CN218979855U - 一种连续灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物发酵生产长碳链二元酸领域，涉及一种连续灭菌装置，该连续灭菌装置包括：至少一个换热器包括第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，第一螺旋式通道和第二螺旋式通道均设置进料口和出料口；加热器包括壳体和设置于壳体内的若干换热管，换热管呈相互缠绕的螺旋状结构，加热器通过管道连接于换热器；维持器通过管道分别连接于加热器和换热器；无菌流加罐通过管道连接于换热器，用于存储灭菌物料；发酵罐通过管道连接于无菌流加罐。本实用新型通过将灭菌物料存储于无菌流加罐，根据需要不断向发酵罐流加，能够使灭菌连续不间断运行且效率较高，实现工业化的大规模应用，减少和杜绝人工干预，较好的实现工业自动化。

Description

一种连续灭菌装置

技术领域

本实用新型属于生物发酵生产长碳链二元酸领域，尤其涉及一种连续灭菌装置。

背景技术

长碳链二元酸是指碳链中含有10个及以上碳原子的脂肪族二羧酸(简称DCn)，包括饱和二羧酸及不饱和二羧酸，是一类有着重要和广泛工业用途的精细化工产品，是化学工业中合成高级香料、高性能工程塑料、高温电解质、高档热熔胶、耐寒增塑剂、高级润滑油、高级油漆和涂料等的重要原料。

生物发酵法生产长碳链二元酸是七十年代兴起的微生物发酵技术在石油化工领域的应用，以石油副产物蜡油为原料，具有原料来源广、生产工艺简单、生产条件温和等优点，在国内外受到广泛关注。生物发酵法可以提供从10碳及以上的系列长链二元酸单体，这些新型的长碳链二元酸单体具有更加优良的性能，能够与已有的化学合成法长碳链二元酸进行市场竞争。同时，不同碳链的长碳链二元酸单体还可以衍生出一系列具有不同性质的新功能材料。

目前，生物发酵法的主要原料为烷烃，烷烃在使用前要先进行消毒处理，而长碳链二元酸发酵车间所采用的烷烃消毒灭菌工艺设备主要是通过蒸汽进行升温，但是烷烃升温、降温操作过程的时间较长，主能耗蒸汽的消耗量大，流量不可稳定设定，灭菌过程为人工手动操作，温度波动大，烷烃消毒灭菌效果是否达标存在不确定性，且灭菌后的物料直接通入发酵罐，即灭菌一批发酵一批，属于批次的间歇性发酵，不能保证发酵罐的持续工作，无法实现工业化的大规模生产应用，另外烷烃消毒灭菌过程不是封闭式的，需要通过罐阀门外排消毒后的气体，现场异味较大，不仅存在环保问题，而且还存在安全隐患。

实用新型内容

为改善现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种连续灭菌装置，该连续灭菌装置为全封闭式结构，具有可持续性、连续灭菌的特点，且灭菌效率较高，不但能够消除异味、节能环保，还能连续不间断运行，保障消毒灭菌效果且安全性较高。

本实用新型提供一种连续灭菌装置，所述连续灭菌装置包括：

存储罐：用于存储待灭菌物料；

至少一个换热器：包括第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，所述第一螺旋式通道和第二螺旋式通道均设置进料口和出料口；

加热器：包括壳体和设置于壳体内的若干换热管，所述换热管呈相互缠绕的螺旋状结构，所述加热器通过管道连接于所述换热器；

维持器：通过管道分别连接于所述加热器和所述换热器，所述第一螺旋式通道进料口、换热器、第一螺旋式通道出料口、加热器、维持器、第二螺旋式通道进料口和第二螺旋式通道出料口形成一流体路径；

无菌流加罐：通过管道连接于所述换热器的第二螺旋式通道的出料口，用于存储灭菌物料；

发酵罐：通过管道连接于所述无菌流加罐；

至少一个泵：用于输送待灭菌物料沿所述流体路径流动。

根据本实用新型的实施方案，所述灭菌装置还包括加热蒸汽管线，所述灭菌装置连接于所述加热器，所述加热蒸汽管线上设置自控阀。

根据本实用新型的实施方案，所述灭菌装置还包括无菌空气缓冲罐，所述无菌空气缓冲罐通过管道与所述无菌流加罐连通。

根据本实用新型的实施方案，所述无菌流加罐通过管道与所述加热蒸汽管线连通。

根据本实用新型的实施方案，当所述换热器为两个及以上时，不同换热器相互串联形成多层换热系统。

根据本实用新型的实施方案，所述灭菌装置还包括过滤器，所述过滤器设置在所述存储罐和所述泵之间。

根据本实用新型的实施方案，所述灭菌装置还包括设置在所述过滤器与泵之间的预处理装置，所述预处理装置为水处理装置或者蒸汽处理装置，在连续灭菌前以水或蒸汽为介质对整套设备进行冲洗或吹扫。

