CN117143711B - 一种制药发酵罐及发酵控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制药发酵罐技术领域，尤其为一种制药发酵罐及发酵控制系统，包括罐体、驱动电机、搅拌轴和桨叶，所述驱动电机用于驱动搅拌轴和桨叶旋转，还包括布气单元；所述布气单元包括设置在罐体内部的竖筒和固定在搅拌轴上的叶片，所述竖筒与搅拌轴同轴布置，所述桨叶位于竖筒的内部；所述竖筒的顶端位于发酵液液面以下，所述叶片的顶端位于发酵液液面以上，且叶片的底端延伸至竖筒的内部；桨叶旋转时，罐体内的发酵液从竖筒的顶端进入到竖筒的内部，再从竖筒的底端喷出；所述竖筒的底端固定连通有扁平嘴。本发明既能达到防止固态发酵物沉淀的目的，同时也从根源上解决了传统布气管存在的容易堵塞的问题。

Description

一种制药发酵罐及发酵控制系统

技术领域

本发明涉及制药发酵罐技术领域，具体为一种制药发酵罐及发酵控制系统。

背景技术

发酵罐制药工程中常用的设备，特别是机械搅拌式发酵罐。该机械搅拌式发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液以及固态发酵物充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。

如公告号为CN112358952A的中国发明专利申请公开了一种气升式和机械搅拌混用式发酵罐，包括发酵罐体，所述发酵罐体两侧设有支撑腿，所述发酵罐体内腔设有一垂直方向的搅拌轴和一圆环型的布气管，所述搅拌轴的上部分设有螺旋状的搅拌叶片，所述搅拌轴上固定套设有连接环，所述发酵罐体的底部上方设有刮板，所述刮板通过连接杆与连接环固定连接，所述布气管设置在搅拌叶片和连接环之间，且以搅拌轴为圆心设置，所述布气管的一侧与设置在发酵罐体外的进气管道连通，所述支撑腿的底部连接有减震底座，本发明的有益效果为：采用气升式和机械式箱结合的搅拌方式，减少机械搅拌的耗能，节约能源，并且搅拌混合均匀且发酵罐体的减震效果好。

上述专利申请所提供的技术方案在实际使用时存在以下的不足之处：

由于上述技术方案中的“布气管4”是直接伸入到发酵液的内部的，因此，一方面容易导致发酵液进入到“布气管4”的内部，更为严重的是，发酵液内部的固态发酵物容易沉淀到“布气管4”的表面，既会导致“布气管4”上的布气孔堵塞，也会出现固态发酵物与发酵液混合不彻底，存在发酵效果变差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制药发酵罐及发酵控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种制药发酵罐及发酵控制系统，包括罐体、驱动电机、搅拌轴和桨叶，所述驱动电机用于驱动搅拌轴和桨叶旋转，还包括布气单元；

所述布气单元包括设置在罐体内部的竖筒和固定在搅拌轴上的叶片，所述竖筒与搅拌轴同轴布置，所述桨叶位于竖筒的内部；

所述竖筒的顶端位于发酵液液面以下，所述叶片的顶端位于发酵液液面以上，且叶片的底端延伸至竖筒的内部；

桨叶旋转时，罐体内的发酵液从竖筒的顶端进入到竖筒的内部，再从竖筒的底端喷出；

所述竖筒的底端固定连通有扁平嘴，且竖筒通过传动机构与驱动电机传动连接。

优选的，所述传动机构包括减速机和套筒，所述套筒套设在搅拌轴的外侧并与搅拌轴同轴布置，且套筒通过机械密封贯穿延伸至罐体的内部并与竖筒相连接，所述搅拌轴与减速机的输入轴传动连接，所述套筒与减速机的输出轴传动连接。

优选的，所述搅拌轴上套装有第一齿轮，所述减速机的输入轴上套装有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合；

所述套筒上套装有第三齿轮，所述减速机的输出轴上套装有第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合。

