CN108949544A - 节能自动控温微生物好氧发酵设备 - Google Patents

节能自动控温微生物好氧发酵设备 Download PDF

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Abstract

一种节能自动控温微生物好氧发酵设备，包括太阳能储水罐、空气能加热设备、恒温加热储水罐、恒温冷却储水罐、发酵罐、流加罐、空气过滤系统和蠕动泵。本申请提供一种集太阳能、空气能为加热及冷却能源、通过自动控温系统与发酵罐完美结合的节能及自动控温微生物好氧发酵设备。发酵罐可按各种微生物适宜温度任意设置、控温系统会自动完成温度控制，控温系统优先使用太阳能，雨天或阴天阳光不足时才使用空气能，加热或冷却水可循环重复使用，达到节约能源及自动控温并能确保发酵罐正常运行的目的，可以节约大量能源和人工成本。

Description

节能自动控温微生物好氧发酵设备
技术领域
本发明涉及一种微生物好氧发酵设备，适用于微生物好氧发酵工艺，适用于微生物、化工、食品、饲料添加剂等领域。
背景技术
微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。微生物发酵生产水平主要取决于菌种本身的遗传特性和培养条件。
发酵工程的应用范围医药工业，食品工业，能源工业，化学工业，农业：改造植物基因；生物固氮；工程杀虫菌生物农药；微生物养料。环境保护等方面。
微生物发酵过程根据发酵条件要求分为好氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵法有液体表面培养发酵、在多孔或颗粒状固体培养基表面上发酵和通氧深层发酵几种方法。厌氧发酵采用不通氧的深层发酵。好氧发酵的主要特点在于省地，省投资，省动力消耗，不产生废水和烟气，无异味，无需高压和锅炉，杜绝了安全隐患，设备结构简单，操作方便，产品质量稳定，处理效果好。
目前，微生物好氧发酵设备，普遍的发酵技术如下：1、发酵加热多采用电加热、天然气加热或锅炉加热，缺陷是电或天然气的能源消耗很大、不节能、加热温度容易过热，锅炉加热存在环保问题；2、发酵冷却用自来水直接冷却，缺陷是冷却水容易升温影响冷却效果而影响质量、冷却水频繁废弃、水资源浪费较大；3，发酵温度的加热或冷却需由人工手动控制，缺陷是投入的人工成本较大、质量难以控制。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种节能自动控温微生物好氧发酵设备，提供一种集太阳能、空气能为加热及冷却能源、通过自动控温系统与发酵罐完美结合的节能及自动控温微生物好氧发酵设备。发酵罐可按各种微生物适宜温度任意设置、控温系统会自动完成温度控制，控温系统优先使用太阳能，雨天或阴天阳光不足时才使用空气能，加热或冷却水可循环重复使用，达到节约能源及自动控温并能确保发酵罐正常运行的目的，可以节约大量能源和人工成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种节能自动控温微生物好氧发酵设备，包括太阳能储水罐、空气能加热设备、恒温加热储水罐、恒温冷却储水罐、发酵罐、流加罐、空气过滤系统和蠕动泵；
恒温加热储水罐的第一端F通过管道泵或吸水泵与发酵罐的加热及冷却进水口连接，第二端G通过设有加热回水分流控制开关的管道与发酵罐的加热及冷却出水口连接，第三端E通过管道泵或吸水泵与空气能加热设备连接，第四端C通过管道泵或吸水泵与太阳能储水罐连接；
热回水分流控制开关通过管道分别与恒温加热储水罐、太阳能储水罐和加热及冷却出水口连接；
热回水分流控制开关通过电线与空气能加热设备连接，空气能加热设备启动时热回水分流控制开关同时启动，空气能加热设备关闭时热回水分流控制开关同时关闭；
恒温冷却储水罐，第一端H通过管道泵或吸水泵与发酵罐的加热及冷却进水口连接，第二端I通过管道与发酵罐的加热及冷却出水口连接，发酵罐与空气过滤系统连接，发酵罐通过蠕动泵与流加罐连接。
恒温加热储水罐，用于连接太阳能储水罐及空气能加热设备，阳光充足时从太阳能储水罐补充热源达到恒温固定值，热回水分流控制开关关闭并将回水流入太阳能储水罐，雨天或阴天时从空气能加热设备补充热源达到恒温固定值，热回水分流控制开关启动并将回水流入恒温加热储水罐，温度设置30~60℃。
恒温冷却储水罐及冷却设备，利用冷却设备将储水罐内的水冷却到恒温固定值，温度设置5~30℃。
作为优选方案，所述发酵罐的顶部设有发酵罐顶盖及过滤设备，上部设有菌体浓度及溶氧仪安装口和接种口，中部设有发酵罐观察窗，内部设有菌体浓度及溶氧仪在线检测系统，下部设有pH值在线检测系统、管式曝气器、温度检测系统、加热及冷却进水口、加热及冷却出水口和加热及冷却盘管，底部设有成品出料口及排污口和发酵罐支脚；如在线细胞浓度检测仪、在线PH值检测仪、温度控制仪。