根据本实用新型的实施方案，在所述无菌流加罐与所述发酵罐之间设置有智能启停系统，所述智能启停系统用于控制灭菌物料向发酵罐流加的启动和停止。

根据本实用新型的实施方案，还包括清洗罐，所述清洗罐用于存放清洗液，所述清洗罐的一端通过管道连接于所述换热器的第二螺旋式通道的出料口，另一端通过管道与所述存储罐和泵之间的管路连通。

根据本实用新型的实施方案，所述至少一个泵设置在所述存储罐和所述流体路径之间的管道上。

根据本实用新型的实施方案，所述待灭菌的物料包括培养基和/或发酵底物。

有益效果

本实用新型的连续灭菌装置的优点和积极效果在于：

(1)本实用新型的无菌流加罐通过管道连接于由换热器第一螺旋式通道进料口、换热器、换热器第一螺旋式通道的出料口、加热器、维持器、换热器第二螺旋式通道进料口和换热器第二螺旋式通道出料口构成的流体路径上，通过将灭菌物料存储于无菌流加罐，根据需要不断向发酵罐流加，能够使灭菌连续不间断运行且效率较高，实现工业化的大规模应用，减少和杜绝人工干预，较好的实现工业自动化。

(2)本实用新型采用的加热器内为相互缠绕螺旋状结构的换热管，换热效率高，灭菌过程快，不但能够节省灭菌时间，还具有节能降耗的特点，减少能耗资源的浪费；本实用新型

根据实际需要可以设置多个换热器，形成多层换热系统，充分利用物料的温度，更完全地回收热能，更大程度的节能。

(3)本实用新型的连续灭菌装置采用全封闭式的设计，使得在灭菌过程中不需要进行排气操作，不但能够消除异味、节能环保，还能够节省消毒时间，充分利用有效时间进行持续长周期运行且效率较高。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据本实用新型一示例性实施方式示出的连续灭菌装置的结构示意图。

图2是根据本实用新型另一示例性实施方式示出的连续灭菌装置的结构示意图。

其中，1-存储罐，2-过滤器，3-泵，4-换热器，41-第一换热器，42-第二换热器，a-第一螺旋式通道进料口，b-第一螺旋式通道出料口，c-第二螺旋式通道进料口，d-第二螺旋式通道出料口，5-加热器，6-维持器，7-无菌流加罐，8-发酵罐，9-无菌空气缓冲罐，10-加热蒸汽管线，11-清洗罐，12-预处理装置。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应当理解的是，本申请文件中所述的“连接于”可以是直接连接，也可以是间接连接，在间接连接方式中，例如可以是通过搅龙、管道或泵等形式实现连接，以便将需要输送的物料由前一装置输送至后一装置。

如前，本实用新型提供一种连续灭菌装置，包括存储罐1、加热器5、维持器6、无菌流加罐7、发酵罐8、至少一个换热器4和至少一个泵3，存储罐1用于存储待灭菌物料；换热器4包括第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，第一螺旋式通道和第二螺旋式通道均设置进料口和出料口：第一螺旋式通道进料口a、第一螺旋式通道出料口b、第二螺旋式通道进料口c、第二螺旋式通道出料口d；加热器5包括壳体和设置于壳体内的若干换热管，换热管呈相互缠绕的螺旋状结构，并通过管道连接于换热器4的第一螺旋式通道的出料口b；维持器6通过管道分别连接于加热器5和换热器4(连接于换热器4的第二螺旋式通道的进料口c)；第一螺旋式通道进料口a、第一螺旋式通道出料口b、加热器5、维持器6、第二螺旋式通道进料口c和第二螺旋式通道出料口d形成一流体路径；无菌流加罐7通过管道连接于换热器4的第二螺旋式通道出料口d，用于存储灭菌物料；发酵罐8通过管道连接于无菌流加罐7；至少一个泵用于输送待灭菌物料沿流体路径流动。

