CN203855585U - 一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，包括罐体、罐盖、恒压阀、搅拌电机、温度表、搅拌轴、溢流管、循环料仓、取样管、循环泵、布气管、出料口、配气板、固定菌床和搅拌桨；所述罐体设置有温控夹层，所述温控夹层外侧设置有保温层；所述温控夹层上方设置有出水口；所述罐盖上设置有恒压阀、温度表和压力表；所述罐盖中心设有搅拌电机；所述罐体的下部设有布气管和配气板，所述罐体内部至少设置有二层固定菌床，所述固定菌床由金属托架与纤维网螺旋卷构成；所述搅拌轴上设有搅拌浆，各层搅拌浆设置有数量相同的搅拌浆叶，并且沿平面均匀分布设置；本实用新型采用固定菌床与搅拌混合发酵相结合，实现物料均匀混合传递，提高产量与生产效率。

Description

一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐

技术领域

本实用新型涉及一种γ-聚谷氨酸生产技术设备领域，特别涉及一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐。

背景技术

γ-聚谷氨酸(γ-polyglutamic acid，简称γ-PGA)是由微生物产生的一种聚氨基酸型生物高分子，它由一分子谷氨酸的γ-羧基与另一分子谷氨酸的α-氨基缩合而成，分子量可达2000kDa以上，结构式为：

γ-聚谷氨酸具有极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性，在注重环保、强调可持续发展的今天，γ-聚谷氨酸及其衍生物有十分广阔的应用前景，可用于化妆品、肥料增效剂、食品、分散剂、螯合剂、建筑涂料、防尘等领域。

关于γ-聚谷氨酸的发酵生产有二种方式：游离菌体发酵方式和固定化菌体发酵方式，游离菌体发酵方式的缺点是发酵时间长、能耗大、产量低、生产效率低；固定化菌体发酵方式更适合工业化生产γ-聚谷氨酸，可进行多批次连续发酵生产，适合于γ-聚谷氨酸高粘度活细胞发酵工艺。

现有技术发明专利CN103194374A，公开了一种发酵生产γ-聚谷氨酸的柱式固定化反应器及其工艺，该装置由搅拌式反应器部分和好氧固定化柱部分组成，两部分通过恒流泵相连接进行物料交换；缺点为反应器与固化菌体分离，影响整体发酵效果；物料的混合、搅拌和传递均匀性不理想。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，针对现有技术中的不足，设计一种床流式发酵生产γ-聚谷氨酸的发酵罐，将固定化菌体发酵与游离式菌体发酵相结合，采用固定化菌床与搅拌相结合，优化结构，减少能源消耗，提高混合、搅拌和物质传递的均匀性，提升整体发酵产量与效率。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，包括罐体、温控夹层、保温层、出水口、罐盖、压力表、安全阀、恒压阀、搅拌电机、温度表、搅拌轴、溢流管、加料计量泵、pH监测仪、循环料仓、取样管、循环泵、布气管、出料口、气阀、气泵、酸洗槽、碱洗槽、净水洗槽、冷水口、热水口、配气板、固定菌床和搅拌桨，其特征在于：

