CN109055201B - 一种风控式多功能固体发酵托盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种风控式多功能固体发酵托盘装置，此装置由空气加湿槽，物料灭菌沥水及冷凝水承接槽及回流装置，空气分布及缓冲腔，空气分布通道插针，空气通道压力调节装置，物料承接板及强力电磁快组成。本发明可以避免固体发酵时通气孔的堵塞引起通气传热传质不均匀，可以调节空气湿度避免通气引起物料干燥，此装置可以根据发酵罐底端形状结构进行改装不同形状，此装置可以同发酵器一起形成密闭空间进行物料在位灭菌，同时收集物料灭菌过程中的沥出营养液回补和收集灭菌冷凝水通过雾化增湿。此装置集供气（汽）传质、调温、控湿、灭菌、防堵于一身，还可用于后期通气物料干燥处理，自动化程度高，易于控制操作。

Description

一种风控式多功能固体发酵托盘装置

技术领域

本发明涉及一种生物发酵用装置，尤其涉及一种风控式多功能固体发酵托盘装置。

背景技术

生物发酵根据发酵基质状态分为液体发酵和固体发酵。生物反应器为发酵提供发酵场所创造生物生长代谢条件，液体发酵基质呈流动状态易于控温、传质，对于液体发酵装置设计较为容易，主要保证封闭、供气、保温、无卫生死角及无杂菌状态。而针对固体发酵因其发酵基质呈固体不流动，其主要的传质、传热受到影响。但固体发酵又不能完全被液体发酵代替，比如说固体发酵其许多次级代谢产物丰富，液体发酵条件下不能产生。

固体发酵纯种发酵是目前研究的热点，发酵控制是其难点。纯种接种、发酵传质、发酵温度、湿度控制，菌丝体的完整性都对固体发酵设备设计提出了的挑战。固体发酵过程中传质、传热、传湿主要通过供气控制，固体发酵基质固态可能导致物料混料、接种不均匀，物料内部紧密性不一致气体传质交换不均、温度传导不畅发酵温度不好控制，搅拌方式不当破坏菌丝形成，物料碎屑堵塞进气孔通风不畅，基质底部积水上部干燥等等诸多问题。导致产品发酵不均匀或物料发酵不透，严重影响了固体发酵进程及产品质量。

发明内容

针对上述固体发酵技术中存在的固体发酵基质堵塞气孔、气体传递、物质交互、温度、湿度不均匀等问题，以及不易控制等缺陷，本发明提出一种风控式多功能固体发酵托盘装置，具体技术方案如下：

一种风控式多功能固体发酵托盘装置，包括加湿槽，所述加湿槽为封闭式腔室，所述加湿槽内设有用于显示液位的液位管，所述加湿槽底部设有筛板，所述筛板上设有圆孔通道，所述加湿槽一侧设有蒸汽进口和进水口，位于该侧加湿槽内设有引流板，所述引流板顶端固定于加湿槽顶部，所述引流板底端和所述加湿槽底部留有间隙，所述加湿槽腔室内设有若干组隔板，所述隔板将加湿槽分割成若干互相连通槽体，所述槽体末端设有互为连通的承接槽；承接槽，所述承接槽底部设有液体出口，所述液体出口设有出口阀门，所述液体出口分支设有回流装置，所述回流装置设置于加湿槽外侧，所述承接槽顶部为开放口结构，所述开放口上设有过滤网；缓冲腔，所述缓冲腔为设置于加湿槽上端的密闭腔体，所述缓冲腔和所述承接槽互为连通结构，所述缓冲腔一侧设有气体进口；控制装置，所述控制装置设置于所述缓冲腔内，所述控制装置还包括承接板、气体通道、压块、弹簧，所述承接板设置于缓冲腔顶部并设置在发酵罐或发酵槽底部，所述压块设置于缓冲腔内将所述缓冲腔分割成独立的上下两个腔室，所述压块上连接气体通道，所述气体通道为中空柱状结构，所述气体通道底部贯穿压块设置并将所述缓冲腔上下两个腔室连通，所述气体通道顶部贯穿固定于承接板上，所述气体通道顶端设有密封伞形状结构的分布头，所述分布头下端、位于气体通道管身处对称设有两组通气孔，所述气体通道柱状外表面套设弹簧，所述弹簧顶端固定于承接板下端面，所述弹簧底端固定于压块上端面，所述压块可沿着缓冲腔内壁滑动。