无菌流加罐7通过管道连接于换热器4的第二螺旋式通道出料口d，进而与上述流体流动路径连通，通过将灭菌物料存储于无菌流加罐7，根据需要不断向发酵罐8流加，能够使灭菌连续不间断运行且效率较高，实现工业化的大规模应用，减少和杜绝人工干预，较好的实现工业自动化。另外，通过采用内部换热管为相互缠绕螺旋状结构的加热器5，换热效率高，灭菌过程快，不但能够节省灭菌时间，还具有节能降耗的特点，减少能耗资源的浪费。

下面结合附图，对本实用新型提出的连续灭菌装置的各主要组成部分的结构、连接方式以及功能关系进行详细说明。

如图1所示，是根据本实用新型一示例性实施方式示出的连续灭菌装置的结构示意图。本实用新型的连续灭菌装置，包括存储罐1、泵3、换热器4、加热器5、维持器6、无菌流加罐7和发酵罐8，换热器4包括第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，第一螺旋式通道设置第一螺旋式通道进料口a和第一螺旋式通道出料口b，第二螺旋式通道设置第二螺旋式通道进料口c和第二螺旋式通道出料口d，存储罐1与泵3串联后与换热器4的第一螺旋式通道进料口a相连，换热器4的第一螺旋式通道出料口b与加热器5的入口相连，加热器5内部设置相互缠绕螺旋状结构的换热管，加热器5的出口与维持器6的一端相连，维持器6的另一端与换热器4的第二螺旋式通道进料口c相连，换热器4的第二螺旋式通道出料口d与无菌流加罐7的入口相连，无菌流加罐7的出口与发酵罐8相连。

存储罐1内存储待灭菌的原材料，例如培养基和/或发酵底物，其中发酵底物包括石蜡油、烷烃、脂肪酸、脂肪酸酯或脂肪酸盐等原材料，这些原材料呈液态。培养基包括种子培养基或发酵培养基。培养基可以包括：碳源、氮源、无机盐和营养盐等。例如可以包括葡萄糖、蔗糖和麦芽糖中的一种或多种的碳源；蛋白胨、酵母膏、玉米浆、硫酸铵、尿素和硝酸钾中的一种或多种的氮源；磷酸二氢钾、氯化钾、硫酸镁、氯化钙、氯化铁、硫酸铜中的一种或多种的无机盐；维生素B1、维生素B2，维生素C、生物素中的一种或多种的营养盐等。

本实施例中，两列设置有两个泵3，一个作为当前使用，另一个作为备用。本实用新型对泵3没有特别的要求，采用本领域常规，优选为防爆变频泵。

换热器4内设置有两个完全隔离的螺旋式通道，即第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，第一螺旋式通道用于预热物料，第二螺旋式通道用于冷却物料，由于作为预料和冷却用的换热器的两个流体通道完全隔离，使得热料预热冷料、冷料冷却热料，从而达到更加显著的节能效果，且不用担心由冷、热料串料后造成的灭菌后物料的污染。

本实用新型采用的加热器5包括壳体和设置于壳体内的若干换热管，换热管呈相互缠绕的螺旋状结构，其替代原有的蒸汽喷射器进行物料的加热和换热，可提高物料的加热和换热效率至90％以上，也显著高于其他列管式加热器(加热和换热效率约60-70％)，节能的同时更加的具有安全性和稳定性。

在一示例实施方式中，还包括加热蒸汽管线10，加热蒸汽管线10连接于加热器5，加热蒸汽管线10上设置自控阀，自控阀连接于控制器，控制器通过控制蒸汽用量和待灭菌物料的加入量达到对灭菌温度的精准控制。

在一示例实施方式中，还包括无菌空气缓冲罐9，无菌空气缓冲罐9通过管道与无菌流加罐7连通，通过控制无菌空气的加入量对无菌流加罐7进行保压，保证无菌流加罐7始终处于无菌状态。另外，需要流加灭菌物料时也可以用无菌空气将灭菌物料压入发酵罐8中。

在一示例实施方式中，无菌流加罐7通过管道还与加热蒸汽管线10连通，在无菌流加罐7与加热蒸汽管线10之间的管道上设置阀门，对于无菌流加罐7而言，空气是最经济的气体，但如果空气出现了问题，蒸汽可以暂时替代，即通过控制蒸汽的加入量对无菌流加罐7进行保压，使其处于无菌状态。

在一示例实施方式中，还包括设置在存储罐1和泵3之间的过滤器2，用于除去铁锈等大颗粒物质。本实用新型对过滤器2没有特别的限定，优选为Y型过滤器。

在一实例实施方式中，还包括设置在过滤器2和泵3之间的预处理装置12，预处理装置12为水处理装置或者蒸汽处理装置，在连续灭菌前以水或蒸汽为介质对整套设备进行冲洗或吹扫。

