第一套管9为进气的，右侧的第二套管为出气的。第一套管连接有进气阀13和蒸汽阀14，第二套管连接有排气阀15，第二套管上还连接有抽真空阀16。第一套管、第二套管与转动轴的配合相似，以其中一个为例。第一套管9与转动轴10间设有V形密封环40、导向滑环50，V形密封环40位于两导向滑环中间位置。设置V形密封环、导向滑环，提高了套管转动的平衡性，避免转动轴的偏心对密封环造成磨损，V形密封环40在压力作用下自封性更好。
罐体为球状，罐体内设有定向进气管12和定向排气管11，定向进气管12和定向排11气管均与转动轴内腔连通。进气管和排气管与发酵罐罐体同步转动。定向进气管与定向排气管左右间隔部分布，转动轴内设有隔断以将转动轴空腔分隔开，隔断处于定向进气管与定向排气管之间的部分。定向进气管、定向排气管均有若干根，沿转动轴径向延伸，且在转动轴轴向上均布。
具体结构如下，定向进气管包括第一主管体及端部的第一防回料管帽23，第一主管体内于第一防回料管帽23一端设有第一锥形气嘴20、第一定位挡板22，第一锥形气嘴20位于第一定位挡板22的内侧，第一锥形气嘴20与第一定位挡板22之间设有第一重力球21，第一重力球21在第一主管体内运动的过程中具有封堵进气管的第一封堵位和打开进气管的第一打开位。原理如下，相邻两排定向进气管夹角为60°，当进气管从物料层转到超过转动轴水平上方30°时，第一重力球21自动滚落以堵住进气管；当进气管从上方转到接近转动轴所在水平位时，第一重力球21在风力和重力作用下离开第一锥形气嘴20，打开进气管。防回料结构，相当于单向阀结构。
定向排气管11包括第二主管体及端部的第二防回料管帽33，第二主管体内于第二防回料管帽一端设有第二锥形气嘴32、第二定位挡板30，第二锥形气嘴32位于第二定位挡板30的外侧，第二锥形气嘴32与第二定位挡板30之间设有第二重力球31，第二重力球31在第二主管体内运动的过程中具有封堵出气管的第二封堵位和打开排气管的第二打开位。具体过程如下，当排气管从物料层转到超过转动轴水平上方30°时，第二重力球31自动滚落打开排气管，当排气管从上方转动转动轴水平下方10°时，第二重力球31在重力作用下封堵排气管。
定向进气管与发酵罐同步转动，定向进气管没有搅拌阻力，不会出现扭曲或拆断现象。进气通入物料内部，从物料层上空排气，发酵物料供氧效率高。定向进气管也可以通蒸汽进入物料层内部，加热速度快。进、排气管的出口端均设有防回料管帽，防止物料落入管内。
罐体包括内胆1及其外围的恒温水夹层2，转动轴右侧部分设有进水组件17，转动轴左侧部分设有出水组件18。出水组件和进水组件结构相同。以进水组件为例，进水组件包括转动轴密封套60，转动轴密封套60与转动轴10旋转密封装配，转动轴密封套固定，转动轴套支撑在立柱19上。转动轴外周壁、转动轴密封套相对的一侧均环设有半圆凹槽，相对设置形成环形的进水槽102。转动轴密封套上径向设有进水口61，转轴轴10上还开设有连通恒温水夹层2内部与进水槽102的水通道103；水从进水口流向恒温水夹层内腔。转动轴、转动轴密封套之间于进水槽的两端设有O形密封圈101以进行密封。转动轴套为对开式结构，维修方便。对于出水组件，转动轴密封套上设置有与进水口对应的出水口；各组成部分与进水组件结构实质上相同，只是用途不同而已。一个进水，一个出水。
恒温水夹层内设有导流板，使得冷却水能够布满发酵罐内胆外壁。增加冷却时间，提高冷却效果。
罐体上设有无线温度传感变送器5，用于检测罐体内温度。罐体上还设有氧气浓度检测仪6，用于检测内胆内的氧气浓度。
本发明固体发酵罐在使用时：
物料、水、辅料从进出料口4投入，启动蜗杆减速机8转动发酵罐，往进水组件内通入压缩空气将恒温水夹层2的冷却水排完，然后蒸汽从蒸汽阀14通入发酵罐，加热物料，适当关小排气阀15，当物料温度达到100～121℃时，保温1～30min，同时使用蒸汽消毒进气系统，停止转动发酵罐，打开排气阀15，当物料降温到100～105℃时，通入无菌空气，调节排气阀15保持罐内压力0.05～0.1MPa，再次启动蜗杆减速机8，往进水组件通入冷却水，当物料温度达到设定温度时停止冷却，往进气阀13处无菌操作接入发酵菌种与适量无菌水的混合液。进行好氧发酵时，依据发酵条件要求和罐内氧气浓度检测仪，调节压缩空气流量或蜗杆减速机的转速，当发酵物料温度超过设定值时，自控系统自动调节冷却水的流量。当发酵工艺需要厌氧发酵时，关闭进气阀13和排气阀15，启动抽真空阀16，当真空度小于-0.08MPa时，暂停抽真空，往进气阀通入无菌氮气，再抽真空，循环2次抽直空、充氮气操作，然后通入氮气，维持罐内微正压，依据发酵要求调节蜗杆减速机和发酵温度。当发酵结束后，使进出料口4朝上，打开排气阀15，待压力降到0时，打开进出料口4，再缓慢转动发酵罐使进出料口往下，排出发酵物料。
