CN204676085U - 一种发酵罐的自动采样系统 - Google Patents

Abstract

一种发酵罐的自动采样系统，需要采样时，控制机控制取样阀开启、管路阀开启，控制双向取样泵开启。当液体传感器检测到发酵液样品时，控制机开始计时并延时一定时间后控制取样阀关闭，同时控制吹气泵以及吹气阀开启，无菌空气通过无菌空气管路将输送管中的样品送入取样池。当取样池中的电导式液体传感器检测到发酵液样品时，控制机控制双向取样泵关闭以及控制废液阀开启，输送管多余的发酵液样品经废液管路排入废液瓶内。发酵液样品处理完成后，控制机控制废液阀开启、双向取样泵反向转动，将取样池中的发酵液样品通过废液管路排入废液瓶内。适用于多种发酵取样装置，可对各类发酵罐进行自动取样，使在线分析系统能应用于各种发酵类型。

Description

一种发酵罐的自动采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种发酵罐的自动采样系统。   

背景技术

发酵过程中要定时从发酵罐采样分析，获得发酵过程的各种关键数据。从发酵罐内采集发酵样品最关键的一点是必需保证发酵安全，防止环境中的杂菌污染发酵液。根据发酵的目标不同，发酵产物状态差异极大，有的最终产物很稀，有的则很稠，有的甚至成团成块。有的发酵过程不足一天，有些需要数十天。发酵罐也是种类繁多，大小各异。大的罐容量可达数百立方米，小的只有数升。对于不同的发酵类型和发酵罐，不同的分析测定要求，对发酵过程的自动取样就有不同的要求。目前最安全的取样方些为微孔陶瓷管无菌取样，因为菌体不能通过微孔，所以不会污染发酵液，但它的缺点也明显，不仅取样速度慢，而且容易堵塞， 其次是模拟手动取样的间接取样法，因为每次取样后均用蒸汽灭菌取样口，安全性也很高。但这种方法取样量较多，每次取样量至少要数十毫升，不适合只有数十升的小发酵罐。从罐内直接取样的方法，取样速度快，取样量少，但对发酵周期达数十天的发酵来说，虽然有取样管内洁净空气作隔离，还是有一定的污染风险，需要在发酵中间进行取样管路灭菌处理。

实用新型内容

本实用新型为了克服以上技术的不足，提供了一种确保取样安全、防止取样污染适用于各种发酵类型的发酵罐的自动采样系统。

本实用新型克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种发酵罐的自动采样系统，包括

取样装置，经取样阀连接于发酵罐，用于将发酵液从发酵罐中取出；

取样池，其内部安装有用于检测液体的电导式液体传感器；

输送管，其一端经管路阀通过双向取样泵连接于取样池，另一端经液体传感器连接于取样装置；

废液管路，其一端经废液阀通过双向取样泵连接于取样池，另一端连接于废液瓶；

以及无菌空气管路，其连接于取样装置与双向取样泵之间的输送管上，所述无菌空气管路上安装有吹气阀和吹气泵；

所述取样阀、吹气泵、吹气阀、液体传感器、电导式液体传感器、双向取样泵以及管路阀均连接于控制机。

上述取样装置为U型管，所述输送管与U型管弯曲部位最下端相连。

上述取样装置为插入发酵罐中的陶瓷管取样器或直管取样器。

为了方便连接，上述输送管为胶管。

为了对分析仪旁的管路进行消毒，还包括消毒清洗液管路Ⅱ 19，所述消毒清洗液管路Ⅱ 19经消毒清洗阀Ⅱ 20连接于双向取样泵16，所述消毒清洗阀Ⅱ 20连接于控制机。

为了防止U型管内发酵液样品被杂菌污染进而污染发酵罐中的发酵液，还包括连接于U型管3上的蒸汽管4，所述蒸汽管4上安装有蒸汽阀5，所述蒸汽阀5连接于控制机。

为了进一步确保取样安全，还包括消毒清洗液管路Ⅰ 12，所述消毒清洗液管路Ⅰ 12经消毒清洗阀Ⅰ 13连接于输送管9。

附图说明

图1为本实用新型U型管取样结构示意图；

图2为本实用新型陶瓷管或直管取样结构示意图；

图3为本实用新型分析仪侧管路连接示意图；

图中，1.发酵罐 2.取样阀 3.U型管 4.蒸汽管 5.蒸汽阀 6.无菌空气管路 7.吹气泵 8.吹气阀 9.输送管 10.液体传感器 11.陶瓷管取样器 12.消毒清洗液管路Ⅰ 13.消毒清洗阀Ⅰ14.取样池 15.电导式液体传感器 16.双向取样泵 17.废液管路 18.废液阀 19.消毒清洗液管路Ⅱ 20.消毒清洗阀Ⅱ 21.管路阀。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2、附图3对本实用新型做进一步说明。

