CN110699247A - 一种多功能发酵罐 - Google Patents

Abstract

一种多功能发酵罐，包括罐体，上盖、驱动装置、驱动结构、检测装置、控制装置、密封部件，罐体内设置有两个相对独立的发酵腔，所述发酵腔内分别设置有搅拌轴、搅拌叶片，所述搅拌轴伸出发酵腔外并通过相同的驱动结构同时连接到驱动装置上，两个所述发酵腔对称设置，两个所述发酵腔中的所述搅拌轴、搅拌叶片的结构及在所述发酵腔中所处的位置相同，两个所述发酵腔的相邻侧壁为可拆卸的侧壁。本发明的发酵罐结构可变，能够适应多种发酵需求，能够提供更加均一的平行实验条件，也能够在用一个装置中进行种子培养和扩大培养，还能够调整发酵罐的容积，即节约了采购成本，也减小了占地面积。

Description

一种多功能发酵罐

技术领域

本发明涉及一种适用于平行对照实验和多级发酵的发酵罐，属于发酵工程领域。

背景技术

微生物发酵根据发酵过程是否需要氧气参与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等几种方法。厌氧发酵可采用不通氧的深层发酵。因此，无论好氧与厌氧发酵都可以通过深层培养来实现，这种培养均在具有一定径高比的圆柱形发酵罐内完成，就其操作方法可分为以下几种。

分批式操作：底物一次装入罐内，在适宜条件下接种进行反应，经过一定时间后，将全部反应物取出。

半分批式操作：也称流加式操作。是指先将一定量底物装入罐内，在适宜条件下接种使反应开始。反应过程中，将特定的限制性底物送入反应器，以控制罐内限制性底物浓度在一定范围，反应终止将全部反应物取出。

反复分批式操作：分批操作完成后取出部分反应系，剩余部分重新加入底物，再按分批式操作进行。

反复半分批式操作：流加操作完成后，取出部分反应系，剩余部分重新加入一定量底物，再按流加式操作进行。

连续式操作：反应开始后，一方面把底物连续地供给到反应器中，同时又把反应液连续不断地取出，使反应过程处于稳定状态，反应条件不随时间变化。

在微生物发酵的过程中，无论采用上述何种操作方式进行，都需要多级发酵，即先进行种子培养、再进行扩大培养，有时扩大培养也可进行一级、二级甚至更多级的培养。同时，生命科学是一种实验科学，在探索最优发酵条件时，通常需要进行平行对照实验。而具体到发酵领域，平行对照实验通常涉及不同的培养基、发酵时间、接种量、通气量、转速等。

现有技术的不足在于：(1)发酵罐之间的平行对照实验通常选择两个或多个发酵罐单独进行发酵。但是，如果无法找到完全相同的两个发酵罐，如发酵罐大小不同、搅拌装置的精确程度不同、搅拌装置的结构不同、通气的位置和/或方式不同等，可能无法保证实验的准确性。另一种情况是，使用同一个发酵罐，前后多次进行不同条件的发酵。这样将大幅度延长实验的时间。(2)在实验室或实际生产中，并非所有情况下都需要进行平行实验，现有技术中没有发酵罐可以即适合普通发酵也适合进行平行对照实验。(3)发酵时通常分为种子培养和扩大培养，通常需要在不同的发酵罐中进行，中间涉及到物料的转移，存在较大的染菌风险，操作也繁琐。