优选的，所述传动机构还包括外壳，所述减速机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮与第四齿轮均位于外壳的内部，所述驱动电机安装在外壳上。

优选的，所述外壳的侧面开设有检修口，所述检修口通过设置在外壳侧面的检修门打开或关闭。

优选的，所述套筒和竖筒之间通过缓冲机构固定连接；

所述缓冲机构包括环形底板、环形顶板和外筒，所述环形底板套接固定在竖筒的顶部，所述环形顶板套接固定在套筒的底部，所述外筒固定在环形底板和环形顶板之间，且外筒与竖筒同轴布置，所述外筒的侧壁上开设有贯通外筒内外的第一侧口，发酵液通过第一侧口进入外筒的内部。

优选的，所述缓冲机构还包括设置在外筒内部的内筒，所述内筒与竖筒同轴布置；

所述外筒与内筒之间形成有通道，且内筒的侧壁上开设有第二侧口，所述第一侧口与第二侧口错位布置。

优选的，所述第一侧口和第二侧口均设置有若干个。

一种发酵控制系统，所述发酵控制系统包括上述的制药发酵罐。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置套设在桨叶外侧的竖筒，使得竖筒内的发酵液可以从上到下冲刷到罐体的内底部，达到防止固态发酵物沉淀的目的，同时配合与搅拌轴固定连接的叶片，并将叶片设置在竖筒的顶部，使得高速旋转的叶片可以对即将进入到竖筒内部的发酵液进行充氧，使得含氧小气泡、发酵液和固态发酵物充分且均匀的混合，对整个发酵过程有着显著的正向促进作用，同时也从根源上解决了传统布气管存在的容易堵塞的问题。

2、本发明通过设置的传动机构，直接利用减速机对搅拌轴的转速进行削减后再带动套筒低速旋转，从而使得扁平嘴低速旋转，从扁平嘴喷出的含有小气泡的发酵液更加均匀的分布到发酵液的内部。

3、本发明通过设置缓冲机构，利用外筒上的第一侧口与内筒上的第二侧口相互错位布置的特性，可以有效的避免叶片在高速转动过程中溅射的水花向四周扩散，一方面可以保持设置在发酵罐内部的各种传感器不被水花浸染，确保传感器可以精准采集数据，另一方面，叶片溅起的水花在撞击到外筒和内筒之后，会进一步增大空气溶解到发酵液中的量。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部剖视立体结构示意图；

图3为本发明竖筒的剖视立体结构示意图；

图4为本发明缓冲机构的立体结构示意图；

图5为本发明外筒和内筒的俯视结构示意图；

图6为本发明发酵液的循环流动示意图；

图7为本发明传动机构的剖视立体结构示意图；

图8为本发明图7除去驱动电机后的立体结构示意图。

图中：

11、罐体；12、驱动电机；13、搅拌轴；14、桨叶；

布气单元包括：21、竖筒；22、叶片；23、扁平嘴；24、缓冲机构；241、环形底板；242、环形顶板；243、外筒；2431、第一侧口；244、内筒；2441、第二侧口；245、通道；25、传动机构；251、外壳；252、减速机；253、套筒；254a、第一齿轮；254b、第二齿轮；255a、第三齿轮；255b、第四齿轮；256、检修门。

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，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：

一种制药发酵罐，包括罐体11、驱动电机12、搅拌轴13和桨叶14，桨叶14固定连接在搅拌轴13的内部，且桨叶14位于罐体11的内部，驱动电机12固定安装在罐体11的顶部，搅拌轴13的顶端贯穿延伸至罐体11的外部并与驱动电机12的输出轴固定连接，启动驱动电机12时，驱动电机12的输出轴就会带动搅拌轴13和桨叶14旋转，从而对罐体11内部的发酵液进行搅拌，以上所述为现有技术，在此不做进一步的赘述。