所述罐体由圆柱体、圆锥体和罐盖构成，所述圆柱体下端与圆锥体焊接固定，所述圆柱体上端设置有法兰盘，所述法兰盘与所述罐盖通过螺栓密封连接；所述罐体设置有温控夹层，所述温控夹层外侧设置有保温层；所述温控夹层上方设置有出水口，所述温控夹层的圆锥体部分设置有热水口和冷水口；所述罐盖上设置有恒压阀和温度表，所述恒压阀旁路设置有安全阀和压力表；所述罐盖中心设置有搅拌电机和搅拌轴；所述罐体圆锥体底部设置有出料口，所述出料口管道旁路与气阀和气泵连通，所述气泵与净化系统连通，所述净化系统包括酸洗槽、碱洗槽和净水洗槽；所述罐体的圆锥体内部设置有布气管，所述罐体下端与圆锥体交界处设置有配气板，所述罐体内部至少设置有二层固定菌床，所述固定菌床由金属托架与纤维网螺旋卷构成，所述金属托架焊接固定于罐体内壁上，所述纤维网螺旋卷通过金属托架固定；所述固定菌床中心位置设置有通孔，所述通孔中设置有所述的搅拌轴，所述搅拌轴一端与搅拌电机连接，另一端通过轴套固定于所述配气板中心；所述搅拌轴上设置有多个搅拌浆，所述搅拌浆设置在相邻二层固定菌床之间，每层搅拌浆至少设置有二片浆叶，各层搅拌浆设置有数量相同的搅拌浆叶，所述搅拌浆叶焊接在所述搅拌轴上，并且沿平面均匀分布设置；所述罐体侧面上方设置溢流管，所述罐体圆锥体下部设置有循环料口，所述溢流管与所述循环料仓上部连通，所述循环料仓底部通过管道与循环泵连通，所述循环泵通过管道与循环料口连通；所述循环料仓上方设置有pH监测仪和加料口，所述加料口与所述的加料计量泵通过管道连通，所述循环料仓侧面设置有取样管。

所述布气管与所述出料口连通，因此出料口旁路的净化空气可以通过气泵送入发酵罐，所述布气管至少设置有三根，所述布气管在罐体圆锥体内沿所述圆锥面倾斜角度均匀分布，所述布气管的管壁上设置有多个均布的布气孔。

所述配气板上设置有均布的配气孔，所述配气孔直径为12mm—22mm。

所述固定菌床为圆柱状纤维网螺旋卷，所述纤维网螺旋卷通过金属托架固定；所述纤维网螺旋卷与所述金属托架上下面平齐，所述纤维网螺旋卷在所述金属托架内部同心均布卷绕设置。

所述相邻固定菌床之间设置有所述搅拌浆，所述固定菌床与所搅拌浆间隔层距离为50mm—200mm。

所述罐体内填加γ-聚谷氨酸发酵液，所述循环料仓内储存有溢流出来的发酵液，所述发酵罐物料流动、混合、搅拌通过循环泵驱动发酵液，从发酵罐底部进入罐体圆锥体部分，进而通过配气板均布后，进入所述固定菌床与搅拌浆交替配置区域，在循环泵压力驱动下，在搅拌浆的搅动下，逐层通过纤维网螺旋卷，发酵液中的活性成份，会附着在纤维网螺旋卷上的网状纤维中，在相邻的固定菌床之间，由于料体处于不断的驱动与搅拌作用，使得流经的发酵液的质量均匀性上升；随着发酵液的上升和不断的与活性菌体接触，罐体内部的发酵液量增加，液位升高，当发酵液液位达到并超过溢流管时，发酵液通过溢流管会流入循环料仓中，进入下一轮循环传质过程。

所述空气，通过净化系统的酸洗槽、碱洗槽和净化水洗槽，净化后的空气氧分经过气泵被输送到布气管中，经过布气管布气，均匀分布气体，并与罐体的圆锥体内的发酵液充分接触，在循环泵传送发酵液流动下，通过配气板进一步将气体与发酵液混合与分配；所述净化空气随同发酵液一起上升并进入固定菌床和搅拌浆交替配置的发酵罐内部，并逐层通过纤维网螺旋卷，为固定菌床中的活性发酵菌和罐体中游离的活性发酵菌带来氧气，进而增加了氧气的交换和发酵液的传递交换，所述空气经过各层纤维网螺旋卷后，上升到罐体顶部，并通过恒压阀间歇式向外排放，确保罐体内部一定的压力，因此可提升发酵液中的含氧量。