所述菌体浓度及溶氧仪安装口与发酵罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与菌体浓度及溶氧仪在线检测系统连接，菌体浓度及溶氧仪在线检测系统通过管道与菌体浓度及溶氧仪安装口连接；
所述pH值在线检测系统与发酵罐为可拆式连接；
所述管式曝气器，位于发酵罐下部的加热及冷却盘管内，与发酵罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与空气过滤系统连接；
所述温度检测系统一端与加热及冷却进水口连接，另一端与加热及冷却出水口连接；
所述加热及冷却进水口第一端M与加热及冷却盘管连接，第二端J通过管道泵或吸水泵与恒温加热储水罐连接，第三端K通过管道泵或吸水泵与恒温冷却储水罐连接，第四端L连接温度检测系统，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却出水口第一端P与加热及冷却盘管(23)连接，第二端N通过管道与加热回水分流控制开关连接，第三端O通过管道与恒温冷却储水罐连接，第四端Q连接温度检测系统，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却盘管采用不锈钢材质，一端R与加热及冷却进水口连接，另一端S与加热及冷却出水口相连接，在罐体内进行加热或冷却循环；
所述发酵罐观察窗为圆形或长条形透明玻璃窗，与发酵罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈；观察窗为圆形或长条形透明玻璃窗的设置有如下优点：可以实时观察发酵罐内的菌体生长情况，可以实时观察发酵罐内培养基的颜色及稠度变化情况；
所述接种口与发酵罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，接种口周边设有圆形凹槽，接种口周边圆形凹槽设置阻隔发酵罐外杂菌通过接种口进入发酵罐内的设施；
所述发酵罐顶盖及过滤设备与发酵罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，连接罐内一侧设置过滤泡沫设备，连接罐外一侧设置安全排气开关。
作为优选方案，所述发酵罐为气升式微生物好氧发酵罐，采用不锈钢材质，所需溶氧由位于发酵罐下部的管式曝气器提供。
作为优选方案，所述空气能加热设备包括压缩机和换热器，能把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，通过压缩后的高温热能来加热水温。
作为优选方案，所述太阳能储水罐包括太阳能集热器和水箱，太阳能集热器收集太阳辐射能把水加热，并将加热的水储存在水箱中；太阳能集热器采用真空管式或平板式，把太阳能转换成热能。
作为优选方案，所述流加罐采用不锈钢材质，顶部设有流加罐顶盖及过滤设备，与流加罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，连接罐内一侧设置过滤空气设备，连接罐外一侧设置安全排气开关；上部设流加罐观察窗，观察窗为圆形或长条形透明玻璃窗，与流加罐为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈。
作为优选方案，所述恒温冷却储水罐内设有冷却设备。冷却设备为列管冷凝器，在圆柱形壳体内装有很多平行管子组成管束，通过热交换使溶剂蒸汽冷凝的设备。
本申请的发酵方法如下：
1 、检查太阳能储水罐、空气能加热设备、恒温加热储水罐、恒温冷却储水罐、空气过滤系统、吸水泵和蠕动泵的工作运行是否正常；
2、对发酵罐内部、流加罐内部、和蠕动泵及相关管道进行臭氧消毒，杀除所有细菌，消毒时间30分钟；
3、将配置好的培养基从发酵罐顶盖加入到发酵罐内，将发酵罐顶盖及过滤设备安装并密封好；
4、对发酵罐内的培养基进行臭氧消毒，杀除所有细菌，消毒时间30分钟；
5、启动空气过滤系统，无菌空气通过管式曝气器在发酵罐内曝气，管式曝气器产生的气泡在发酵罐内上升带动发酵罐内培养基上升，形成发酵罐内培养基不停地进行上升下降循环，可将发酵罐内的臭氧通过发酵罐顶盖及过滤设备排出发酵罐外，同时可将发酵罐内的培养基进行上下搅拌均匀，并同时可在发酵罐内的培养基内不断地产生溶解氧，管式曝气器在发酵罐内曝气时间为30分钟至60分钟；
6、利用自重原理，将发酵罐内的培养基通过发酵罐和流加罐之间的管道自行流进流加罐内，流进流加罐内的数量通过流加罐上部流加罐观察窗设定值确定；
7、启动空气能加热设备、恒温加热储水罐、恒温冷却储水罐、菌体浓度及溶氧仪在线检测系统、pH值在线检测系统、温度检测系统；
