CN207031442U - 需氧发酵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种需氧发酵系统，涉及发酵工程设备领域，解决了现有技术中存在的需氧发酵系统结构复杂、清洗不彻底的技术问题。该需氧发酵系统，包括配料罐、培养罐、连通管路、通气装置、搅拌装置、灭菌装置以及温度调节装置；连通管路包括物料管、酸管、碱管、移种管、通气管路以及夹套管路；配料罐与培养罐之间通过物料管连通，配料罐的底部设有氮气进口、氮气控制阀，氮气通过氮气进口进入配料罐，通过氮气对配料罐内的物料进行混合；所述培养罐为内外两层，外层为夹套层，内层为用于培养的腔体，所述夹套层内部设有螺旋上升的导流片，所述导流片将所述夹套层分隔为两个独立的螺旋形通道。本实用新型用于微生物发酵培养。
Description
技术领域
本实用新型涉及发酵工程设备领域，尤其是涉及一种需氧发酵系统的设备。
背景技术
发酵指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。发酵有时也写作酦酵，其定义由使用场合的不同而不同。通常所说的发酵，多是指生物体对于有机物的某种分解过程。发酵是人类较早接触的一种生物化学反应，如今在食品工业、生物和化学工业中均有广泛应用。其也是生物工程的基本过程，即发酵工程。对于其机理以及过程控制的研究，还在继续。
需氧发酵系统广泛用于各种生物工程产品生产和实验中。生物工程产品包括生物药物、生物化学品、生物燃料、酿造食品等等，这些产品的研究开发与制造，都离不开发酵系统。而对于发酵系统中最重要的部件就是发酵罐，现如今用于工业化生产的发酵罐自动化程度越来越高、容积越来越大的同时，也因设计缺陷带来了操作不便、耗时耗力，影响生产效率提高的问题。
需氧发酵罐内部结构复杂，导致发酵结束后，发酵罐清洗困难、死角多，发酵液容易残留，存在染菌的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种需氧发酵系统，以解决现有技术中存在的需氧发酵系统结构复杂、清洗不彻底的技术问题。
一种需氧发酵系统，包括配料罐、培养罐、连通管路、通气装置、搅拌装置、灭菌装置以及温度调节装置；
所述连通管路包括物料管、酸管、碱管、移种管、通气管路以及夹套管路；
所述配料罐与培养罐之间通过物料管连通，所述配料罐的底部设有氮气进口、氮气控制阀，氮气通过所述氮气进口进入所述配料罐，通过氮气对配料罐内的物料进行混合；
所述pH调节装置包括所述储液罐，所述储液罐包括盛有酸性液体的酸罐、盛有碱性液体碱罐，所述储液罐用于调节培养罐的pH，所述培养罐与所述酸罐通过酸管连通，所述培养罐与所述碱罐通过碱管连通；
所述培养罐上设有盛有消泡剂的消泡容器，所述培养罐与所述消泡容器通过消泡管连通；所述消泡管上设有消泡蠕动泵；
所述培养罐上设置有泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器；
所述通气装置包括依次连接的空压机、缓冲罐和除菌器，所述除菌器的进气口和出气口上设置有气水分离器，所述除菌器通过通气管路与所述培养罐的底部连通，向培养罐内输送无菌空气；
所述培养罐的顶部设有出气口，所述出气口上设有由隔菌透气材料制成的盖体；
所述灭菌装置包括净水器和蒸汽发生器，所述净水器的出水口连接蒸汽发生器，所述净水器的入水口连接补水管；
所述搅拌装置包括设置在培养罐上端的搅拌电机，以及所述搅拌电机的转子上设置的延伸到所述培养罐罐体内部的搅拌桨；
所述培养罐为内外两层，外层为夹套层，内层为用于培养的腔体，所述夹套层内部设有螺旋上升的导流片，所述导流片将所述夹套层分隔为两个独立的螺旋形通道，两个所述螺旋形通道分别为位于所述导流片上部的第一通道，和位于导流片下部的第二通道，所述夹套层的入口管设置在所述夹套层的下端，所述夹套层的出口管设置在所述夹套层的上端，所述夹套层的入口管和出口管均包括连通第一通道和第二通道的分支管；
所述温度调节装置包括热水罐和冷水罐，所述热水罐内设有加热器；
所述热水罐的出水管、冷水罐的出水管、蒸汽发生器的蒸汽出管以及培养罐的夹套层的入口管通过四通阀连通，所述培养罐的夹套层的出口管与储水池连通；
所述培养罐包括种子罐和发酵罐，所述种子罐和发酵罐之间通过移种管连接。
优选的，所述储水池的出水管、热水罐的进水管、冷水罐的进水管通过三通阀连接。
优选的，所述移种管的入口管连接所述种子罐的底部，所述移种管的出口管连接所述发酵罐的底部，所述移种管上设置液压泵。
优选的，所述酸管和碱管上分别设有酸罐蠕动泵和碱罐蠕动泵，所述蠕动泵内设有流量计。