在一示例实施方式中，清洗罐11的一端通过管道连接于换热器4第二螺旋式通道出料口d，另一端通过管道与存储罐1和泵3之间的管路连通，在清洗罐11与泵3之间的管道上设置阀门，在灭菌装置工作一段时间后，打开阀门，清洗罐11内的清洗液在泵3的作用下，沿流体路径流动，对上述设备和管道进行清洗，去除设备和管道内的水垢，确保了灭菌装置的高温灭菌效果。

在一示例实施方式中，在无菌流加罐7与发酵罐8之间设置智能启停系统，用于控制灭菌物料向发酵罐8流加的启动和停止。根据需要不断向发酵罐流加灭菌物料，从而保证前述灭菌能够长时间不间断运行，实现连续灭菌；智能启停系统包括阀门、控制器和设置在发酵罐8内的感应器，阀门、感应器均与控制器连接，感应器可以为高度感应器，用于感应发酵罐8内的物料量并实时发送至控制器，当物料量超过预设高度时，控制器控制阀门阻断无菌流加罐7与发酵罐8之间的物料流动；当物料量小于等于预设高度时，控制器控制阀门打开，无菌流加罐7内的物料流向发酵罐8。

采用图1所示的连续灭菌装置对待灭菌物料进行连续灭菌之前，先对装置进行预消毒，以预处理装置12中的蒸汽为介质对连续灭菌装置进行吹扫，然后再进行灭菌，存储罐1内的待灭菌物料(例如烷烃)经过滤器2除去铁锈等大颗粒物质，在泵3的作用下经换热器4的第一螺旋式通道进料口a进入换热器4，待灭菌物料的温度为21℃，经换热器4进行预热处理后，待灭菌物料的温度升至118℃左右，预热后的物料通过第一螺旋式通道出料口b进入加热器5，加热器5内的蒸汽对预热物料进行间接加热至温度约为125-130℃的高温物料，高温物料进入维持器6维持约一分钟的时间，达到瞬间灭菌效果。灭菌后的高温物料再经换热器4的第二螺旋式通道进料口c进入换热器4的第二螺旋式通道，换热器4为密闭结构，其内部的空气能够作为换热介质，吸收第二螺旋式通道中高温物料的热量并传导至第一螺旋式通道中对低温物料进行加热，同时，高温物料被降温，实现热量交换，高温物料的温度降至40-50℃，随后经换热器4的第二螺旋式通道出料口d进入无菌流加罐7中储存备用，这样不仅提高了待灭菌物料在蒸汽间接加热前的灭菌温度，还大大降低了物料灭菌后的进罐温度，有效降低能耗。通过调控智能启停系统，不断向发酵罐8流加灭菌物料，从而保证灭菌能够长时间不间断运行，实现连续灭菌。

如图2所示，是根据本实用新型另一示例性实施方式示出的连续灭菌装置的结构示意图。包括存储罐1、过滤器2、泵3、第一换热器41、第二换热器42、加热器5、维持器6、无菌流加罐7、发酵罐8、无菌空气缓冲罐9、加热蒸汽管线10、清洗罐11和预处理装置12。第一换热器41和第二换热器42串联。

存储罐1依次与过滤器2和泵3串联后与第一换热器41的第一螺旋式通道的进料口a相连，第一换热器41的第一螺旋式通道出料口b与第二换热器42的第一螺旋式通道进料口a相连，第二换热器42的第一螺旋式通道出料口b与加热器5入口相连，加热器5内部设置相互缠绕螺旋状结构的换热管，加热器5的出口与维持器6的一端相连，维持器6的另一端与第二换热器42的第二螺旋式通道进料口c相连，第二换热器42的第二螺旋式通道出料口d与第一换热器41的第二螺旋式通道进料口c相连，第一换热器41的第二螺旋式通道出料口d与无菌流加罐7的入口相连，无菌流加罐7的出口与发酵罐8相连。

本实施例中，通过设置两个换热器4，可以使待灭菌物料进行两次热交换的预热，同时使灭菌后的高温物料进行两次热交换的冷却，大大减少了后续加热器5的蒸汽使用量，从而进一步降低能耗。本领域技术人员可以根据实际情况设置多个串联的换热器4，形成多层换热系统。