一种发酵罐的自动采样系统，包括:取样装置，经取样阀2连接于发酵罐1，用于将发酵液从发酵罐1中取出；取样池14，其内部安装有用于检测液体的电导式液体传感器15；输送管9，其一端经管路阀21通过双向取样泵16连接于取样池14，另一端经液体传感器10连接于取样装置；废液管路17，其一端经废液阀18通过双向取样泵16连接于取样池14，另一端连接于废液瓶；以及无菌空气管路6，其连接于取样装置与双向取样泵16之间的输送管9上，无菌空气管路6上安装有吹气阀8和吹气泵7；取样阀2、吹气泵7、吹气阀8、液体传感器10、电导式液体传感器15、双向取样泵16以及管路阀21均连接于控制机。当需要采样时，控制机控制所需采样的与发酵罐1连接的取样阀2开启，控制该取样管路的管路阀21开启，控制双向取样泵16开启，发酵罐1内的发酵液样品通过取样装置经输送管9流向取样池14。当输送管9中的液体传感器10检测到发酵液样品时，控制机开始计时并延时一定时间后控制取样阀2关闭，同时控制吹气泵7以及吹气阀8开启，无菌空气通过无菌空气管路6将输送管9中的样品送入取样池14。因此实现了通过定时法来控制采样量。当取样池14中的电导式液体传感器15检测到发酵液样品时，控制机控制双向取样泵16关闭以及控制废液阀18开启，输送管9多余的发酵液样品在无菌空气的压力下经废液管路17排入废液瓶内，控制机延时一定时间后，控制吹气泵7、吹气阀8、废液阀18以及管路阀21关闭，完成一次取样。上述取样过程可以重复2-3次，也可以不重复。发酵液样品处理完成后或需要重复采用时，控制机控制废液阀18开启，控制双向取样泵16反向转动，将取样池14中的发酵液样品通过废液管路排入废液瓶内。实现了自动控制对多个发酵罐1中的发酵液样品进行取样，并在取样结束后自动排液，同时实现输送管9中的液体排空，允许2-3次重复取样可以保证取样池14中采集的发酵液样品为典型发酵样品。本实用新型适用于多种取样装置的发酵罐进行自动取样，并使在线分析系统能应用于各种发酵类型。

取样装置可以为U型管3，输送管9与U型管3弯曲部位最下端相连。输送管9从U型管3底部抽取发酵液样品，从U型管3内取样为间接取样，取样前先开启取样阀2一定时间，保证U型管3内存留典型发酵液样品，后续取样时不再开启取样阀2，直接从U型管3底部取样，取样过程完成后，开启蒸汽阀5一定时间，把U型管3内的残液彻底排除，并对U型管3进行灭菌处理，从U型管3底部取样还可以排除发酵液内的气泡对取样量的影响，每次取样的取样量更加准确。取样装置也可以为插入发酵罐1中的陶瓷管取样器11或直管取样器，以适用于小型发酵罐，陶瓷管取样器还可以进行过滤，实现无细胞取样。进一步的，输送管9为胶管。由于胶管具有良好的弯曲变形性能，因此方便将取样装置与取样池进行系统连接并使用压管式控制阀开关管路。