优选的，所述通气装置还包括无菌空气分布器，所述无菌空气分布器设置在所述除菌器与培养罐之间，所述无菌空气分布器与所述培养罐通过通气管路连接，且所述通气管路上设置通气控制阀。
优选的，所述净水器与补水管直接连接，包括净水器外壳、至少两级过滤芯以及用于控制过滤芯级数的切换阀。
优选的，所述搅拌桨包括两层搅拌桨，分别位于所述培养罐的底部及中部，任一层所述搅拌桨包括两个桨叶，所述桨叶的形状为柳叶形。
优选的，所述种子罐包括一级种子罐和二级种子罐，所述一级种子罐和二级种子罐通过移种管连通。
优选的，所述需氧发酵系统还包括调控培养条件的控制装置，所述泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器均与所述控制装置连接；所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵均设有电磁阀，所述控制装置根据传感器的信号值分别控制所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵的电磁阀的开闭情况、搅拌电机的转速，或者四通阀的打开情况以调节培养罐内的培养条件。
优选的，所述控制装置包括控制器、显示器及控制面板。
本实用新型所述的发酵系统，没有复杂的管路系统，需氧发酵系统结构简单，便于维护和清洗。
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是本实用新型发酵系统的框架图；
图2是本实用新型培养罐夹套层以及搅拌桨的结构示意图；
图3是本实用新型的净水器过滤芯连接关系示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
本实用新型提供了一种需氧发酵系统，包括配料罐、储液罐、培养罐、连通管路、通气装置、搅拌装置、灭菌装置以及温度调节装置；
所述连通管路包括物料管、酸管、碱管、移种管、通气管路以及夹套管路；
所述配料罐与培养罐之间通过物料管连通，所述配料罐的底部设有氮气进口、氮气控制阀，氮气通过所述氮气进口进入所述配料罐，通过氮气对配料罐内的物料进行混合；物料通常为液体水和固态的培养基成分混合，输送至培养灌之前，物料在配料罐内充分混合，使固态养基成分充分溶解在水中，通常情况下使用搅拌装置搅拌混合液使物流混匀，但是搅拌装置增加了配料罐结构的复杂性，而且搅拌装置位于罐内与物料接触，使用之后清洗不方便，物料容易残留，长时间后容易染菌，可能影响正常的发酵培养，向配料罐内冲入带有一定压强的氮气，使配料罐内的物流在气流的作用下翻滚混合，也能实现充分溶解的效果。
所述pH调节装置包括所述储液罐，所述储液罐包括盛有酸性液体的酸罐、盛有碱性液体碱罐，所述储液罐用于调节培养罐的pH，所述培养罐与所述酸罐通过酸管连通，所述培养罐与所述碱罐通过碱管连通；
所述培养罐上设有盛有消泡剂的消泡容器，所述培养罐与所述消泡容器通过消泡管连通；所述消泡管上设有消泡蠕动泵；当培养罐内起泡，并到达一定高度时，启动消泡蠕动泵，泵入一定量的泡剂到培养罐内进行消泡。
所述培养罐上设置有泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器；
所述通气装置包括依次连接的空压机、缓冲罐和除菌器，所述除菌器的进气口和出气口上设置有气水分离器，所述除菌器通过通气管路与所述培养罐的底部连通，向培养罐内输送无菌空气；
所述培养罐的顶部设有出气口，所述出气口上设有由隔菌透气材料制成的盖体；
所述灭菌装置包括净水器和蒸汽发生器，所述净水器的出水口连接蒸汽发生器，所述净水器的入水口连接补水管；水进入蒸汽发生器之前通过净水器除去水中的大部分杂质，能够提高蒸汽发生器生产蒸汽的效率，有效减小蒸汽发生器的水垢残留，防止蒸汽发生器内部管路堵塞，延长蒸汽发生器的寿命。
所述搅拌装置包括设置在培养罐上端的搅拌电机以及所述搅拌电机的转子上设置的延伸到所述培养罐罐体内部的搅拌桨；
所述培养罐为内外两层，外层为夹套层，内层为用于培养的腔体，所述夹套层内部设有螺旋上升的导流片2，所述导流片2将所述夹套层分隔为两个独立的螺旋形通道，两个所述螺旋形通道分别为位于所述导流片上部的第一通道 21，和位于导流片下部的第二通道22，所述夹套层的入口管设置在所述夹套层的下端，所述夹套层的出口管设置在所述夹套层的上端，所述夹套层的入口管和出口管均包括连通第一通道21和第二通道22的分支管；通过设置夹套层，避免了使用盘管，简化了需氧发酵系统结构，便于培养罐内部清洗；通过设置螺旋上升导流片2将夹套层分隔为螺旋形通道，用于控制培养罐温度的流体的流动，分别在第一通道21和第二通道22内同时连通流体，能够保证培养罐的内壁均与用于控制培养罐温度的流体接触，加强了导热效果。
