CN217297861U - 一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，采用智能闭环控制系统对发酵罐进行自动调控，并通过GPRS无线网络实现对发酵设备运行参数的远程访问、远程控制及远程诊断功能，确保发酵工艺的精准执行，保证赤藓糖醇的发酵质量；发酵罐设有温度传感器、pH值传感器、DO传感器及压力传感器，通过控制器与多路传感器的相互配合使用，实现控制终端对发酵罐温度、PH值、DO值、压力值的实时监测和调控，调控响应速度快、控制精度高、运行稳定性好。该发酵罐结构简单、设计合理，使用灵活方便，能够对发酵罐的发酵情况进行实时监测、自动调控，既节约人力物力，降低能耗，还能确保赤藓糖醇的发酵质量，提高赤藓糖醇的生产产量。

Description

一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐

技术领域

本发明涉及微生物发酵设备技术领域，特别是一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐。

背景技术

赤藓糖醇是天然零热量的甜味剂，食用时有清凉感，口味独特。由于赤藓糖醇不参与糖代谢和血糖变化，适宜糖尿病人食用。赤藓糖醇不致龋齿，耐受量比木糖醇高，吸收快，几乎无导致肠胃不适的可能。在食用糖醇中，赤藓糖醇是唯一采用发酵法制取的，更接近于天然转化和提取。随着生活水平的提高，人们越来越注重食品保健，赤藓糖醇作为一种品质优越的保健糖，其需求量将常年递增。目前，通过发酵法产生赤藓糖醇，再经过提纯精制、浓缩、结晶等步骤获得赤藓糖醇,是工业上生产赤藓糖醇的主要方法。

发酵罐是赤藓糖醇发酵生产的重要设备，目前，还没有专用于赤藓糖醇生产的智能化发酵罐，生产厂家一般采用常规发酵罐设备进行生产。由于赤藓糖醇在发酵期间，其工艺上主要控制的变量是温度、PH值、DO值和时间，而且其发酵期间还具有时变性、时滞性及不确定性，因此，常规的发酵罐设备生产的赤藓糖醇，其发酵质量和生产产量均不高，不能满足工业化赤藓糖醇生产需求。而且，常规发酵罐设备因存在个体差异，其工艺控制方式多采用仪表控制、人工监控的控制方法，控制过程存在人为因素较多，控制质量较难保证，导致赤藓糖醇生产质量不稳定，波动性大且不利于扩大再生产规模。因此，需发明一种专用于赤藓糖醇发酵生产的智能化发酵设备，以满足赤藓糖醇现代化生产需求。为了解决上述问题，科研单位和企业科技人员不断地研究、探索，利用现代科学技术改进创新，虽然在技术上取得有所进步，但在实际运用中仍然存在着尚未克服的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服以上不足，提供一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，采用智能闭环控制系统对发酵罐进行自动调控，并通过GPRS无线网络实现对发酵设备运行参数的远程访问、远程控制及远程诊断功能，确保发酵工艺的精准执行，保证赤藓糖醇的发酵质量；发酵罐设有温度传感器、pH值传感器、DO传感器及压力传感器，通过控制器与多路传感器的相互配合使用，实现控制终端对发酵罐温度、PH值、DO值、压力值的实时监测和调控，调控响应速度快、控制精度高、运行稳定性好。该发酵罐结构简单、设计合理，使用灵活方便，能够对发酵罐的发酵情况进行实时监测、自动调控，既节约人力物力，降低能耗，还能确保赤藓糖醇的发酵质量，提高赤藓糖醇的生产产量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，包括：

罐体，所述罐体的上下两端设有封头，顶部封头上连接有快开手孔，底部封头上连接有出料阀；罐体外壁上设有灯镜、侧视镜和多个连接口,所述的连接口设置在罐体中下部，包括DO连接口、PH连接口、温度测试连接口、灭菌取样口，所述DO连接口连接DO传感器、PH连接口连接PH值传感器、温度测试连接口连接温度传感器；罐体内壁上均匀布置多道扰流挡板，所述扰流挡板呈垂直设置；罐体的底部设有支腿；所述罐体的顶部封头上还设有压力表接口、爆破片接口、补料口、火焰接种口、自动注碱接口，所述压力表接口连接有压力传感器；所述自动注碱接口上通过管道连接有碱液储罐，管道上连接有注碱泵、自动电磁阀及电子流量计；