8、通过发酵罐上部接种口投放菌种，利用接种口周边的圆形凹槽的设施阻隔发酵罐外杂菌通过接种口进入发酵罐内部；
9、启动空气过滤系统，无菌空气通过管式曝气器在发酵罐内曝气，管式曝气器产生的气泡将发酵罐内的培养基进行上下搅拌均匀，同时在发酵罐内的培养基内不断地产生溶解氧；
10、6个小时后，启动发酵罐与流加罐之间的蠕动泵，按设定流量将流加罐内的培养基通过发酵罐与流加罐之间的管道流加进入发酵罐内；
11、依据菌体浓度及溶氧仪在线检测系统、pH值在线检测系统，对管式曝气器的空气流量进行调整；
12、依据温度检测系统，对发酵罐内的温度进行自动控制；
13、发酵罐连续发酵48小时至72小时后，依据菌体浓度及溶氧仪在线检测系统、pH值在线检测系统的相关值可确定发酵已经完成，通过发酵罐底部的成品出料口进行出罐。
本发明的有益效果是：
1、本发明充分利用太阳能及空气能的绿色清洁能源，节省了电力和天然气使用，节省了能源费用，采用恒温加热储水罐，确保发酵罐的加热温度在容许范围内，采用恒温冷却储水罐及冷却设备，冷却效果较好且减少水资源的浪费，发酵罐加热及冷却采用全自动控制，减少了人工成本，提高了产品的质量；
2、本发明的节能自动控温微生物好氧发酵设备，占地面积小，通过太阳能储水罐、空气能加热设备、恒温加热储水罐、恒温冷却储水罐和温度检测系统，可将发酵物料快速加热和控制好氧发酵反应在合适的温度下进行，避免了发酵温度过高而引起好氧微生物的死亡及休眠；
3、采用加热盘管，不但可以增大加热面积，而且可使被发酵物与氧气进行充分且均匀的接触从而产生高速的好氧反应；
4、发酵罐底部设有成品排污口，反应所产生的废气可进行集中处理后排放；
5、发酵罐的中部设有发酵罐观察窗，可以更准确的了解发酵罐内的发酵状况和液位，提高了设备运行的稳定性；
6、本申请的发酵罐采用不锈钢材质，减少腐蚀，使用寿命长；
7、本发明的节能自动控温微生物好氧发酵设备，可对发酵物料的温度、溶氧、流加量、pH值等参数实时在线监测，确保含氧量和温度一直处于发酵的状态，有效缩短发酵周期，整个过程实现自动化控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明发酵罐的结构示意图；
图中的序号和部件名称：1-太阳能储水罐、2-吸水泵、3-空气能加热设备、4-吸水泵、5-恒温加热储水罐、6-吸水泵、7-加热回水分流控制开关、8-恒温冷却储水罐、9-吸水泵、10-发酵罐、11-流加罐、12-空气过滤系统、13-蠕动泵、14-菌体浓度及溶氧仪安装口、15-菌体浓度及溶氧仪在线检测系统、16-pH值在线检测系统、17-管式曝气器、18-温度检测系统、19-成品出料口及排污口、20-发酵罐支脚、21-加热及冷却进水口、22-加热及冷却出水口、23-加热及冷却盘管、24-发酵罐观察窗、25-接种口、26-发酵罐顶盖及过滤设备、27-流加罐顶盖及过滤设备、28-流加罐观察窗。
具体实施方式
为更清楚地表明本专利的应用和技术路线，下面将结合附图对本专利进行详细的解释说明。
如图1所示，一种节能自动控温微生物好氧发酵设备，包括太阳能储水罐1、空气能加热设备3、恒温加热储水罐5、恒温冷却储水罐8、发酵罐10、流加罐11、空气过滤系统12和蠕动泵13；
恒温加热储水罐5的第一端F通过管道泵或吸水泵6与发酵罐10的加热及冷却进水口21连接，第二端G通过设有加热回水分流控制开关7的管道与发酵罐10的加热及冷却出水口22连接，第三端E通过管道泵或吸水泵4与空气能加热设备3连接，第四端C通过管道泵或吸水泵2与太阳能储水罐1连接；
热回水分流控制开关7通过管道分别与恒温加热储水罐、太阳能储水罐1和加热及冷却出水口22连接；
热回水分流控制开关7通过电线与空气能加热设备3连接，空气能加热设备3启动时热回水分流控制开关7同时启动，空气能加热设备3关闭时热回水分流控制开关7同时关闭；
恒温冷却储水罐8，第一端H通过管道泵或吸水泵9与发酵罐10的加热及冷却进水口21连接，第二端I通过管道与发酵罐10的加热及冷却出水口22连接，发酵罐10与空气过滤系统12连接，发酵罐10通过蠕动泵13与流加罐11连接。
如图2所示，发酵罐10的顶部设有发酵罐顶盖及过滤设备26，上部设有菌体浓度及溶氧仪安装口14和接种口25，中部设有发酵罐观察窗24，内部设有菌体浓度及溶氧仪在线检测系统15，下部设有pH值在线检测系统16、管式曝气器17、温度检测系统18、加热及冷却进水口21、加热及冷却出水口22和加热及冷却盘管23，底部设有成品出料口及排污口19和发酵罐支脚20；
菌体浓度及溶氧仪安装口14与发酵罐10为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与菌体浓度及溶氧仪在线检测系统15连接，菌体浓度及溶氧仪在线检测系统15通过管道与菌体浓度及溶氧仪安装口14连接；