进一步的，所述隔板为垂直方向互相平行设置的两组挡板，其中一组挡板顶部和所述加湿槽顶部留有间隙，该组挡板底部固定于加湿槽底部，其中另一组挡板顶部设有联通口并固定于加湿槽顶部，该组挡板底部和所述加湿槽底部留有间隙。

进一步的，所述筛板上的圆孔通道倾斜30°设置，所述30°倾斜角的目的为了增加通过该孔径的路径，把气体分散成细密小气泡并螺旋上升，增加湿度。

进一步的，所述承接板底部中心位置设有强力电磁铁，所述承接板上设有凹槽，所述凹槽内设有用于密封承接板和分布头的O型垫圈。

进一步的，所述回流装置上连接设有蠕动泵。

进一步的，所述滑块和所述缓冲腔内壁连接处设有密封垫圈。

进一步的，所述气体进口底部设有支管连通蒸汽进口，位于支管前后的气体进口上设有气体进口阀门和干燥空气进口阀门，位于支管前的蒸汽进口上设有蒸汽阀门。

进一步的，所述加湿槽底部设有排水口，所述排水口上设有排水口阀门，优选地在每个槽体底部均设有排水口。

进一步的，所述进水口上设有进水口阀门。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明可以避免固体发酵时通气孔的堵塞引起通气传热传质不均匀，可以调节空气湿度进而避免通气引起物料干燥，并且根据发酵罐底端形状结构进行改装适用性的不同形状，可以同发酵器一起形成密闭空间进行物料在位灭菌，同时收集物料灭菌过程中的沥出营养液回补和收集灭菌冷凝水通过雾化增湿。此装置集供气（汽）传质、调温、控湿、灭菌、防堵、干燥于一身，自动化程度高，易于控制操作，解决了固体发酵设备功能单一，易染菌，温度、湿度不好控制通气传质不均等难题，降低劳动强度，易于工业化规模发酵控制，降低成本及设备投资，大大提高了经济效益，值得推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明承接板俯视结构示意图。

图3为本发明伞形状结构分布头的结构示意图。

图4为本发明筛板剖视结构示意图。

其中，1-加湿槽，2-加湿槽，3-缓冲腔，4-控制装置，5-气体进口，6-蒸汽进口，7-进水口，8-强力电磁铁，9-弹簧，10-压块，11-承接板，12-气体通道，13-O型垫圈，14-密封垫圈，15-干燥空气进口阀门，16-气体进口阀门，17-蒸汽阀门，18-进水口阀门，19-筛板，20-隔板，21-过滤网，22-液体出口，23-蠕动泵，24-出口阀门，25-联通口，26-回流装置，27-排水口，28-分布头，29-排水口阀门，30-液位管，31-通气孔，32-圆孔通道，33-引流板。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作出创作性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护的范围。

如图1至图3所示，一种风控式多功能固体发酵托盘装置，包括加湿槽1，所述加湿槽1为封闭式腔室，所述加湿槽1内设有用于显示液位的液位管30，所述加湿槽1底部设有筛板19，所述筛板19上设有圆孔通道32，所述加湿槽1一侧设有蒸汽进口6和进水口7，位于该侧加湿槽1内设有引流板33，所述引流板33顶端固定于加湿槽1顶部，所述引流板33底端和所述加湿槽1底部留有间隙，所述加湿槽1腔室内设有若干组隔板20，所述隔板20将加湿槽1分割成若干互相连通槽体，所述槽体末端设有互为连通的承接槽2；加湿槽2，所述承接槽2底部设有液体出口22，所述液体出口22上设有出口阀门24，所述液体出口22分支设有回流装置26，所述回流装置26设置于加湿槽1外侧，所述回流装置26末端连接至发酵罐内的雾化喷头上，将回流的液体喷淋至罐内，并最终沥下流至承接槽2，所述承接槽2顶部为开放口结构，所述开放口上设有过滤网21；缓冲腔3，所述缓冲腔3为设置于加湿槽1上端的密闭腔体，所述缓冲腔3和所述承接槽2为连通结构，所述缓冲腔3一侧设有气体进口5；控制装置4，所述控制装置4设置于所述缓冲腔3内，所述控制装置4还包括承接板11、气体通道12、压块10、弹簧9，所述承接板11设置于缓冲腔3顶部并设置在发酵罐或发酵槽底部，所述压块10设置于缓冲腔3内将所述缓冲腔3分割成独立的上下两个腔室，所述压块10上连接气体通道12，所述气体通道12为中空柱状结构，所述气体通道12底部贯穿压块10设置并将所述缓冲腔3上下两个腔室连通，所述气体通道12顶部贯穿固定于承接板11上，所述气体通道12顶端设有密封伞形状结构的分布头28，所述分布头28下端、位于气体通道12管身处对称设有两组通气孔31，所述气体通道12柱状外表面套设弹簧9，所述弹簧9顶端固定于承接板11下端面，所述弹簧9底端固定于压块10上端面，所述压块10可沿着缓冲腔3内壁滑动。