搅拌系统，所述搅拌系统设置在罐体内部，搅拌系统包括驱动装置、搅拌轴、消泡桨、搅拌桨，驱动装置设置在罐体外顶部，由驱动电机和减速器组成，与驱动装置连接的搅拌轴设置在罐体内部，搅拌轴上部设有机械压迫式消泡桨，搅拌轴下部设有搅拌桨，所述搅拌桨分为上下两部分，上部分的桨叶设置在搅拌抽中下部，桨叶为四个宽平型叶，下部分桨叶设置在搅拌轴底部，其桨叶为四个抛物线型叶；

空气系统，所述空气系统由进气口、通气管、空气分布器和排气口组成，所述通气管的进气口设置在罐体上部的外壁上，通气管穿过罐体后向下延伸至罐体底部，通气管的末端连接有空气分布器，空气分布器为环形多孔分布器，所述排气口设置在罐体的顶部封头上，排气口上设有电子流量计，所述进气口和排气口端都安装有流量电动调节阀；

温控系统，所述温控系统包括夹套筒体、夹套上口、夹套下口、加热装置，所述夹套筒体设置在罐体外壁，夹套筒体上端设有夹套上口，下端设有夹套下口；所述加热装置与夹套筒体相连接，加热装置包括水箱、循环水泵、控温电磁阀，所述水箱为电加热水箱，所述水箱与夹套筒体通过管道连接，连接管道上设有循环水泵，水箱与夹套筒体之间经夹套上口和夹套下口形成循环回路，夹套上口的连接管道上设置有温控电磁阀；

控制系统，所述控制系统包括控制器、控制终端、远程服务器、GPRS无线通信单元、数据采集单元、控制单元，所述控制器与远程服务器、控制终端相连接，所述控制终端通过GPRS无线通信单元与控制器信号连接，所述控制器分别与控制单元及数据采集单元相连接，所述数据采集单元分别与温度传感器、压力传感器、PH值传感器、DO传感器、电子流量计相连接；所述控制单元分别与驱动装置、循环水泵、自动注碱泵、电动调节阀、温控电磁阀、出料阀相连接。

优选的，所述的封头，其顶部封头与罐体通过法兰连接，连接部位设有密封圈，并通过螺栓固定；底部封头与罐体为一体结构。

优选的，所述的灯镜为12V自动延时LED安全视灯，通过法兰连接设置在夹套筒体的上方。

优选的，所述的侧视镜为大视角带体积刻度的侧视镜，其材质为钢化玻璃，设置在罐体中上部。

优选的，所述的进气口端还设有蒸汽过滤器，所述蒸汽过滤器由一级预过滤器和双极精过滤器组成。

优选的，所述的夹套筒体内部设有多层导流板，所述导流板沿夹套筒体内壁周向设置，与罐体外壁之间设有间隙。

优选的，所述的控制终端包括计算机、手机等可移动控制设备中的任意一种。

优选的，所述GPRS无线通信单元，包括信号连接控制器的互联网、3G/4G 核心网、相应的基站与相应的4G无线路由器。

本发明解决其技术问题所采用的技术原理：采用智能闭环控制系统对发酵罐进行自动调控，并通过GPRS无线网络实现对发酵设备运行参数的远程访问、远程控制及远程诊断功能，确保发酵工艺的精准执行，保证赤藓糖醇的发酵质量。发酵罐设有温度传感器、PH值传感器、DO传感器、压力传感器、电子流量计，温度传感器用于实时检测发酵罐内的温度，以获得温度信号；溶氧DO传感器用于检测发酵罐中的溶氧含量，以获得罐体内氧气含量信号； PH值传感器用于检测发酵罐中酸碱范围，以获得罐体内PH值信号；电子流量计检测发酵罐顶部的排气口的气体流量，以获得气体流量信号。PH值传感器接入PH信号变送器，DO传感器接入DO信号变送器，温度传感器接入温度信号变送器。DO信号变送器、PH信号变送器、温度信号变送器的输出电流信号经数据采集单元转换为数字信号，由GPRS无线通信单元与远程服务器建立通信连接后，上传数据并接受控制命令。通过控制器与多路传感器的相互配合使用，实现控制终端对发酵罐温度、PH值、DO值、压力值的实时监测和调控，调控响应速度快、控制精度高，稳定性好。

