CN204125452U - 一种多级连续发酵装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多级连续发酵装置，三个以上的发酵罐、储气罐、碳源补料罐、培养基补料罐和产品收集装置，所述各个发酵罐中均设有填充床过滤装置，所述三个以上的发酵罐串联后一端与碳源补料罐和培养基补料罐连通，另一端封闭，其中最后一个发酵罐中的填充床过滤装置连接中空纤维细胞分离装置后再与产品收集装置连通，它结构简单，操作方便，保证了发酵过程低污染，提高了发酵产量，节约成本，适合产业化发展。
Description
技术领域
本实用新型涉及发酵装置领域，具体涉及一种多级连续发酵装置。
背景技术
传统的发酵罐一般包括一个罐体，罐体内放置菌种和搅拌液，通过控制时间进行搅拌发酵，传统的这种发酵罐由于结构设置不合理，不但使其体积比较大，成本比较高，同时搅拌时间比较长，发酵效率比较低，发酵的效果也不好普通的高密度发酵方法或者分批发酵法应用于工业发酵存在诸多问题，如批次发酵产品质量不同、底物利用率较低、复杂的生物反应器的后处理以及不可避免的停机准备时间等都严重制约了生物发酵产品的工业化生产。相比较普通的生物发酵方法，多级连续高密度发酵法具有良好的应用前景。多级连续高密度发酵法采用多级发酵罐偶联，发酵过程中分离细胞与发酵液，实现细胞循环，提高菌体浓度，从而最大限度的提高底物转化率，产品产量以及最后的产品浓度，达到高底物利用率，高生产效率，可连续发酵等诸多优点。具有良好的工业应用前景。
实用新型内容
解决的技术问题：针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种多级连续发酵装置，结构简单，可实现自动化控制和连续化操作，适合产业化。
技术方案：
一种多级连续发酵装置，包括三个以上的发酵罐、储气罐、碳源补料罐、培养基补料罐和产品收集装置，所述各个发酵罐中均设有填充床过滤装置，所述三个以上的发酵罐串联后一端与碳源补料罐和培养基补料罐连通，其中，最后一个发酵罐中的填充床过滤装置连接中空纤维细胞分离装置后再与产品收集装置连通。
作为优选的是，所述发酵罐个数为3-7个。
作为优选的是，所述中空纤维细胞分离装置为聚砜膜中空纤维超滤膜，尺寸为4×40 in、4×50in或4×60in中的一种；膜面积为5㎡、8㎡或9㎡中的一种；截留相对分子质量为7000-80000；透过速度为200-700L/(㎡h)；供料压小于等于500kPa；膜间压差200-300k Pa；耐pH范围为1-13；耐热性为80℃。
作为优选的是，所述发酵罐、储气罐、碳源补料罐、培养基补料罐、填充床过滤装置、中空纤维装置和产品收集装置通过管道连接。
作为优选的是，所述发酵罐内设有双桨叶片，所述双桨叶片的倾斜角为20-35°。
作为优选的是，所述填充床过滤装置为活性炭填料装置。
有益效果
本实用新型装置可实现自动化控制和连续化操作，中空纤维细胞分离装置提高了菌种对发酵液的适应性，缩短了细胞生长的延滞期，解除代谢产物抑制，与分批发酵相比，不需要反复的洗罐、灭菌、接种等操作，生产效率大大提高，适合工业化操作。
附图说明
图1为四级连续发酵装置的结构示意图，其中，1、发酵罐，2、储气罐，3、中空纤维细胞分离装置，4、碳源补料罐，5、培养基补料罐，6、填充床过滤装置，7、产品收集装置。
具体实施方式
下面的实施例可使本专业技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。
“多级”是依照发酵罐的个数来定，如四级发酵由4个发酵罐串联后进行发酵，其中，第一个发酵罐为一级发酵罐，第二个发酵罐为二级发酵罐，第三个发酵罐为三级发酵罐，第四个为四级发酵罐。
实施例1
如图1所示，一种四级连续发酵装置，包括四个发酵罐1、储气罐2、碳源补料罐4、培养基补料罐5和产品收集装置7，四个发酵罐1串联后左端与碳源补料罐4、培养基补料罐5连通，另一端封闭，每级发酵罐1中均设有倾斜角30°的双桨叶片和填充床过滤装置6，其中第四级发酵罐1中的填充床过滤装置6连通FPM-03520型号的中空纤维细胞分离装置3后再与产品收集装置7连通。FPM-03520型号的中空纤维膜组件中，膜材料为聚砜，组件尺寸为4×50in，膜面积为5㎡，截留相对分子质量为7000，透过速度为200L(㎡·h)，最大供料压力为500kPa，膜间压差为300kPa，耐pH范围为1-13，耐热性为80℃。