本发明固体发酵罐的有以下特点：罐体是可转动的，转动达到搅拌效果。定向进风管和定向出风管均能定向通风，避免进风短路而导致供氧不足。发酵罐外侧设有恒温水夹层，并设有无线温度传感变送器，实时控制发酵物料温度。设有氧气浓度检测仪，实时监测发酵强度，提高好氧发酵的效率。设有供空气或氮气以及抽真空的系统，可以及时转换好氧发酵与厌氧发酵的方式。发酵罐是将消毒、冷却、配料、接种、好氧发酵、厌氧发酵一体化的发酵设备，生产全过程在密闭的球状容器内，容易防止杂菌的污染，发酵过程实时检测与控制，生产效率高。
在其他实施例中，也可不设置抽真空阀，发酵罐不具备厌氧发酵的功能。
在其他实施例中，进水组件与出水组件也可设计的不相同，只是相似，例如，进水口、出水口的相对位置不同。
在其他实施例中，罐体也可是非球形的，例如，罐体截面呈椭圆形。
在其他实施例中，定向进气管也可做如下设计，取消第一锥形气嘴的结构，将第一主管体的于上述第一锥形气嘴的位置设计成不等径的结构，第一主管体本身的一部分形成一个锥形孔段，起到锥形气嘴的作用，第一重力球位于锥形孔段内。定向排气管类似设计。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.固体发酵罐，其特征在于：包括罐体、转动轴、驱动机构，罐体设有进出料口，转动轴为轴线沿左右方向的空心轴，转动轴由驱动机构驱动，转动轴穿设罐体且两者一起转动，转动轴左右两端分别连接有第一套管、第二套管，第一套管、第二套管均与转动轴旋转密封装配，第一套管、第二套管中的一个用于进气、另一个用于排气，罐体内设有定向进气管和定向排气管，定向进气管和定向排气管均与转动轴内腔连通，定向进气管与定向排气管左右间隔分布，转动轴内设有隔断以将转动轴空腔分隔开，隔断处于定向进气管与定向排气管之间的部分。
2.根据权利要求1所述的固体发酵罐，其特征在于：所述罐体包括内胆及其外围的恒温水夹层，转动轴右侧部分设有进水组件，转动轴左侧部分设有出水组件，所述进水组件包括转动轴密封套，转动轴密封套与转动轴旋转密封装配，转动轴密封套固定，转动轴外周壁环设有进水槽，进水槽位于转动轴密封套内，转动轴密封套上径向设有进水口，转轴轴上还开设有连通所述恒温水夹层与进水槽的水通道。
3.根据权利要求2所述的固体发酵罐，其特征在于：所述出水组件和进水组件结构相同。
4.根据权利要求2所述的固体发酵罐，其特征在于：所述罐体上设有无线温度传感变送器，用于检测罐体内温度。
5.根据权利要求2所述的固体发酵罐，其特征在于：所述恒温水夹层内设有导流板。
6.根据权利要求1所述的固体发酵罐，其特征在于：所述第一套管连接有进气阀和蒸汽阀，所述第二套管连接有排气阀。
7.根据权利要求6所述的固体发酵罐，其特征在于：所述第二套管上还连接有抽真空阀。
8.根据权利要求1至7任一项所述的固体发酵罐，其特征在于：所述罐体上还设有氧气浓度检测仪，用于检测内胆内的氧气浓度。
9.根据权利要求1至7任一项所述的固体发酵罐，其特征在于：所述定向进气管包括第一主管体及端部的第一防回料管帽，第一主管体内于第一防回料管帽一端设有第一锥形气嘴、第一定位挡板，第一锥形气嘴位于第一定位挡板的内侧，第一锥形气嘴与第一定位挡板之间设有第一重力球，第一重力球在第一主管体内运动的过程中具有封堵定向进气管的第一封堵位和打开定向进气管的第一打开位。
10.根据权利要求1至7任一项所述的固体发酵罐，其特征在于：所述定向排气管包括第二主管体及端部的第二防回料管帽，第二主管体内于第二防回料管帽一端设有第二锥形气嘴、第二定位挡板，第二锥形气嘴位于第二定位挡板的外侧，第二锥形气嘴与第二定位挡板之间设有第二重力球，第二重力球在第二主管体内运动的过程中具有封堵定向排气管的第二封堵位和打开定向排气管的第二打开位。
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