使用时，控制终端通过控制器进行实时监控，当发酵罐本体内部的温度过高或过低时，控制器接受信号指令发出报警提示，通过控制终端及控制器，操控加热器停止、降低加热温度或增强加热温度；检测到内部气压过大时，通过控制终端及控制器，打开爆破片进行气压释放，同时，若检测到内部PH 值过低过高时，通过控制终端远程操控自动注碱泵进行调节，操作灵活方便。该发酵罐结构简单、设计合理，使用灵活方便，能够对发酵罐的发酵情况进行实时监测、自动调控，既节约人力物力，降低能耗，还能确保赤藓糖醇的发酵质量，提高赤藓糖醇的生产产量。

现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用智能闭环控制系统对发酵罐进行自动调控，并通过GPRS 无线网络实现对发酵设备运行参数的远程访问、远程控制及远程诊断功能，确保发酵工艺的精准执行，保证赤藓糖醇的发酵质量，其控制精度高、响应速度快、运行稳定性好。

2、本发明的发酵罐设有温度传感器、pH值传感器、DO传感器及压力传感器，通过控制器与多路传感器的相互配合使用，实现控制终端对发酵罐温度、PH值、DO值、压力值的实时监测和调控，调控响应速度快、控制精度高。

3、本发明采用中心搅拌，四周设置扰流挡板，混合物料时能够产生轴向和径向流动，溶氧速率高，混合效果好；利用消泡桨打碎气泡，增加气液接触面积，加强氧的传递效果及消除泡沫。

4、本发明设有自动注碱接口，通过电子流量计及自动电磁阀，自动进行发酵罐内pH值调节，实现了发酵罐发酵时pH值自动调节和保持稳定，大大减轻了因人工操作失误带来的风险，提高了生产率。

5、本发明结构简单、设计合理，使用灵活方便，能够对发酵罐的发酵情况进行实时监测、自动调控，既节约人力物力，降低能耗，还能确保赤藓糖醇的发酵质量，提高赤藓糖醇的生产产量。

附图说明

图1为本发明罐体整体结构示意图；

图2为本发明罐体连接结构示意图；

图3为本发明罐体俯视结构示意图；

图4为本发明A-A剖视结构示意图；

图5为本发明电路原理框图。

图中：

1、罐体；11、封头；111、压力表接口；112、火焰接种口；113、自动注碱接口；1130、电动电磁阀；1131、电子流量计；1132、注碱泵；1133、碱液储罐；114、补料口；115、爆破片接口；12、快开手孔；13、侧视镜； 14、灯镜；15、连接口；151、DO连接口；152、PH连接口；153、温度测试连接口；154、灭菌取样口；16、出料阀；17、支腿；18、扰流挡板；19、法兰；

2、搅拌系统；200、驱动电机；201、减速器；21、搅拌轴；22、消泡桨； 23、搅拌桨；

31、进气口；32、通气管；33、空气分布器；34、排气口；

41、夹套筒体；42、夹套上口；43、夹套下口；44、导流板、45、水箱； 46、循环水泵；47、温控电磁阀。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步描述：

在图1-图5中，本发明一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，包括：

罐体1，所述罐体1的上下两端设有封头11，顶部封头与罐体1通过法兰19连接，其连接部位设有密封圈，并通过螺栓固定；底部封头与罐体1为一体结构，顶部封头上连接有快开手孔12，底部封头上连接有出料阀16；罐体1外壁上设有灯镜14、侧视镜13和多个连接口15,所述的灯镜14为12V 自动延时LED安全视灯，通过法兰连接设置在夹套筒体41的上方；所述的侧视镜13为大视角带体积刻度的侧视镜，其材质为钢化玻璃，设置在罐体1中上部；所述的连接口15设置在罐体1中下部，包括DO连接口151、PH连接口152、温度测试连接口153、灭菌取样口154，所述DO连接口151连接DO 传感器、PH连接口152连接PH值传感器、温度测试连接口153连接温度传感器,将PH值传感器、DO传感器、温度传感器安装在罐体1上，能监测发酵过程中发酵罐内的相关参数。

罐体1内壁上均匀布置多道扰流挡板18，所述扰流挡板18呈垂直设置，发酵罐使用的搅拌系统为中心搅拌方式，会造成流动相运动方向固化，靠近中心的物料一直在运动，远离中心的物料不动或运动范围小，设置扰流挡板 18能够使远离中心的物料也能相对运动，使物料混合均匀。