还可以包括消毒清洗液管路Ⅱ 19，消毒清洗液管路Ⅱ 19经消毒清洗阀Ⅱ 20连接于双向取样泵16，消毒清洗阀Ⅱ 20连接于控制机。当分析测定完成，取样池排空后，控制机可以控制消毒清洗阀Ⅱ 20开启，在双向取样泵16的作用下，消毒液通过消毒清洗液管路Ⅱ 19和分析仪旁的输送管9进入取样池14中进行消毒处理，防止多罐取样时样品残留的影响，清洗完成后控制机控制废液阀18开启和取样泵16反转一定时间，把清洗消毒液排入废液瓶，清洗消毒液在一小段取样管路中的残留把取样管路的无菌空气和外部彻底隔离，进一步确保了取样安全性。还可以包括连接于U型管3上的蒸汽管4，蒸汽管4上安装有蒸汽阀5，蒸汽阀5连接于控制机。当取样结束后，控制机控制蒸汽管4上的蒸汽阀5开启，并同时控制吹气泵7和吹气阀8开启，延时一定时间后，控制机控制蒸汽阀5、吹气泵7以及吹气阀8关闭。起到利用高温蒸汽冲刷U型管3的目的，为U型管3进行灭菌，预防U型管3内的发酵液被杂菌污染从而污染发酵罐1内的发酵液。进一步的，还可以包括消毒清洗液管路Ⅰ 12，消毒清洗液管路Ⅰ 12经消毒清洗阀Ⅰ 13连接于输送管9。当发酵周期很长时，在取样分析的间隙期，允许手动进行取样管路清洗消毒。执行手动清洗消毒时， 控制机控制管路阀21开启以及双向取样泵16启动取样，消毒清洗液通过消毒清洗液管路Ⅰ 12、取样阀2和吹气阀8的常开管路、输送管9到达取样池14内。取样池14电导式液体传感器15检测到清洗消毒液后，控制器关闭管路阀21和双向取样泵16，延时一定时间让清洗消毒液杀灭管路内的菌体，延时后控制器开启废液阀18，使双向取样泵16反转，开启管路阀21、吹气泵7和吹气阀8，到设定时间时，排出取样池14和取样管路中的清洗消毒液到废液瓶。在手动管路灭菌期间，控制器禁止取样操作。

发酵罐的自动采样系统的控制方法，具体为如下步骤：

a)控制机控制所需采样的与发酵罐1连接的取样阀2开启，控制该取样管路的管路阀21开启，控制双向取样泵16开启，发酵罐1内的发酵液样品通过取样装置经输送管9流向取样池14。b)当输送管9中的液体传感器10检测到发酵液样品时，控制机开始计时，控制机延时T1秒后，控制取样阀2关闭，同时控制吹气泵7以及吹气阀8开启，无菌空气通过无菌空气管路6将输送管9中的样品送入取样池14。因此实现了通过定时法来控制采样量。c)当取样池14中的电导式液体传感器15检测到发酵液样品时，控制机控制双向取样泵16关闭以及控制废液阀18开启，输送管9多余的发酵液样品在无菌空气的压力下经废液管路17排入废液瓶内，控制机延时T2秒后，控制吹气泵7、吹气阀8、废液阀18以及管路阀21关闭，完成一次取样。为保证取到典型发酵样品，采样过程允许重复2-3次，也可以不重复。d) 需要重复取样或发酵液样品处理完成后，控制机控制废液阀18开启，控制双向取样泵16反向转动，将取样池14中的发酵液样品通过废液管路排入废液瓶内。实现了自动控制对一个发酵罐1中的发酵液样品进行取样，并在取样结束后自动排液，同时实现输送管9中的液体排空，允许重复取样2-3次，可以保证取样池14中采集的发酵液样品为典型发酵样品。取样过程，通过开启不同的管路阀21,并切换取样阀2、吹气泵7、吹气阀8、蒸汽阀5、液体传感器10的控制输出到不同的发酵罐，可以实现对不同发酵罐的分时间采样。

对于发酵罐11为微型发酵罐或小型发酵罐时，由于其罐容量小，需要控制发酵液取样量，因此在执行步骤a)之前和取样结束后控制机控制取样阀2、吹气阀8和吹气泵7开启，将发酵罐1旁取样管内的发酵液样品反向回吹至发酵罐1中。通过在取样前和取样后增加回吹控制，可以有效减少发酵液的取样量。

进一步的，当取样装置为U型管时，在执行步骤a)之前，控制机控制取样阀2、吹气泵7以及吹气阀8开启，延时T3秒，使U型管3内充满典型发酵样品后再执行步骤a)，开启吹气阀8以及吹气泵7的作用是为了防止开始采样时U型管3管道内存留的残液进入输送到9，保证采集的发酵液样品为典型发酵样品，在步骤a)中不再开启取样阀2。当重复执行完步骤d)时（取样完成后），控制机控制蒸汽管4上的蒸汽阀5开启，并同时控制吹气泵7和吹气阀8开启，延时T4秒后，控制机控制蒸汽阀5、吹气泵7以及吹气阀8关闭。利用高温蒸汽冲刷U型管3，为U型管3进行灭菌，预防U型管3内的发酵液被杂菌污染从而污染发酵罐1内的发酵液。