所述发酵罐内发酵液的温度，通过热交换器的热水和冷水进行恒温控制；所述罐体内的压力与温度数据通过压力表和温度表检测；在发酵过程中，发酵体系中需要流加的培养基料体，通过加料计量泵定量加入，发酵体系中的pH值通过循环料仓进行监测，发酵体制系中的总残糖量通过所述取样管进行取样分析监测，并通过对循环料仓的pH值进行调节，来控制整个发酵体系中的各项发酵参数。

当发酵罐中的发酵液发酵结束后，通过出料口将发酵液排出体系，进一步进行分离与提纯，获得γ-聚谷氨酸溶液或者纯品晶体；而发酵体系中的活性菌体会留存在所述固定菌床上的纤维网螺旋卷中，填加下一批次的发酵液即可继续进行γ-聚谷氨酸发酵，从而可实现多批次连续生产。

通过上述技术方案，本实用新型技术方案的有益效果是：采用固定化菌体发酵与游离式菌体发酵相结合，设置螺旋式固定化纤维菌床，优化纤维菌床结构，通过强制循环物料流与搅拌浆相结构，固定床与流动物料引结构，实现均匀混合、搅拌与物料传递，从而减少能源消耗，提高混合、搅拌和物质传递的均匀性，大大缩短发酵时间，提升整体γ-聚谷氨酸发酵产量与γ-聚谷氨酸发酵的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本实用新型实施例所公开的一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.罐体          2.温控夹层    3.保温层      4.出水口

5.罐盖          6.压力表      7.安全阀      8.恒压阀

9.搅拌电机      10.温度表     11.搅拌轴     12.溢流管

13.加料计量泵   14.pH监测仪   15.循环料仓   16.取样管

17.循环泵   18.布气管   19.出料口   20.气阀

21.气泵     22.酸洗槽   23.碱洗槽   24.净水洗槽

25.冷水口   26.热水口   27.配气板   28.固定菌床

29.搅拌桨

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据图1，本实用新型提供了一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，包括罐体1、温控夹层2、保温层3、出水口4、罐盖5、压力表6、安全阀7、恒压阀8、搅拌电机9、温度表10、搅拌轴11、溢流管12、加料计量泵13、pH监测仪14、循环料仓15、取样管16、循环泵17、布气管18、出料口19、气阀20、气泵21、酸洗槽22、碱洗槽23、净水洗槽24、冷水口25、热水口26、配气板27、固定菌床28和搅拌桨29。

所述罐体1由圆柱体、圆锥体和罐盖5构成，所述圆柱体下端与圆锥体焊接固定，所述圆柱体上端设置有法兰盘，所述法兰盘与所述罐盖5通过螺栓密封连接；所述罐体1设置有温控夹层2，所述温控夹层2外侧设置有保温层3；所述温控夹层2上方设置有出水口4，所述温控夹层2的圆锥体部分设置有热水口26和冷水口25；所述罐盖5上设置有恒压阀8和温度表10，所述恒压阀8旁路设置有安全阀7和压力表6；所述罐盖5中心设置有搅拌电机9和搅拌轴11；所述罐体1圆锥体底部设置有出料口19，所述出料口19管道旁路与气阀20和气泵21连通，所述气泵21与净化系统连通，所述净化系统包括酸洗槽22、碱洗槽23和净水洗槽24；所述罐体1的圆锥体内部设置有布气管18，所述罐体1下端与圆锥体交界处设置有配气板27，所述罐体1内部至少设置有二层固定菌床28，所述固定菌床28由金属托架与纤维网同轴卷绕构成，所述金属托架焊接固定于罐体1内壁上，所述纤维网螺旋卷通过金属托架固定；所述固定菌床28中心位置设置有通孔，所述通孔中设置有所述的搅拌轴11，所述搅拌轴11一端与搅拌电机9连接，另一端通过轴套固定于所述配气板27中心；所述搅拌轴11上设置有多个搅拌浆29，所述搅拌浆29设置在相邻二层固定菌床28之间，每层搅拌浆29至少设置有二片浆叶，各层搅拌浆设置有数量相同的搅拌浆叶，所述搅拌浆叶焊接在所述搅拌轴11上，并且沿平面均匀分布设置；所述罐体1侧面上方设置溢流管12，所述罐体1圆锥体下部设置有循环料口，所述溢流管12与所述循环料仓15上部连通，所述循环料仓15底部通过管道与循环泵17连通，所述循环泵17通过管道与循环料口连通；所述循环料仓15上方设置有pH监测仪14和加料口，所述加料口与所述的加料计量泵13通过管道连通，所述循环料仓15侧面设置有取样管16。