所述温度调节装置包括热水罐和冷水罐，所述热水罐内设有加热器；
所述热水罐的出水管、冷水罐的出水管、蒸汽发生器的蒸汽出管以及培养罐的夹套层的入口管通过四通阀连通，所述培养罐的夹套层的出口管与储水池连通；通过四通阀连接，简化了管路的结构，一根培养罐的夹套层的入口管便能满足，培养罐内温度的调控，避免了复杂的管路系统；
需要灭菌时，通过所述四通阀连通蒸汽发生器的蒸汽出管与夹套层的入口管，向夹套内通入蒸汽，加热夹套层，对培养罐灭菌；
培养阶段，温度传感器显示的温度，当培养温度高于微生物培养的适宜温度时，通过所述四通阀连通冷水罐的出水管与夹套层的入口管，向夹套层内通入冷水，降低培养罐内温度；当培养温度低于微生物培养的适宜温度时，通过所述四通阀连通热水罐的出水管与夹套层的入口管，向夹套层内通入热水，提高培养罐内温度。
所述培养罐包括种子罐和发酵罐，所述种子罐和发酵罐之间通过移种管连接。
作为可选地实施方式，所述储水池的出水管、热水罐的进水管、冷水罐的进水管通过三通阀连接。胶套层内的水从夹套层进入储水池，储水池内的水再流回热水罐和冷水罐，实现夹套层用水的循环使用，节约水资源。
作为可选地实施方式，所述移种管的入口管连接所述种子罐的底部，所述移种管的出口管连接所述发酵罐的底部，所述移种管上设置液压泵。
作为可选地实施方式，所述酸管和碱管上分别设有酸罐蠕动泵和碱罐蠕动泵，所述蠕动泵内设有流量计。流量计的设置便于控制酸性物质和碱性物质的加入量，防止添加过量导致pH调节过度。
作为可选地实施方式，所述通气装置还包括无菌空气分布器，所述无菌空气分布器设置在所述除菌器与培养罐之间，所述无菌空气分布器与所述培养罐通过通气管路连接，且所述通气管路上设置通气控制阀。空气分布器便于空间进入培养罐中，均匀分布，提高溶氧效率。
作为可选地实施方式，所述净水器与补水管直接连接，所述净水器包括净水器外壳、至少两级过滤芯以及用于控制过滤芯级数的切换阀。切换阀的设置，可以根据水质的情况选择切换阀的开闭情况，从而选择过滤芯的使用级数。对于水质较好的情况，可以选择较少的过滤芯，既增加水流速度，又降低了过滤芯成本；当水质较差时，可以使用较多的过滤芯，使进入蒸汽发生器的水满足生气发生器的水质要求。
作为可选地实施方式，所述净水器包括串联连接的一级过滤芯41、二级过滤芯42以及三级过滤芯43；所述一级过滤芯41与二级过滤芯42之间设有安装第一切换阀51的连接管路；所述一级过滤芯41与三级过滤芯43之间设有安装第二切换阀52的连接管路。当水质较好时，关闭第一切换阀51，同时打开第二切换阀52，进水经过一级过滤芯41与三级过滤芯43，绕开二级过滤芯42，只是用两级过滤芯净化进水；当水质较差时，打开第一切换阀51，同时关闭第二切换阀52，进水经过一级过滤芯41、二级过滤芯42与三级过滤芯43，通过三级过滤进水，以满足蒸汽发生器对水质的要求。
作为可选地实施方式，所述搅拌桨包括两层搅拌桨，分别位于所述培养罐的底部及中部，任一层所述搅拌桨包括两个桨叶3，所述桨叶3的形状为柳叶形。
作为可选地实施方式，所述种子罐包括一级种子罐和二级种子罐，所述一级种子罐和二级种子罐通过移种管连通。两级种子罐的设置为了获得发酵所需要的足够数量的菌体，在一级种子培养的基础上进而扩大到种子罐的二级种子培养，使种子扩繁和复壮的作用。为发酵过程提供所需要的足够数量的菌体。
作为可选地实施方式，所述需氧发酵系统还包括调控培养条件的控制装置，所述泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器均与所述控制装置连接；所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵均设有电磁阀，所述控制装置根据传感器的信号值分别控制所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵的电磁阀的开闭情况、搅拌电机的转速，或者四通阀的打开情况以调节培养罐内的培养条件。自动控制装置使培养条件设置的适宜培养条件的范围之内，实现了发酵过程的自动化，降低了工作人员的劳动强度。
作为可选地实施方式，所述控制装置包括控制器、显示器及控制面板。所述控制器接收传感器监测的信号，并发调控发酵条件的相应操作，所述显示器上能显示发酵过程中的温度、pH、溶氧数值。
Claims (10)
1.一种需氧发酵系统，其特征在于，包括配料罐、培养罐、连通管路、通气装置、搅拌装置、灭菌装置、pH调节装置以及温度调节装置；
所述连通管路包括物料管、酸管、碱管、移种管、通气管路以及夹套管路；