罐体1的底部设有支腿17；顶部封头上还设有压力表接口111、爆破片接口115、补料口114、火焰接种口112、自动注碱接口113，所述压力表接口111连接有压力传感器；所述自动注碱接口113通过管道连接有碱液储罐 1133，管道上连接有注碱泵1132、自动电磁阀1130及电子流量计1131。自动注碱接口113连接碱液储罐1133、注碱泵1132以及控制器，在管道上还设置有电子流量计1131及自动电磁阀1130，控制器接收pH值检测器和电子流量计1131的输出信号，自动控制注碱泵1132和自动电磁阀1130。在发酵过程中通过自动注碱接口113注入碱液，自动进行发酵罐内pH值调节，当罐体内的pH下降后，通过自动注碱接口113自动加碱，当PH值达到要求后，自动电磁阀1130闭合停止加碱。设置自动注碱接口113，实现了发酵罐发酵时 pH值自动调节和保持稳定，大大减轻了因人工操作失误带来的风险，提高了生产率。

搅拌系统2，所述搅拌系统设置在罐体1内部，搅拌系统2包括驱动装置、搅拌轴21、消泡桨22、搅拌桨23，驱动装置设置在罐体1外顶部，由驱动电机200和减速器201组成，与驱动装置连接的搅拌轴21设置在罐体1内部，搅拌轴21上部设有机械压迫式消泡桨22，搅拌轴21下部设有搅拌桨23，所述搅拌桨23分为上下两部分，上部分的桨叶设置在搅拌抽中下部，桨叶为四个宽平型叶，下部分桨叶设置在搅拌轴21底部，其桨叶为四个抛物线型叶。利用搅拌系统进行机械搅拌，搅拌物料能产生轴向和径向流动，从而使罐内物料混合效果好，有利于物质充分接触，溶氧速率高；另一方面，可以利用消泡桨打碎气泡，增加气液接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传递效果及消除泡沫，同时再通入无菌空气以维持菌体氧气需要，满足赤藓糖醇的生长发酵。

空气系统，所述空气系统由进气口31、通气管32、空气分布器33和排气口34组成，所述通气管32的进气口31设置在罐体1上部的外壁上，所述的进气口31端还设有蒸汽过滤器311，所述蒸汽过滤器311由一级预过滤器和双极精过滤器组成；通气管32穿过罐体1后向下延伸至罐体底部，通气管 32的末端连接有空气分布器33，空气分布器33为环形多孔分布器，所述排气口34设置在罐体1的顶部封头上，排气口34上设有电子流量计，所述进气口31和排气口34端都安装有流量电动调节阀312，用于控制在灭菌时蒸汽进气量。发酵罐采用了无菌系统，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的质量。

温控系统，所述温控系统包括夹套筒体41、夹套上口42、夹套下口43、加热装置，所述夹套筒体41设置在罐体1外壁，夹套筒体41上端设有夹套上口42，下端设有夹套下口43，夹套筒体41内部设有多层导流板44，所述导流板44沿夹套筒体41内壁周向设置，与罐体1外壁之间设有间隙；所述加热装置与夹套筒体41相连接，加热装置包括水箱45、循环水泵46、控温电磁阀47，所述水箱45为电加热水箱，所述水箱45与夹套筒体41通过管道连接，连接管道上设有循环水泵46，水箱45与夹套筒体41之间经夹套上口 42和夹套下口43形成循环回路，夹套上口42的连接管道上设置有温控电磁阀47。将温控电磁阀47以及循环水泵46安装在温控系统管路上，用于温度控制。

控制系统，所述控制系统包括控制器、控制终端、远程服务器、GPRS无线通信单元、数据采集单元、控制单元，所述控制器与远程服务器、控制终端相连接，所述控制终端包括计算机、手机、可移动控制设备中的任意一种，所述GPRS无线通信单元，包括信号连接控制器的互联网、3G/4G核心网、相应的基站与相应的4G无线路由器。所述控制终端通过GPRS无线通信单元与控制器信号连接，便于对控制器进行远程操控，便于在控制终端设备上实现对发酵罐内部温度、压力等的调节。所述控制器分别与控制单元及数据采集单元相连接，所述数据采集单元分别与温度传感器、压力传感器、PH值传感器、DO传感器、电子流量计相连接；所述控制单元分别与驱动装置、循环水泵、注碱泵、电动调节阀、温控电磁阀、出料阀相连接。