发明内容

本发明针对现有发酵罐存在的不足，提供一种结构可变，功能多样的发酵罐。

本发明的发酵罐，采用以下技术方案：

一种发酵罐，包括罐体，上盖、驱动装置、驱动结构、检测装置、控制装置、密封部件，罐体内设置有两个独立的发酵腔，所述发酵腔内分别设置有搅拌轴、搅拌叶片，所述驱动装置只有一个，所述搅拌轴伸出发酵腔外并通过相同的驱动结构同时连接到驱动装置上，两个所述发酵腔对称设置，两个所述发酵腔中的所述搅拌轴、搅拌叶片的结构及在所述发酵腔中所处的位置相同，两个所述发酵腔的相邻侧壁为可拆卸的侧壁，所述可拆卸的侧壁通过位于发酵罐底面、侧壁的形状匹配的凹槽插设于发酵罐中，所述检测装置用于检测发酵腔中的参数，所述参数为温度、pH值、液面高度、溶氧量、气压中的一种或多种，所述控制装置用于收集和处理所述检测装置所获得的数据、控制发酵罐的运行，所述密封部件为一个或多个，用于实现发酵过程中发酵腔的密封，两个所述发酵腔的搅拌轴，至少有一个通过离合器与所述驱动装置连接。

在一种具体的实施方式中，所述可拆卸的侧壁设置有两个限位块，靠上的所述限位块位于罐体外部，靠下的所述限位块位于罐体内部，所述可拆卸的侧壁可以向上滑动，从而让两个发酵腔连通。

在一种具体的实施方式中，所述上盖为两个独立的上盖，分别对应于两个所述发酵腔。

在一种具体的实施方式中，所述发酵罐顶部在接触所述可拆卸的侧壁的位置设置有密封件，以保证所述可拆卸的侧壁在滑动时发酵腔的密封。

在一种具体的实施方式中，两个所述发酵腔的侧壁均设置为弧形。或者，发酵腔的拐角为弧形。

在一种具体的实施方式中，两个所述发酵腔内均设有单独的进料口和/或进气口，两个所述单独的进料口通过一个总进料管进料，两个所述单独的进料口各自设置有进料控制阀；两个所述单独的进气口通过一个总进气口通气，两个所述单独的进气口各自设置有进气控制阀。

在一种具体的实施方式中，所述搅拌叶片的大小由上自下依次增加或搅拌叶片倾斜设置。

在一种具体的实施方式中，所述可拆卸的侧壁在与所述凹槽相接触的位置均设置有弹性密封件。

本发明还提供了另一种技术方案，在上述技术方案的基础上，将所述发酵腔替换为两个以上，如四个、八个。

本发明的发酵罐在使用时，能够提供更加均一的平行对照实验条件，同时进行至少两组发酵。此外，本发明的两个发酵腔能够可控制地部分或完全贯通，使用时，可以在其中一个发酵罐中进行种子培养，种子培养完成后，再贯通发酵腔，进一步地在一个、两个或多个发酵腔中进行扩大培养；也可以根据实验需要的发酵罐体积，在一开始就选择单独使用一个发酵腔或使用完全贯通后的所有发酵腔。

本发明的有益效果在于：

(1)提供了更加可靠的平行对照实验条件，在微生物发酵的过程中，转速对发酵效果有一定影响，但转速的影响较小，通常按照细菌、霉菌、酵母、大型食用真菌等分类，每种微生物的最优转速都相对固定，且转速与其他因素之间的通常不会互相影响，因此本发明的发酵罐主要为不同的发酵腔提供相同的转速，其他实验条件则可区别设置。

(2)能够在一个发酵罐中分阶段进行种子培养和扩大培养。可以先在一个发酵腔中进行低装液量的种子培养，再贯通其他发酵腔进行扩大培养。

(3)通过设置多个可贯通的发酵腔，本申请的发酵罐也能够调整装液量，当需要的装液量低时，只使用一个发酵腔，当需要的装液量高时，可以贯通对应个数的发酵腔，以适应不同的发酵需求，而不必购买多个不同规格的发酵罐。

(4)通过离合器，能够控制搅拌轴与驱动装置是否连接，当对应的发酵腔暂不使用时，可以节约能源。

(5)通过设置变速齿轮，也可以使发酵腔之间的转速不同。

(6)发酵罐通过可变的结构，节约了成本，满足了多种实际需求，节约了占地面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1是本发明的发酵罐侧视图。