采用图2所示的连续灭菌装置进行连续灭菌，先对装置进行预消毒，以预处理装置12中的蒸汽为介质对连续灭菌装置进行吹扫，存储罐1内的待灭菌物料的温度为21℃，将待灭菌物料(例如烷烃)经过滤器2除去铁锈等大颗粒物质后，通过泵3泵入第一换热器41的第一螺旋式通道进料口a，经第一换热器41进行换热预热处理后，接着进入第二换热器42的第一螺旋式通道进行二次换热预热处理，二次预热后的物料通过第二换热器42的第一螺旋式通道出料口b进入加热器5通过蒸汽进行间接加热得到温度约为125-130℃的高温物料，高温物料再进入维持器6维持约一分钟的时间，达到瞬间灭菌效果。灭菌后的高温物料再经第二换热器42的第二螺旋式通道与第一螺旋式通道中的待灭菌的低温物料进行第一次换热降温，温度降至40-50℃，然后再进入第一换热器41的第二螺旋式通道与第一螺旋式通道中的待灭菌的低温物料进行二次换热降温，随后经第一换热器41的第二螺旋式通道出料口d进入无菌流加罐7中储存备用，这样通过多次热交换不仅提高了待灭菌物料在蒸汽间接加热前的灭菌温度，大大降低了蒸汽的使用量，还降低了物料灭菌后的进罐温度，有效降低能耗。

通过调控智能启停系统，不断向发酵罐8流加灭菌物料，从而保证灭菌能够长时间不间断运行，实现连续灭菌。同时通过控制无菌空气缓冲罐9中无菌空气的加入量对无菌流加罐7进行保压，保证无菌流加罐7始终处于无菌状态。

在灭菌装置连续工作一段时间后，清洗罐11内的清洗液在泵3的作用下，沿流体路径流动，对设备和管道进行清洗，去除设备和管道内的水垢，确保了灭菌装置的高温灭菌效果。

另外，本实用新型的连续灭菌装置采用全封闭式的设计，使得在灭菌过程中不需要进行排气操作，不但能够消除异味、节能环保，还能够节省消毒时间。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的连续灭菌装置仅仅是采用本实用新型的原理的一个示例。本领域的普通技术人员应当清楚地理解，本实用新型的原理并非仅限于附图中示出或说明书中描述的装置的任何细节或任何部件。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本实用新型的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。

Claims (10)

1.一种连续灭菌装置，其特征在于，所述连续灭菌装置包括：

存储罐：用于存储待灭菌物料；

至少一个换热器：包括第一螺旋式通道和第二螺旋式通道，所述第一螺旋式通道和第二螺旋式通道均设置进料口和出料口；

加热器：包括壳体和设置于壳体内的若干换热管，所述换热管呈相互缠绕的螺旋状结构，所述加热器通过管道连接于所述换热器；

维持器：通过管道分别连接于所述加热器和所述换热器，所述第一螺旋式通道进料口、换热器、第一螺旋式通道出料口、加热器、维持器、第二螺旋式通道进料口和第二螺旋式通道出料口形成一流体路径；

无菌流加罐：通过管道连接于所述换热器的第二螺旋式通道的出料口，用于存储灭菌物料；

发酵罐：通过管道连接于所述无菌流加罐；

至少一个泵：用于输送待灭菌物料沿所述流体路径流动。

2.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述灭菌装置还包括加热蒸汽管线，连接于所述加热器，所述加热蒸汽管线上设置自控阀。

3.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述灭菌装置还包括无菌空气缓冲罐，所述无菌空气缓冲罐通过管道与所述无菌流加罐连通。

4.根据权利要求2所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述无菌流加罐通过管道与所述加热蒸汽管线连通。

5.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述灭菌装置还包括过滤器，所述过滤器设置在所述存储罐和所述泵之间。

6.根据权利要求5所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述灭菌装置还包括预处理装置，所述预处理装置设置在所述过滤器与所述泵之间。

7.根据权利要求6所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述预处理装置为水处理装置或者蒸汽处理装置，在连续灭菌前以水或蒸汽为介质对整套设备进行冲洗或吹扫。

8.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述无菌流加罐与所述发酵罐之间设置有智能启停系统，用于控制灭菌物料向发酵罐流加的启动和停止。

9.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述灭菌装置还包括清洗罐，所述清洗罐用于存放清洗液，所述清洗罐的一端通过管道连接于所述换热器的第二螺旋式通道的出料口，另一端通过管道与所述存储罐和泵之间的管路连通。

10.根据权利要求1所述的连续灭菌装置，其特征在于，所述待灭菌的物料包括培养基和/或发酵底物。

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