进一步的，如图2和图3所示，所述的制药发酵罐还包括布气单元，该布气单元用于将无菌空气引入到发酵液的内部，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。

本发明中布气单元的具体结构如下。

如图2和图3所示，所述的布气单元包括设置在罐体11内部的竖筒21和固定在搅拌轴13上的叶片22，竖筒21为圆筒状结构，且竖筒21与搅拌轴13同轴布置，桨叶14位于竖筒21的内部，本实施例中，桨叶14位于竖筒21的内底部；竖筒21的顶端位于发酵液液面以下，叶片22的顶端位于发酵液液面以上，且叶片22的底端延伸至竖筒21的内部；如此，在桨叶14旋转时，一方面，罐体11内的发酵液可以从竖筒21的顶端进入到竖筒21的内部，然后再从竖筒21的底端喷出，从而使得罐体11内部的发酵液形成如图6中箭头所示的循环流动，另一方面，叶片22也会跟随搅拌轴13一同旋转，由于叶片22一部分在发酵液液面以上，另一部分在发酵液液面以下，因此叶片22的高速转动就会使得发酵液液面以上的空气快速的溶解到发酵液的内部，该部分溶解有大量空气的发酵液又会进入到竖筒21的内部，并从竖筒21的底部喷出，从而使得整个发酵液中都充满小气泡，进一步的，从竖筒21的底部喷出的发酵液也具有防止发酵液内部固态发酵物沉淀的作用，使得固态发酵物可以一同参与到发酵液的循环流动过程中。

在竖筒21的底端固定连通有扁平嘴23，扁平嘴23的顶端为与竖筒21的底端进行连通的圆口，扁平嘴23的底端则为扁平状的开口，该扁平状的开口可以扩大由其喷出的发酵液的横向宽度，进一步防止固态发酵物的沉淀，且竖筒21通过传动机构25与驱动电机12传动连接，如此，还可以带动扁平嘴23进行旋转，从而利用扁平嘴23底端扁平状的开口全面的对罐体11的内底部进行冲刷，防沉淀效果更佳。

实际使用时，罐体11内发酵液的液位如图6所示，也即，竖筒21的顶端位于发酵液液面以下，叶片22的顶端位于发酵液液面以上，且叶片22的底端延伸至竖筒21的内部；启动驱动电机12后，驱动电机12就会带动搅拌轴13转动，此时，一方面，由于桨叶14和搅拌轴13固定连接，因此桨叶14则跟随搅拌轴13一同旋转，使得竖筒21内部的发酵液通过固定连通在竖筒21底部的扁平嘴23喷出，以冲刷罐体11的内底部，防止固态发酵物沉淀，使得固态发酵物可以尽数悬浮在发酵液中，竖筒21外部的发酵液则会从竖筒21的顶部进入到竖筒21的内部，从而使得罐体11内部的发酵液形成如图6中箭头所示的循环状态，另一方面，在竖筒21外部的发酵液从竖筒21顶部进入到竖筒21内部的过程中，势必会与叶片22接触，由于叶片22与搅拌轴13固定连接，因此叶片22也会旋转，由于叶片22一部分在发酵液液面以上，另一部分在发酵液液面以下，因此叶片22的高速转动就会使得发酵液液面以上的空气快速的溶解到发酵液的内部，然后随同发酵液进入到罐体11的内底部，如此循环往复，可使发酵液中氧含量显著增大，保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧；高速转动的叶片22也具有拍打搅碎固态发酵物的作用，使得固态发酵物能够与发酵液之间的接触面积最大。

上述方案中，通过设置套设在桨叶14外侧的竖筒21，使得竖筒21内的发酵液可以从上到下冲刷到罐体11的内底部，达到防止固态发酵物沉淀的目的，同时配合与搅拌轴13固定连接的叶片22，并将叶片22设置在竖筒21的顶部，使得高速旋转的叶片22可以对即将进入到竖筒21内部的发酵液进行充氧，使得含氧小气泡、发酵液和固态发酵物充分且均匀的混合，对整个发酵过程有着显著的正向促进作用，同时也从根源上解决了传统布气管存在的容易堵塞的问题。