对于直管取样器直接取样，防取样污染是成功取样的关键，由于取样管直接连通发酵液，取样管路在发酵开始前需要连同发酵原料一起完全灭菌处理，对于离位灭菌发酵罐，可以把管路夹管阀之后的多通连接器之前的管路从夹断阀卸下，连同发酵罐1一起灭菌。对于在位灭菌发酵罐，需要把管路从夹管阀和双向取样泵16上取下，在灭菌空气管路时从洁净空气入口处通入蒸汽，为保险，在此之前可先把管路卸下进行一次灭菌处理。最终取样完成后取样管路内充满无菌空气，没有带有营养成份的发酵液样品，可以防止取样污染。同时当取样装置为直管取样器时，在执行完步骤d)后，控制机可以控制消毒清洗阀Ⅱ 20开启以及双向取样泵16开启数秒钟，消毒液通过消毒清洗液管路Ⅱ 19进入输送到9靠近双向取样泵16部位。这样在取样的间隙期，由消毒液封口取样管路，确保取样安全。测定结束后可以用消毒液清洗取样池，防止多罐取样时各罐样品的相互影响。清洗时清洗消毒液通过消毒清洗液管路Ⅱ 19进入取样池14内，取样池电导式液体传感器15检测到清洗消毒液后，控制器关闭消毒清洗阀Ⅱ 20，关闭取样泵16，启动取样池搅拌，延时T5后控制器控制废液阀18开启，取样泵16反转，把取样池14内的消毒清洗液通过废液管17排入废液瓶中。

当发酵周期很长时，在取样检测的间隙时，控制机允许手动启动对取样管路的清洗与消毒灭菌。在执行手动清洗消毒时，控制机控制管路阀21开启以及双向取样泵16启动取样，消毒清洗液通过消毒清洗液管路Ⅰ 12、取样阀2和吹气阀8的常开管路、输送管9到达取样池14内，取样池电导式液体传感器15检测到清洗消毒液后，控制器关闭管路阀21、关闭双向取样泵16，延时T4秒后控制器开启废液阀18、控制双向取样泵16反转、开启管路阀21、开启吹气泵7和吹气阀8，到设定时间时，把取样池14和取样管路9中的清洗消毒液经废液管17排入废液瓶，在手动管路灭菌期间，控制器禁止取样操作。

Claims (5)

1.一种发酵罐的自动采样系统，其特征在于：包括

取样装置，经取样阀（2）连接于发酵罐（1），用于将发酵液从发酵罐（1）中取出；

取样池（14），其内部安装有用于检测液体的电导式液体传感器（15）；

输送管（9），其一端经管路阀（21）通过双向取样泵（16）连接于取样池（14），另一端经液体传感器（10）连接于取样装置；

废液管路（17），其一端经废液阀（18）通过双向取样泵（16）连接于取样池（14），另一端连接于废液瓶；

以及无菌空气管路（6），其连接于取样装置与双向取样泵（16）之间的输送管（9）上，所述无菌空气管路（6）上安装有吹气阀（8）和吹气泵（7）；

所述取样阀（2）、吹气泵（7）、吹气阀（8）、液体传感器（10）、电导式液体传感器（15）、双向取样泵（16）以及管路阀（21）均连接于控制机。

2.根据权利要求1所述的发酵罐的自动采样系统，其特征在于：所述取样装置为U型管（3），所述输送管（9）与U型管（3）弯曲部位最下端相连, 还包括连接于U型管（3）上的蒸汽管（4），所述蒸汽管（4）上安装有蒸汽阀（5），所述蒸汽阀（5）连接于控制机。

3.根据权利要求1所述的发酵罐的自动采样系统，其特征在于：所述取样装置为插入发酵罐（1）中的陶瓷管取样器（11）或直管取样器，还包括消毒清洗液管路Ⅰ（12），所述消毒清洗液管路Ⅰ（12）经消毒清洗阀Ⅰ（13）连接于输送管（9）。

4.根据权利要求1或2或3所述的发酵罐的自动采样系统，其特征在于：所述输送管（9）为胶管。

5.根据权利要求4所述的发酵罐的自动采样系统，其特征在于：还包括消毒清洗液管路Ⅱ（19），所述消毒清洗液管路Ⅱ（19）经消毒清洗阀Ⅱ（20）连接于双向取样泵（16），所述消毒清洗阀Ⅱ（20）连接于控制机。