所述布气管18与所述出料口19连通，因此出料口19旁路的净化空气可以通过气泵21送入发酵罐，所述布气管18至少设置有三根，所述布气管18在罐体1圆锥体内沿所述圆锥面倾斜角度均匀分布，所述布气管18的管壁上设置有多个均布的布气孔。

所述配气板27上设置有均布的配气孔，所述配气孔直径为16mm。

所述固定菌床28为圆柱状纤维网螺旋卷，所述纤维网螺旋卷通过金属托架固定；所述纤维网螺旋卷与所述金属架上下面平齐，所述纤维网螺旋卷在所述金属托架内部同心均布卷绕设置。

所述相邻固定菌床28之间设置有所述搅拌浆29，所述固定菌床28与所述搅拌浆29间隔层距离为100mm。

所述罐体1内填加γ-聚谷氨酸发酵液，所述循环料仓15内储存有溢流出来的发酵液，所述发酵罐物料流动、混合、搅拌通过循环泵17驱动发酵液，从发酵罐底部进入罐体1圆锥体部分，进而通过配气板27均布后，进入所述固定菌床28与搅拌浆29交替配置区域，在循环泵17压力驱动下，在搅拌浆29的搅动下，逐层通过纤维网螺旋卷，发酵液中的活性成份，会附着在纤维网螺旋卷上的网状纤维中，在相邻的固定菌床28之间，由于料体处于不断的驱动与搅拌作用，使得流经的发酵液的质量均匀性上升；随着发酵液的上升和不断的与活性菌体接触，罐体1内部的发酵液量增加，液位升高，当发酵液液位达到并超过溢流管12时，发酵液通过溢流管12会流入循环料仓15中，进入下一轮循环传质过程。

所述空气，通过净化系统的酸洗槽22、碱洗槽23和净化水洗槽24，净化后的空气氧分经过气泵21被输送到布气管18中，经过布气管18布气，均匀分布气体，并与罐体1的圆锥体内的发酵液充分接触，在循环泵17传送发酵液流动下，通过配气板27进一步将气体与发酵液混合与分配；所述净化空气随同发酵液一起上升并进入固定菌床28和搅拌浆29交替配置的发酵罐内部，并逐层通过纤维网螺旋卷，为固定菌床28中的活性发酵菌和罐体1中游离的活性发酵菌带来氧气，进而增加了氧气的交换和发酵液的传递交换，所述空气经过各层纤维网螺旋卷后，上升到罐体顶部，并通过恒压阀8间歇式向外排放，确保罐体1内部一定的压力，因此可提升发酵液中的含氧量。

所述发酵罐内发酵液的温度，通过热交换器的热水和冷水进行恒温控制；所述罐体内的压力与温度数据通过压力表6和温度表10检测；在发酵过程中，发酵体系中需要流加的培养基料体，通过加料计量泵13定量加入，发酵体系中的pH值通过循环料仓15进行监测，发酵体制系中的总残糖量通过所述取样管16进行取样分析监测，并通过对循环料仓15的pH值进行调节，来控制整个发酵体系中的各项发酵参数。

当发酵罐中的发酵液发酵结束后，通过出料口19将发酵液排出体系，进一步进行分离与提纯，获得γ-聚谷氨酸溶液或者纯品晶体；而发酵体系中的活性菌体会留存在所述固定菌床上的纤维网螺旋卷中，填加下一批次的发酵液即可继续进行γ-聚谷氨酸发酵，从而可实现多批次连续生产。