实施例2
一种三级连续发酵装置，包括三个发酵罐1、储气罐2、碳源补料罐4、培养基补料罐5和产品收集装置7，三个发酵罐1串联后左端与培养基补料罐5、碳源补料罐4连通，另一端封闭，每级发酵罐1中均设有倾斜角20°的双桨叶片和活性炭填充的填充床过滤装置6，其中第三级发酵罐1中的填充床过滤装置6连通FPM-30520型号的中空纤维细胞分离装置3后再与产品收集装置7连通。FPM-30520型号的中空纤维膜组件中，膜材料为聚砜，组件尺寸为4×50in，膜面积为5㎡，截留相对分子质量为30000，透过速度为500L(㎡·h)，最大供料压力为500kPa，膜间压差为300kPa，耐pH范围为1-13，耐热性为80℃。
实施例3
一种七级连续发酵装置，包括七个发酵罐1、储气罐2、碳源补料罐4、培养基补料罐5和产品收集装置7，七个发酵罐1串联后左端与碳源补料罐4、培养基补料罐5连通，另一端封闭，每级发酵罐1中均设有倾斜角35°的双桨叶片和填充床过滤装置6，其中第七级发酵罐1中的填充床过滤装置6连通FPM-82542型号的中空纤维细胞分离装置3后再与产品收集装置7连通，FPM-82542型号的中空纤维膜组件中，膜材料为聚砜，组件尺寸为4×40 in，膜面积为5㎡，截留相对分子质量为80000，透过速度为700L(㎡·h)，最大供料压力为500kPa，膜间压差为300kPa，耐pH范围为1-13，耐热性为80℃。
以实施例2的四级连续发酵装置发酵生产丁二酸，菌种经处理得发酵菌种后，在发酵罐中接入发酵培养基，通过储气罐向发酵罐中通入CO2和H2的混合气（体积比1:1），通气量为0.02L/（min·L）。将发酵菌种按10%的接种量接种至一级发酵罐中后，发酵罐中的培养基开始连续的流加到培养罐组的二级发酵罐,依次留到四级发酵罐中。通过控制储气罐的通气量，碳源补料罐和培养基补料罐控制一级发酵罐中初糖浓度、葡萄糖补糖速率10ml/h、发酵液流出速率40ml/h、发酵液流入速率10ml/h，通过控制补糖速率、发酵液流出速率和发酵液流入速率控制各级发酵罐内的糖浓度，填充床过滤装置控制各级发酵罐中细胞生物量。发酵液留出经过中空纤细胞分离装置，富含细胞的发酵液重新流回发酵罐，富含产品的流向产品收集装置。发酵50h后，丁二酸浓度达到30g/L，并随着时间变换不断提升，发酵80h后，丁二酸浓度稳定在55g/L。
Claims (6)
1.一种多级连续发酵装置，其特征在于：包括三个以上的发酵罐、储气罐、碳源补料罐、培养基补料罐和产品收集装置，所述各个发酵罐中均设有填充床过滤装置，所述三个以上的发酵罐串联后一端与碳源补料罐和培养基补料罐连通，另一端封闭，其中最后一个发酵罐中的填充床过滤装置连接中空纤维细胞分离装置后再与产品收集装置连通。
2.根据权利要求1所述多级连续发酵装置，其特征在于：所述发酵罐个数为3-7个。
3.根据权利要求1所述多级连续发酵装置，其特征在于：所述中空纤维细胞分离装置为聚砜膜中空纤维超滤膜，尺寸为4×40 in 、4×50 in或4×60 in 中的一种；膜面积为5㎡、8㎡或9㎡中的一种；截留相对分子质量为7000-80000；透过速度为200-700L/(㎡·h)；供料压小于等于500kPa；膜间压差200-300 k Pa；耐pH范围为1-13；耐热性为80℃。
4.根据权利要求1所述多级连续发酵装置，其特征在于：所述发酵罐、储气罐、碳源补料罐、培养基补料罐、填充床过滤装置、中空纤维装置和产品收集装置通过管道连接。
5.根据权利要求1所述多级连续发酵装置，其特征在于：所述发酵罐内设有双桨叶片，所述双桨叶片的倾斜角为20-35°。
6.根据权利要求1所述多级连续发酵装置，其特征在于：所述填充床过滤装置为活性炭填料装置。
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| CN106148444A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-11-23 | 南京工业大学 | 一种多级连续发酵产l‑赖氨酸的方法 |
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