pH值在线检测系统16与发酵罐10为可拆式连接；
管式曝气器17，位于发酵罐10下部的加热及冷却盘管内23，与发酵罐10为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与空气过滤系统12连接；
温度检测系统18一端与加热及冷却进水口21连接，另一端与加热及冷却出水口22连接；
所述加热及冷却进水口21第一端M与加热及冷却盘管23连接，第二端J通过管道泵或吸水泵6与恒温加热储水罐5连接，第三端K通过管道泵或吸水泵9与恒温冷却储水罐 8连接，第四端L连接温度检测系统18，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却出水口22第一端P与加热及冷却盘管23连接，第二端N通过管道与加热回水分流控制开关7连接，第三端O通过管道与恒温冷却储水罐 8连接，第四端Q连接温度检测系统18，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却盘管23采用不锈钢材质，一端R与加热及冷却进水口21连接，另一端S与加热及冷却出水口22相连接，在罐体内进行加热或冷却循环；
发酵罐观察窗24为圆形或长条形透明玻璃窗，与发酵罐10为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈；
所述接种口25与发酵罐10为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，接种口25周边设有圆形凹槽，接种口25周边圆形凹槽设置能阻隔发酵罐10外杂菌通过接种口25进入发酵罐10内的设施；
发酵罐顶盖及过滤设备26与发酵罐10为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，顶盖钻孔，顶盖孔连接罐内一侧设置过滤泡沫设备，顶盖孔连接罐外一侧设置安全排气开关。
发酵罐10为气升式微生物好氧发酵罐，采用不锈钢材质，所需溶氧由位于发酵罐10下部的管式曝气器17提供。
空气能加热设备3包括压缩机和换热器，能把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，通过压缩后的高温热能来加热水温。
太阳能储水罐1包括太阳能集热器和水箱，太阳能集热器收集太阳辐射能把水加热，并将加热的水储存在水箱中；太阳能集热器采用真空管式或平板式，把太阳能转换成热能。
流加罐11采用不锈钢材质，顶部设有流加罐顶盖及过滤设备27，与流加罐11为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，连接罐内一侧设置过滤空气设备，连接罐外一侧设置安全排气开关；上部设流加罐观察窗28，观察窗为圆形或长条形透明玻璃窗，与流加罐11为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈。
恒温冷却储水罐8内设有冷却设备。冷却设备为列管冷凝器，在圆柱形壳体内装有很多平行管子组成管束，通过热交换使溶剂蒸汽冷凝的设备。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程交换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，包括太阳能储水罐(1)、空气能加热设备(3)、恒温加热储水罐(5)、恒温冷却储水罐(8)、发酵罐(10)、流加罐(11)、空气过滤系统(12)和蠕动泵(13)；
恒温加热储水罐(5)的第一端F通过管道泵或吸水泵(6)与发酵罐(10)的加热及冷却进水口(21)连接，第二端G通过设有加热回水分流控制开关(7)的管道与发酵罐(10)的加热及冷却出水口(22)连接，第三端E通过管道泵或吸水泵(4)与空气能加热设备(3)连接，第四端C通过管道泵或吸水泵(2)与太阳能储水罐(1)连接；
热回水分流控制开关(7)通过管道分别与恒温加热储水罐、太阳能储水罐(1)和加热及冷却出水口(22)连接；
热回水分流控制开关(7)通过电线与空气能加热设备(3)连接，空气能加热设备(3)启动时热回水分流控制开关(7)同时启动，空气能加热设备(3)关闭时热回水分流控制开关(7)同时关闭；
恒温冷却储水罐(8)，第一端H通过管道泵或吸水泵(9)与发酵罐(10)的加热及冷却进水口(21)连接，第二端I通过管道与发酵罐(10)的加热及冷却出水口(22)连接，发酵罐(10)与空气过滤系统(12)连接，发酵罐(10)通过蠕动泵(13)与流加罐(11)连接。