优选地，所述隔板20为垂直方向互相平行设置的两组挡板，其中一组挡板顶部和所述加湿槽1顶部留有间隙，该组挡板底部固定于加湿槽1底部，其中另一组挡板顶部设有联通口25并固定于加湿槽1顶部，该组挡板底部和所述加湿槽1底部留有间隙。

优选地，所述筛板19上的圆孔通道32倾斜30°设置，倾斜30°的圆孔通道32，增加了通过路径的距离，把蒸汽转化成细密的小气泡并螺旋上升，可以增加保湿度。

优选地，所述承接板11底部中心位置设有强力电磁铁8，所述承接板11上设有凹槽，所述凹槽内设有用于密封承接板11和分布头28的O型垫圈13。

优选地，所述回流装置26上连接设有蠕动泵23。

优选地，所述滑块10和所述缓冲腔3内壁连接处设有密封垫圈14。

优选地，所述气体进口5底部设有支管连通蒸汽进口6，位于支管前后的气体进口5上设有气体进口阀门16和干燥空气进口阀门15，位于支管前的蒸汽进口6上设有蒸汽阀门17。

优选地，所述加湿槽1底部设有排水口27，所述排水口27上设有排水口阀门29，为了控制和掌握排水状况，所述加湿槽1的若干槽体底部均设有排水口27。

优选地，所述进水口7上设有进水口阀门18。

实施例1：

如图1-3所示，本发明主要由用于空气加湿的加湿槽1，用于物料灭菌沥水及冷凝水的承接槽2，用于空气分布及缓冲的缓冲腔3，气体通道插针及压力控制的控制装置4，气体进口5，蒸汽进口6，无菌水的进水口7，强力电磁铁8，可调压力的弹簧9，滑动压块10和物料承接板11，用于空气分布的气体通道12，用于密封物料承接板凹槽和气体通道的O型垫圈13，可沿着缓冲腔3内壁滑动的压块10、及用于密封滑块10和缓冲腔3内壁密封垫圈14，用于空气分布的筛板19，隔板20，过滤网21，液体口22，蠕动泵23，用于空气加湿槽连通的联通口25，用于补液的回流装置26，用于空气加湿槽的排水口27，伞形状结构的分布头28，用于显示空气加湿槽内液位管30及干燥空气进口阀门15，气体进口阀门16，蒸汽阀门17，进水口阀门18，出口阀门24，排水口阀门29部件组成；

灭菌时，本发明装置与发酵罐体或发酵槽装配成密闭空间，关闭所有阀门，开启水口阀门18和出口阀门24，通过进水进口7通入无菌水并在加湿槽1中预先加入1/3自来水，通过液位管30观察进水量，关闭出口阀门24；