图2是本发明的发酵罐简化的顶视图，对应图1的A区域，主要用于展示发酵罐侧壁的凹槽与可拆卸的侧壁的连接。

图3是本发明的发酵罐中发酵腔内壁为曲面的简化的顶视图，对应图1中的A区域，其中可拆卸的侧壁为X形。

图4是本发明的发酵罐中第一弹性密封件的局部示意图，对应图1中的B区域。

图中：1.上盖，2.驱动装置，31.第一发酵腔，32.第二发酵腔，4.搅拌轴，5.搅拌叶片，6，驱动结构，7.可拆卸的侧壁，8.凹槽，9.离合器，10.弹性密封件，11.上限位块，12.下限位块，13.密封件。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

实施例1

如图1-2、4所示，发酵罐，包括罐体，上盖1、驱动装置2、驱动结构6、检测装置、控制装置、密封部件，罐体内设置有两个独立的发酵腔，即第一发酵腔31和第二发酵腔32，所述发酵腔内分别设置有搅拌轴4、搅拌叶片5，所述驱动装置2只有一个，所述搅拌轴4伸出发酵腔外并通过相同的驱动结构6同时连接到驱动装置2上，两个所述发酵腔对称设置，两个所述发酵腔中的所述搅拌轴4、搅拌叶片5的结构及在所述发酵腔中所处的位置相同，两个所述发酵腔的相邻侧壁为可拆卸的侧壁7，所述可拆卸的侧壁通过底面、侧壁形状匹配的凹槽8插设于发酵罐中，所述检测装置用于检测发酵腔中的参数，所述参数为温度、pH值、液面高度、溶氧量、气压中的一种或多种，所述控制装置用于收集和处理所述检测装置所获得的数据、控制发酵罐的运行，所述密封部件为一个或多个，用于实现发酵过程中发酵腔的密封，两个所述发酵腔的搅拌轴4，至少有一个通过离合器9与所述驱动装置2连接。发酵罐的两个发酵腔可以作为平行的两个实验组同时或分别使用，也可以在适当的时机贯通后使用。

所述可拆卸的侧壁设置有两个限位块，靠上的所述限位块即上限位块11，其位于罐体外部，靠下的所述限位块即下限位块12，其位于罐体内部，所述可拆卸的侧壁可以向上滑动，从而让两个发酵腔连通。通过两个限位块，保证可拆卸的侧壁在使用时不会脱离发酵罐，避免染菌。所述可拆卸的侧壁上还可以设置一个提手，用于提起所述可拆卸的侧壁，通过固定提手也可以固定所述可拆卸的侧壁提起后的位置。

所述上盖1为两个独立的上盖，分别对应于两个所述发酵腔。上盖1可以完全打开，打开后可以完全取出可拆卸的侧壁7。

所述发酵罐顶部在接触所述可拆卸的侧壁的位置设置有密封件13，以保证所述可拆卸的侧壁在滑动时发酵腔的密封。

两个所述发酵腔内均设有单独的进料口和/或进气口，两个所述单独的进料口通过一个总进料管进料，两个所述单独的进料口各自设置有进料控制阀；两个所述单独的进气口通过一个总进气口通气，两个所述单独的进气口各自设置有进气控制阀。在进料或进气时，两个发酵腔的进料/进气量可以相同或不同。

所述搅拌叶片的大小由上自下依次增加或搅拌叶片倾斜设置，增加底部物料的扰动。此外，也可以在发酵腔底部设置液体喷嘴/曝气口，避免发酵腔底部物料的堆积。

所述可拆卸的侧壁在与所述凹槽相接触的位置均设置有弹性密封件10，以保证两个发酵腔的相互独立。

两个所述发酵腔的搅拌轴4，至少有一个通过离合器9与所述驱动装置2连接，或者两个均通过离合器9与驱动装置2连接。通过离合器9的控制，可以在仅使用一个发酵腔时关闭另一侧的搅拌轴4，避免浪费能源。此外，也可以在两个搅拌轴4与驱动结构6之间设置变速齿轮，从而使得两个发酵腔中的搅拌速度不同。两个发酵腔31和32，可以在相连接的底部设置一个共用的加热部件，也可以分别设置两个加热部件。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上，两个所述发酵腔的侧壁均设置为弧形，其中可拆卸的侧壁为如图3所示的X形。