如图1、图7和图8所示，所述的传动机构25包括减速机252和套筒253，套筒253套设在搅拌轴13的外侧并与搅拌轴13同轴布置，搅拌轴13则通过密封轴承与套筒253转动连接，且其中一个密封轴承位于套筒253的内底部，且套筒253通过机械密封以可旋转的方式贯穿延伸至罐体11的内部并与竖筒21相连接，搅拌轴13与减速机252的输入轴传动连接，套筒253与减速机252的输出轴传动连接。

进一步的，如图8所示，搅拌轴13上套装有第一齿轮254a，减速机252的输入轴上套装有第二齿轮254b，第一齿轮254a与第二齿轮254b相啮合；套筒253上套装有第三齿轮255a，减速机252的输出轴上套装有第四齿轮255b，第三齿轮255a与第四齿轮255b相啮合，从而就可以利用减速机252对搅拌轴13的转速进行削减，然后在由该减速机252带动套筒253低速旋转。

所述的传动机构25还包括外壳251，减速机252、第一齿轮254a、第二齿轮254b、第三齿轮255a与第四齿轮255b均位于外壳251的内部，达到对减速机252、第一齿轮254a、第二齿轮254b、第三齿轮255a与第四齿轮255b的有效保护，驱动电机12安装在外壳251上，外壳251的侧面开设有检修口，检修口通过设置在外壳251侧面的检修门打开或关闭，从而方便工作人员检修外壳251内部的减速机252、第一齿轮254a、第二齿轮254b、第三齿轮255a与第四齿轮255b。

实际使用时，驱动电机12驱动搅拌轴13旋转的过程中，第一齿轮254a和第二齿轮254b的配合也会带动减速机252的输入轴转动，经过减速机252的减速后使得减速机252的输出轴低速旋转，然后配合第三齿轮255a与第四齿轮255b，就可以带动套筒253低速旋转，由于套筒253与竖筒21相连接，因此，套筒253的旋转就会带动竖筒21旋转，也即扁平嘴23低速旋转，从而可以对罐体11的内底部进行360°的全方位冲刷，防沉淀效果更佳，同时，由于扁平嘴23的旋转，也可使从扁平嘴23喷出的含有小气泡的发酵液更加均匀的分布到发酵液的内部。

上述方案中，通过设置的传动机构25，直接利用减速机252对搅拌轴13的转速进行削减后再带动套筒253低速旋转，从而使得扁平嘴23低速旋转，从扁平嘴23喷出的含有小气泡的发酵液更加均匀的分布到发酵液的内部。

如图2、图4和图5所示，套筒253和竖筒21之间通过缓冲机构24固定连接，缓冲机构24具有缓冲由叶片22溅射而起的水花的作用，防止水花溅射到传感器上，此处的传感器是指原本设置在发酵罐上的用于检测发酵参数的传感器。

具体的，如图4和图5所示，缓冲机构24包括环形底板241、环形顶板242和外筒243，具体的，环形底板241、环形顶板242和外筒243的外径相等，环形底板241套接固定在竖筒21的顶部，环形顶板242套接固定在套筒253的底部，外筒243固定在环形底板241和环形顶板242之间，如此，既可以将竖筒21和套筒253固定连接在一起，也起到了对由叶片22溅射而起的水花的缓冲作用，且外筒243与竖筒21同轴布置，外筒243的侧壁上开设有贯通外筒243内外的第一侧口2431，发酵液通过第一侧口2431进入外筒243的内部，然后再进入到竖筒21的内部。