通蒸汽时，开启蒸汽阀门17通过蒸汽进口6通入蒸汽，蒸汽沿着加湿槽1壁和引流板33之间的通道进入加湿槽1底部，并通过筛板19上设有的圆孔通道32进入加湿槽1内，其中加湿槽1内由隔板20分割成若干互相连通的槽体，所述蒸汽通过槽体底端上升至隔板20其中一组挡板的端部，并进入该组挡板和加湿槽1顶部的缝隙向下流动，蒸汽再次流入隔板20的另一组挡板的底部，由于另一组挡板和所述加湿槽1底部设有空隙，因此蒸汽进入另一槽体，如此循环往复，最终通过筛板19上倾斜30°设置的圆孔通道32进入用于物料灭菌沥水及冷凝水的承接槽2中，所述倾斜30°设置的圆孔通道32，增加了无菌气体的通过路程，提高了其细密度和增湿效果，蒸汽通过承接槽2中筛板19及过滤网21进入用于空气分布及缓冲的缓冲腔3下腔中，当蒸汽压力达到设定值室，蒸汽推动可滑动的压块10，进而压缩可调压力的弹簧9并带动气体通道12上移，气体通道12穿出承接板11并插入物料中，蒸汽从气体通道12进入伞形状分布头28，沿着伞形状气体分布头28与物料承接板11的凹槽及O型垫圈13形成的间隙喷出，具体通过气体通道12顶部设置的通气孔31进入发酵罐或发酵槽中对物料进行灭菌处理；本发明设定一定压力蒸汽喷出可防止物理碎屑进入伞形状气体的分布头28与物料承接板11凹槽及密封的O型垫圈13形成的间隙形成堵塞，物料灭菌过程中沥液及冷凝水自动收集于承接槽2中并同步灭菌完成备用。灭菌结束关闭蒸汽阀门17，可调压力的弹簧9推动压块10带动气体通道12下移，气体通道12上伞形状气体的分布头28与物料的承接板11设置的凹槽、O型垫圈13闭合，关闭通道。

通气控制：灭菌结束根据物料湿度选择无菌空气通道，当发酵基料需要加湿时，打开气体进口阀门16，无菌空气通过无菌的气体进口5进入加湿槽1，无菌空气沿着加湿槽1壁、引流板33、筛板19形成的通道进入加湿槽1第一小槽底部，通过筛板19的30°倾斜小孔形成细小气泡在无菌水中螺旋上升，增湿气体汇集在第一槽体的顶部又沿着空筛板19与第一隔板20之间形成的通道进入第二个槽体中，并再次通过筛板19设置30°倾斜的圆孔通道32形成细小气泡在无菌水中螺旋上升达到第二个槽体顶部，所述倾斜30°设置的圆孔通道32，增加了无菌气体的通过路程，提高了其细密度和增湿效果，无菌空气依此方式依次通过若干槽体，直至进入承接槽2中，增湿后无菌空气通过承接槽2、过滤网21进入缓冲腔3下腔中，当无菌湿空气压力达到设定值是推动压块10压缩可调压力的弹簧9，并带动气体通道12上移，空气体通道12插入物料中，无菌湿空气从气体通道12通道进入伞形状气体的分布头28，通过伞形状气体分布头28内通气孔31，沿着,分布头28与物料承接板11的凹槽及O型垫圈13形成的间隙喷出进入发酵罐或发酵槽中对物料进行供气传质；在发酵过程中可以测定尾气湿度，调整加湿槽1各个槽体顶部联通口25开闭，增减无菌空气加湿次数，控制空气湿度达到基料最佳发酵湿度，通过观察加湿槽1液位管30中液位，可及时通过进水口7开启进水口阀门18补充无菌水。

当发酵基料不需要加湿时，或需要降低基料湿度时，同时打开气体进口阀门16和干燥空气进口阀门15，无菌空气或干无菌空气直接进入缓冲腔3下腔中，当空气压力达到设定值是推动压块10压缩弹簧9并带动气体通道12上移，气体通道12插入物料中，空气从气体通道12通道进入伞形气体分布头28，通过伞形气体分布头28内通气孔31沿着伞形气体分布头28与物料承接板凹槽及O型垫圈13形成的间隙喷出进入发酵罐或发酵槽中对物料进行供气传质或通过尾气把基料中水分带出使基料达到最适发酵湿度。

为了实现发酵温度的控制，本发明对无菌空气进行外加热或冷却处理后，通过此装置通入发酵基料可以快速进行发酵基料加热或冷却，灵活控制发酵温度，

为了控制发酵物料的干燥，本发明同时打开气体进口阀门16和燥空气进口阀门15，将无菌空气通过气体进口5通入无菌干热空气，干热无菌空气直接进入缓冲腔3下腔中，当空气压力达到设定值是推动压块10压缩可调压力弹簧9并带动气体通道12上移，气体通道12插入物料中，干热无菌空气从气体通道12通道进入伞形气体分布头28，通过伞形气体分布头28内通气孔31沿着伞形气体分布头28与物料承接板凹槽及O型垫圈13形成的间隙喷出进入发酵罐或发酵槽中对物料进行快速干燥处理。

本发明通过压块10和气体通道12上设置的弹簧9控制气体通道12的开闭，同时承接板11上设置的强力电磁铁8，利用强力电磁铁8在对压块10的洗礼和弹簧9的推力也可以控制气体通道12的开闭。