将PH值传感器接入PH信号变送器，将DO传感器接入DO信号变送器，将温度传感器接入温度信号变送器。DO信号变送器、PH信号变送器、温度信号变送器的输出电流信号经数据采集单元转换为数字信号，由GPRS无线通信单元与远程服务器建立通信连接后，上传数据并接受控制命令。控制器对接受到的数据进行比较、判断，然后得出相应控制命令，再由控制器通过GPRS 无线网络向控制单元发出“自动调节”控制指令。控制单元接收到控制命令后，分别发送到减速器、加热器、调节阀、电磁阀、循环泵、注碱泵等控制设备进行自动调节，直到参数与给定数据相等。若温度、PH值、DO值、压力值超出相应信号阈值，需要人工参与操作，操作人员还可以对设备参数进行校准，以及对泵进行各种手动控制。

Claims (8)

1.一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于，包括：

罐体，所述罐体的上下两端设有封头，顶部封头上连接有快开手孔，底部封头上连接有出料阀；罐体外壁上设有灯镜、侧视镜和多个连接口,所述的连接口设置在罐体中下部，包括DO连接口、PH连接口、温度测试连接口、灭菌取样口，所述DO连接口连接DO传感器、PH连接口连接PH值传感器、温度测试连接口连接温度传感器；罐体内壁上均匀布置多道扰流挡板，所述扰流挡板呈垂直设置；罐体的底部设有支腿；所述罐体的顶部封头上还设有压力表接口、爆破片接口、补料口、火焰接种口、自动注碱接口，所述压力表接口连接有压力传感器；所述自动注碱接口上通过管道连接有碱液储罐，管道上连接有注碱泵、自动电磁阀及电子流量计；

搅拌系统，所述搅拌系统设置在罐体内部，搅拌系统包括驱动装置、搅拌轴、消泡桨、搅拌桨，驱动装置设置在罐体外顶部，由驱动电机和减速器组成，与驱动装置连接的搅拌轴设置在罐体内部，搅拌轴上部设有机械压迫式消泡桨，搅拌轴下部设有搅拌桨，所述搅拌桨分为上下两部分，上部分的桨叶设置在搅拌抽中下部，桨叶为四个宽平型叶，下部分桨叶设置在搅拌轴底部，其桨叶为四个抛物线型叶；

空气系统，所述空气系统由进气口、通气管、空气分布器和排气口组成，所述通气管的进气口设置在罐体上部的外壁上，通气管穿过罐体后向下延伸至罐体底部，通气管的末端连接有空气分布器，空气分布器为环形多孔分布器，所述排气口设置在罐体的顶部封头上，排气口上设有电子流量计，所述进气口和排气口端都安装有流量电动调节阀；

温控系统，所述温控系统包括夹套筒体、夹套上口、夹套下口、加热装置，所述夹套筒体设置在罐体外壁，夹套筒体上端设有夹套上口，下端设有夹套下口；所述加热装置与夹套筒体相连接，加热装置包括水箱、循环水泵、控温电磁阀，所述水箱为电加热水箱，所述水箱与夹套筒体通过管道连接，连接管道上设有循环水泵，水箱与夹套筒体之间经夹套上口和夹套下口形成循环回路，夹套上口的连接管道上设置有温控电磁阀；

控制系统，所述控制系统包括控制器、控制终端、远程服务器、GPRS无线通信单元、数据采集单元、控制单元，所述控制器与远程服务器、控制终端相连接，所述控制终端通过GPRS无线通信单元与控制器信号连接，所述控制器分别与控制单元及数据采集单元相连接，所述数据采集单元分别与温度传感器、压力传感器、PH值传感器、DO传感器、电子流量计相连接；所述控制单元分别与驱动装置、循环水泵、自动注碱泵、电动调节阀、温控电磁阀、出料阀相连接。

2.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的封头，其顶部封头与罐体通过法兰连接，连接部位设有密封圈，并通过螺栓固定；底部封头与罐体为一体结构。

3.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的灯镜为12V自动延时LED安全视灯，通过法兰连接设置在夹套筒体的上方。

4.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的侧视镜为大视角带体积刻度的侧视镜，其材质为钢化玻璃，设置在罐体中上部。

5.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的进气口端还设有蒸汽过滤器，所述蒸汽过滤器由一级预过滤器和双极精过滤器组成。

6.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的夹套筒体内部设有多层导流板，所述导流板沿夹套筒体内壁周向设置，与罐体外壁之间设有间隙。

7.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述的控制终端包括可移动控制设备中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种赤藓糖醇专用智能发酵种子罐，其特征在于：所述GPRS无线通信单元，包括信号连接控制器的互联网、3G/4G核心网、相应的基站与相应的4G无线路由器。

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