通过上述具体实施方案，本实用新型的有益效果是：采用固定化菌体发酵与游离式菌体发酵相结合，设置螺旋式固定化纤维菌床，优化纤维菌床结构，通过强制循环物料流与搅拌浆相结构，固定床与流动物料引结构，实现均匀混合、搅拌与物料传递，从而减少能源消耗，提高混合、搅拌和物质传递的均匀性，大大缩短发酵时间，提升整体γ-聚谷氨酸发酵产量与γ-聚谷氨酸发酵的效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，其特征在于，包括罐体、温控夹层、保温层、出水口、罐盖、压力表、安全阀、恒压阀、搅拌电机、温度表、搅拌轴、溢流管、加料计量泵、pH监测仪、循环料仓、取样管、循环泵、布气管、出料口、气阀、气泵、酸洗槽、碱洗槽、净水洗槽、冷水口、热水口、配气板、固定菌床和搅拌桨；所述罐体由圆柱体、圆锥体和罐盖构成，所述圆柱体下端与圆锥体焊接固定，所述圆柱体上端设置有法兰盘，所述法兰盘与所述罐盖通过螺栓密封连接；所述罐体设置有温控夹层，所述温控夹层外侧设置有保温层；所述温控夹层上方设置有出水口，所述温控夹层的圆锥体部分设置有热水口和冷水口；所述罐盖上设置有恒压阀和温度表，所述恒压阀旁路设置有安全阀和压力表；所述罐盖中心设置有搅拌电机和搅拌轴；所述罐体圆锥体底部设置有出料口，所述出料口管道旁路与气阀和气泵连通，所述气泵与净化系统连通，所述净化系统包括酸洗槽、碱洗槽和净水洗槽；所述罐体的圆锥体内部设置有布气管，所述罐体下端与圆锥体交界处设置有配气板，所述罐体内部至少设置有二层固定菌床，所述固定菌床由金属托架与纤维网螺旋卷构成，所述金属托架焊接固定于罐体内壁上，所述纤维网螺旋卷通过金属托架固定；所述固定菌床中心位置设置有通孔，所述通孔中设置有所述的搅拌轴，所述搅拌轴一端与搅拌电机连接，另一端通过轴套固定于所述配气板中心；所述搅拌轴上设置有多个搅拌浆，所述搅拌浆设置在相邻二层固定菌床之间，每层搅拌浆至少设置有二片浆叶，各层搅拌浆设置有数量相同的搅拌浆叶，所述搅拌浆叶焊接在所述搅拌轴上，并且沿平面均匀分布设置；所述罐体侧面上方设置溢流管，所述罐体圆锥体下部设置有循环料口，所述溢流管与所述循环料仓上部连通，所述循环料仓底部通过管道与循环泵连通，所述循环泵通过管道与循环料口连通；所述循环料仓上方设置有pH监测仪和加料口，所述加料口与所述的加料计量泵通过管道连通，所述循环料仓侧面设置有取样管。

2.根据权利要求1所述的一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，其特征在于，所述布气管与所述出料口连通，因此出料口旁路的净化空气可以通过气泵送入发酵罐，所述布气管至少设置有三根，所述布气管在罐体圆锥体内沿所述圆锥面倾斜角度均匀分布，所述布气管的管壁上设置有多个均布的布气孔。

3.根据权利要求1所述的一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，其特征在于，所述配气板上设置有均布的配气孔，所述配气孔直径为12mm—22mm。

4.根据权利要求1所述的一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，其特征在于，所述纤维网螺旋卷与所述金属托架上下面平齐，所述纤维网螺旋卷在所述金属托架内部同心均布卷绕设置。

5.根据权利要求1所述的一种γ-聚谷氨酸床流式发酵罐，其特征在于，所述相邻固定菌床之间设置有所述搅拌浆，所述固定菌床与所搅拌浆间隔层距离为50mm—200mm。