为了满足并适用于不同发酵罐体的使用，本发明装置可根据发酵罐底端的形状进行改进，并且本发明装置集供气（汽）传质、调温、控湿、灭菌、 防堵于一身，还可用于后期通气物料干燥处理，自动化程度高，易于控制操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风控式多功能固体发酵托盘装置，其特征在于：包括

加湿槽（1），所述加湿槽（1）为封闭式腔室，所述加湿槽（1）内设有用于显示液位的液位管（30），所述加湿槽（1）底部设有筛板（19），所述筛板（19）上设有圆孔通道（32），所述筛板（19）上的圆孔通道（32）倾斜30°设置，所述加湿槽（1）一侧设有蒸汽进口（6）和进水口（7），位于该加湿槽（1）内设有引流板（33），所述引流板（33）顶端固定于加湿槽（1）顶部，所述引流板（33）底端和所述加湿槽（1）底部留有间隙，所述加湿槽（1）腔室内设有若干组隔板（20），所述隔板（20）将加湿槽（1）分割成若干互相连通槽体，所述槽体末端设有互为连通的承接槽（2），所述隔板（20）为垂直方向互相平行设置的两组挡板，其中一组挡板顶部和所述加湿槽（1）顶部留有间隙，该组挡板底部固定于加湿槽（1）底部，其中另一组挡板顶部设有联通口（25）并固定于加湿槽（1）顶部，该组挡板底部和所述加湿槽（1）底部留有间隙；

承接槽（2），所述承接槽（2）底部设有液体出口（22），所述液体出口（22）设有出口阀门（24），所述液体出口（22）分支设有回流装置（26），所述回流装置（26）设置于加湿槽（1）外侧，所述回流装置（26）上连接设有蠕动泵（23），所述回流装置（26）末端连接至发酵罐内的雾化喷头上，将回流的液体喷淋至罐内，并最终沥下流至承接槽（2），所述承接槽（2）顶部为开放口结构，所述开放口上设有过滤网（21）；

缓冲腔（3），所述缓冲腔（3）为设置于加湿槽（1）上端的密闭腔体，所述缓冲腔（3）和所述承接槽（2）互为连通结构，所述缓冲腔（3）一侧设有气体进口（5）；

控制装置（4），所述控制装置（4）设置于所述缓冲腔（3）内，所述控制装置（4）还包括承接板（11）、气体通道（12）、压块（10）、弹簧（9），所述承接板（11）设置于缓冲腔（3）顶部并设置在发酵罐或发酵槽底部，所述承接板（11）底部中心位置设有强力电磁铁（8），所述承接板（11）上设有凹槽，所述凹槽内设有用于密封承接板（11）和分布头（28）的O型垫圈（13），所述压块（10）设置于缓冲腔（3）内将所述缓冲腔（3）分割成独立的上下两个腔室，所述压块（10）和所述缓冲腔（3）内壁连接处设有密封垫圈（14），所述压块（10）上连接气体通道（12），所述气体通道（12）为中空柱状结构，所述气体通道（12）底部贯穿压块（10）设置并将所述缓冲腔（3）上下两个腔室连通，所述气体通道（12）顶部贯穿固定于承接板（11）上，所述气体通道（12）顶端设有密封伞形状结构的分布头（28），所述分布头（28）下端、位于气体通道（12）管身处对称设有两组通气孔（31），所述气体通道（12）柱状外表面套设弹簧（9），所述弹簧（9）顶端固定于承接板（11）下端面，所述弹簧（9）底端固定于压块（10）上端面，所述压块（10）可沿着缓冲腔（3）内壁滑动。

2.根据权利要求1所述的一种风控式多功能固体发酵托盘装置，其特征在于：所述气体进口（5）底部设有支管连通蒸汽进口（6），位于支管前后的气体进口（5）上设有气体进口阀门（16）和干燥空气进口阀门（15），位于支管前的蒸汽进口（6）上设有蒸汽阀门（17）。

3.根据权利要求1所述的一种风控式多功能固体发酵托盘装置，其特征在于：所述加湿槽（1）底部设有排水口（27），所述排水口（27）上设有排水口阀门（29）。

4.根据权利要求1所述的一种风控式多功能固体发酵托盘装置，其特征在于：所述进水口（7）上设有进水口阀门（18）。

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