实施例3

在使用本发明的发酵罐时，全程插入可拆卸的侧壁，使发酵腔31和32之间能够进行两组平行发酵。发酵腔31和32可以设置不同的接种量、培养基、pH、溶氧量、装液量等条件。

实施例4

在使用本发明的发酵罐时，可以现在发酵腔31内进行低装液量的种子培养，待种子培养完成后，可以贯通两个发酵腔，使种子液进入发酵腔32中，再向两个发酵腔中加入所需的培养基进行扩大培养。例如，在发酵腔31中按1/3装液量进行种子培养，贯通两个发酵腔，使一半种子液进入发酵腔32，再向发酵腔31和32中加满培养基，进行扩大培养。

实施例5

当发酵所需的装液量较低时，可以仅使用一个发酵腔。

在发酵罐设置有离合器9时，可以关闭不使用的发酵腔所对应的离合器。

当发酵所需的装液量较高时，可以打开上盖1，将可拆卸的侧壁7完全取出，贯通所有发酵腔后再进行发酵。此时，发酵罐配套设置一个盖，用于发酵罐在没有可拆卸的侧壁7时的密封。

实施例6

当发酵罐设置有变速齿轮时，可以使用不同尺寸的齿轮调节两个搅拌轴4的转速，从而使两个发酵腔中的转速不同。

实施例7

当发酵罐设置有变速齿轮时，还可以贯通发酵腔，提供一种发酵罐的不同区域之间搅拌速度不同的发酵罐。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种发酵罐，包括罐体，上盖、驱动装置、驱动结构、检测装置、控制装置、密封部件，其特征在于，罐体内设置有两个独立的发酵腔，所述发酵腔内分别设置有搅拌轴、搅拌叶片，所述驱动装置只有一个，所述搅拌轴伸出发酵腔外并通过相同的所述驱动结构同时连接到驱动装置上，两个所述发酵腔对称设置，两个所述发酵腔中的所述搅拌轴、搅拌叶片的结构及在所述发酵腔中所处的位置相同，两个所述发酵腔的相邻侧壁为可拆卸的侧壁，所述可拆卸的侧壁通过位于发酵罐底面、侧壁的形状匹配的凹槽插设于发酵罐中，所述检测装置用于检测发酵腔中的参数，所述参数为温度、pH值、液面高度、溶氧量、气压中的一种或多种，所述控制装置用于收集和处理所述检测装置所获得的数据、控制发酵罐的运行，所述密封部件为一个或多个，用于实现发酵过程中发酵腔的密封，两个所述发酵腔的搅拌轴，至少有一个通过离合器与所述驱动装置连接。

2.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，所述可拆卸的侧壁设置有两个限位块，靠上的所述限位块位于罐体外部，靠下的所述限位块位于罐体内部，所述可拆卸的侧壁可以向上滑动，从而让两个发酵腔连通。

3.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，所述上盖为两个独立的上盖，分别对应于两个所述发酵腔。

4.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，所述发酵罐顶部在接触所述可拆卸的侧壁的位置设置有密封件，以保证所述可拆卸的侧壁在滑动时发酵腔的密封。

5.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，两个所述发酵腔的侧壁均设置为弧形。

6.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，两个所述发酵腔内均设有单独的进料口和/或进气口，两个所述单独的进料口通过一个总进料管进料，两个所述单独的进料口各自设置有进料控制阀；两个所述单独的进气口通过一个总进气口通气，两个所述单独的进气口各自设置有进气控制阀。

7.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，所述搅拌叶片的大小由上自下依次增加或所述搅拌叶片倾斜设置。

8.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，所述可拆卸的侧壁在与所述凹槽相接触的位置均设置有弹性密封件。

9.如权利要求1所述的一种发酵罐，其特征在于，发酵腔的数量为两个以上，优选四个或八个。

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