进一步的，缓冲机构24还包括设置在外筒243内部的内筒244，内筒244与竖筒21同轴布置；外筒243与内筒244之间形成有元环形的通道245，且内筒244的侧壁上开设有第二侧口2441，第一侧口2431与第二侧口2441错位布置，第一侧口2431和第二侧口2441均设置有若干个，换句话说，外筒243和内筒都是由若干弧形片合围形成，组成外筒243的若干弧形片呈环形等距布置，相邻的两个弧形片之间形成第一侧口2431，同理，组成内筒244的若干弧形片也呈环形等距布置，相邻的两个弧形片之间形成第二侧口2441，实际使用时，位于缓冲机构24外部的发酵液先通过第一侧口2431进入到通道245的内部，然后由于内筒244的遮挡，该部分发酵液则会转向，然后再通过第二侧口2441进入到内筒244中，之后再进入到到竖筒21的内部(如图5中箭头所示即为发酵液的大致流动方向)。

上述方案中，通过设置缓冲机构24，利用外筒243上的第一侧口2431与内筒244上的第二侧口2441相互错位布置的特性，可以有效的避免叶片22在高速转动过程中溅射的水花向四周扩散，一方面可以保持设置在发酵罐内部的各种传感器不被水花浸染，确保传感器可以精准采集数据，另一方面，叶片22溅起的水花在撞击到外筒243和内筒244之后，会进一步增大空气溶解到发酵液中的量。

本发明还提供一种发酵控制系统，该发酵控制系统包括上述的一种制药发酵罐。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种制药发酵罐，包括罐体、驱动电机、搅拌轴和桨叶，所述驱动电机用于驱动搅拌轴和桨叶旋转，其特征在于：

还包括布气单元；

所述布气单元包括设置在罐体内部的竖筒和固定在搅拌轴上的叶片，所述竖筒与搅拌轴同轴布置，所述桨叶位于竖筒的内部；

所述竖筒的顶端位于发酵液液面以下，所述叶片的顶端位于发酵液液面以上，且叶片的底端延伸至竖筒的内部；

桨叶旋转时，罐体内的发酵液从竖筒的顶端进入到竖筒的内部，再从竖筒的底端喷出；

所述竖筒的底端固定连通有扁平嘴，且竖筒通过传动机构与驱动电机传动连接；

所述传动机构包括减速机和套筒，所述套筒套设在搅拌轴的外侧并与搅拌轴同轴布置，且套筒通过机械密封贯穿延伸至罐体的内部并与竖筒相连接，所述搅拌轴与减速机的输入轴传动连接，所述套筒与减速机的输出轴传动连接；

所述套筒和竖筒之间通过缓冲机构固定连接；

所述缓冲机构包括环形底板、环形顶板和外筒，所述环形底板套接固定在竖筒的顶部，所述环形顶板套接固定在套筒的底部，所述外筒固定在环形底板和环形顶板之间，且外筒与竖筒同轴布置，所述外筒的侧壁上开设有贯通外筒内外的第一侧口，发酵液通过第一侧口进入外筒的内部；

所述缓冲机构还包括设置在外筒内部的内筒，所述内筒与竖筒同轴布置；

所述外筒与内筒之间形成有通道，且内筒的侧壁上开设有第二侧口，所述第一侧口与第二侧口错位布置；

所述第一侧口和第二侧口均设置有若干个；

所述搅拌轴上套装有第一齿轮，所述减速机的输入轴上套装有第二齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合；

所述套筒上套装有第三齿轮，所述减速机的输出轴上套装有第四齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合；

所述传动机构还包括外壳，所述减速机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮与第四齿轮均位于外壳的内部，所述驱动电机安装在外壳上。

2.根据权利要求1所述的一种制药发酵罐，其特征在于：所述外壳的侧面开设有检修口，所述检修口通过设置在外壳侧面的检修门打开或关闭。

3.一种发酵控制系统，其特征在于：所述发酵控制系统包括上述权利要求1-2任意一项所述的制药发酵罐。