2.根据权利要求1所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述发酵罐(10)的顶部设有发酵罐顶盖及过滤设备(26)，上部设有菌体浓度及溶氧仪安装口(14)和接种口(25)，中部设有发酵罐观察窗(24)，内部设有菌体浓度及溶氧仪在线检测系统(15)，下部设有pH值在线检测系统(16)、管式曝气器(17)、温度检测系统(18)、加热及冷却进水口(21)、加热及冷却出水口(22)和加热及冷却盘管(23)，底部设有成品出料口及排污口(19)和发酵罐支脚(20)；
所述菌体浓度及溶氧仪安装口(14)与发酵罐(10)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与菌体浓度及溶氧仪在线检测系统(15)连接，菌体浓度及溶氧仪在线检测系统(15)通过管道与菌体浓度及溶氧仪安装口(14)连接；
所述PH值在线检测系统(16)与发酵罐(10)为可拆式连接；
所述管式曝气器(17)，位于发酵罐(10)下部的加热及冷却盘管内(23)，与发酵罐(10)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，通过管道与空气过滤系统(12)连接；
所述温度检测系统(18)一端与加热及冷却进水口(21)连接，另一端与加热及冷却出水口(22)连接；
所述加热及冷却进水口(21)第一端M与加热及冷却盘管(23)连接，第二端J通过管道泵或吸水泵(6)与恒温加热储水罐(5)连接，第三端K通过管道泵或吸水泵(9)与恒温冷却储水罐 (8)连接，第四端L连接温度检测系统(18)，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却出水口(22)第一端P与加热及冷却盘管(23)连接，第二端N通过管道与加热回水分流控制开关(7)连接，第三端O通过管道与恒温冷却储水罐 (8)连接，第四端Q连接温度检测系统(18)，能自动对加热开关或冷却开关进行切换控制；
所述加热及冷却盘管(23)采用不锈钢材质，一端R与加热及冷却进水口(21)连接，另一端S与加热及冷却出水口(22)相连接，在罐体内进行加热或冷却循环；
所述发酵罐观察窗(24)为圆形或长条形透明玻璃窗，与发酵罐(10)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈；
所述接种口(25)与发酵罐(10)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，接种口(25)周边设有圆形凹槽，接种口(25)周边圆形凹槽设置能阻隔发酵罐(10)外杂菌通过接种口(25)进入发酵罐(10)内的设施；
所述发酵罐顶盖及过滤设备(26)与发酵罐(10)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，连接罐内一侧设置过滤泡沫设备，连接罐外一侧设置安全排气开关。
3.根据权利要求2所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述发酵罐(10)为气升式微生物好氧发酵罐，采用不锈钢材质，所需溶氧由位于发酵罐(10)下部的管式曝气器(17)提供。
4.根据权利要求1所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述空气能加热设备(3)包括压缩机和换热器，能把空气中的低温热量吸收进来，经过氟介质气化，然后通过压缩机压缩后增压升温，再通过换热器转化给水加热，通过压缩后的高温热能来加热水温。
5.根据权利要求1所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述太阳能储水罐(1)包括太阳能集热器和水箱，太阳能集热器收集太阳辐射能把水加热，并将加热的水储存在水箱中；太阳能集热器采用真空管式或平板式，把太阳能转换成热能。
6.根据权利要求1所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述流加罐(11)采用不锈钢材质，顶部设有流加罐顶盖及过滤设备(27)，与流加罐(11)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈，连接罐内一侧设置过滤空气设备，连接罐外一侧设置安全排气开关；上部设流加罐观察窗(28)，观察窗为圆形或长条形透明玻璃窗，与流加罐(11)为可拆式连接，可拆式连接内有密封圈。
7.根据权利要求1所述节能自动控温微生物好氧发酵设备，其特征在于，所述恒温冷却储水罐（8）内设有冷却设备。
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