所述配料罐与培养罐之间通过物料管连通，所述配料罐的底部设有氮气进口、氮气控制阀，氮气通过所述氮气进口进入所述配料罐，通过氮气对配料罐内的物料进行混合；
所述pH调节装置包括储液罐，所述储液罐包括盛有酸性液体的酸罐、盛有碱性液体碱罐，所述储液罐用于调节培养罐的pH，所述培养罐与所述酸罐通过酸管连通，所述培养罐与所述碱罐通过碱管连通；
所述培养罐上设有盛有消泡剂的消泡容器，所述培养罐与所述消泡容器通过消泡管连通；所述消泡管上设有消泡蠕动泵；
所述培养罐上设置有泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器；
所述通气装置包括依次连接的空压机、缓冲罐和除菌器，所述除菌器的进气口和出气口上设置有气水分离器，所述除菌器通过通气管路与所述培养罐的底部连通，向培养罐内输送无菌空气；
所述培养罐的顶部设有出气口，所述出气口上设有由隔菌透气材料制成的盖体；
所述灭菌装置包括净水器和蒸汽发生器，所述净水器的出水口连接蒸汽发生器，所述净水器的入水口连接补水管；
所述搅拌装置包括设置在培养罐上端的搅拌电机以及所述搅拌电机的转子上设置的延伸到所述培养罐罐体内部的搅拌桨；
所述培养罐为内外两层，外层为夹套层，内层为用于培养的腔体，所述夹套层内部设有螺旋上升的导流片(2)，所述导流片(2)将所述夹套层分隔为两个独立的螺旋形通道，两个所述螺旋形通道分别为位于所述导流片上部的第一通道(21)，和位于导流片下部的第二通道(22)，所述夹套层的入口管设置在所述夹套层的下端，所述夹套层的出口管设置在所述夹套层的上端，所述夹套层的入口管和出口管均包括连通第一通道(21)和第二通道(22)的分支管；
所述温度调节装置包括热水罐和冷水罐，所述热水罐内设有加热器；
所述热水罐的出水管、冷水罐的出水管、蒸汽发生器的蒸汽出管以及培养罐的夹套层的入口管通过四通阀连通，所述培养罐的夹套层的出口管与储水池连通；
所述培养罐包括种子罐和发酵罐，所述种子罐和发酵罐之间通过移种管连接。
2.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述储水池的出水管、热水罐的进水管、冷水罐的进水管通过三通阀连接。
3.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述移种管的入口管连接所述种子罐的底部，所述移种管的出口管连接所述发酵罐的底部，所述移种管上设置液压泵。
4.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述酸管和碱管上分别设有酸罐蠕动泵和碱罐蠕动泵，所述蠕动泵内设有流量计。
5.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述通气装置还包括无菌空气分布器，所述无菌空气分布器设置在所述除菌器与培养罐之间，所述无菌空气分布器与所述培养罐通过通气管路连接，且所述通气管路上设置通气控制阀。
6.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述净水器与补水管直接连接，包括净水器外壳、至少两级过滤芯以及用于控制过滤芯级数的切换阀。
7.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述搅拌桨包括两层搅拌桨，分别位于所述培养罐的底部及中部，任一层所述搅拌桨包括两个桨叶(3)，所述桨叶(3)的形状为柳叶形。
8.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述种子罐包括一级种子罐和二级种子罐，所述一级种子罐和二级种子罐通过移种管连通。
9.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述需氧发酵系统还包括调控培养条件的控制装置，所述泡沫传感器、温度传感器、pH检测传感器以及溶氧检测传感器均与所述控制装置连接；所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵均设有电磁阀，所述控制装置根据传感器的信号值分别控制所述酸罐蠕动泵、碱罐蠕动泵以及消泡蠕动泵的电磁阀的开闭情况、搅拌电机的转速，或者四通阀的打开情况以调节培养罐内的培养条件。
10.根据权利要求1所述的需氧发酵系统，其特征在于，所述控制装置包括控制器、显示器及控制面板。
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2017
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