CN220877311U - 一种发酵管道空消系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物发酵设备的技术领域，具体公开了一种发酵管道空消系统，包括回水罐，所述回水罐具有回水进口、补水进口和出水口，所述回水进口与分配站回水管部相连接，所述补水进口与去离子水管相连接，所述出水口连通设置有压力维持泵，所述压力维持泵通过管道与加热器相连通，所述加热器与高温水维持罐相连通，所述高温水维持罐具有高温水输出口，所述高温水输出口与冷却器相连通，所述冷却器的调温热水输出口分别与回水罐和去料分配站部相连通；该发酵管道空消系统解决了传统采用的蒸汽发酵管道灭菌过程的耗能大、死角多、灭菌隐患频繁等问题，而且有效降低人力成本，灭菌过程中可以通过过热水的清洗，防止残留物料。

Description

一种发酵管道空消系统

技术领域

本实用新型涉及生物发酵设备的技术领域，具体的说，是用于生物发酵过程的物料管道进行灭菌，尤其是一种发酵管道空消系统。

背景技术

在微生物发酵工业生产中，经常需要对发酵过程的管道进行灭菌消毒，以确保连接两端的管道是无菌的。比如，种子罐移种到发酵罐的管路；从流加罐补料到发酵罐的管路等等。

在工业生产的操作里面，最主要的操作方法是：在移种前或者物料在流加前，将马上要使用到的管道，通入新鲜蒸汽，按照湿热灭菌的理论，保持121.1℃，持续约20~30min。这种操作方法，最大的优点就是简单、容易实施，但是这个方法也存在以下问题：

1、人力成本高。这种做法，一般的企业都不会上自动控制，主要靠员工的操作经验检查和调节阀门的开度，这无疑加重了人为的操作强度；

2、管道灭菌前没有进行清洗或者没有进行高质量的预清洗，这造成了管道和阀门内壁还残留有其它物料，一旦通入蒸汽，造成残留物结焦，进而影响灭菌效果；

3、灭菌可能存在死角，造成灭菌不彻底。在未灭菌前，管道内充满了空气，必需将空气彻底移除并保证管道维持在灭菌温度，足够的长时间。但是复杂的管道系统，存在很多流动的死角，这对灭菌效果大打折扣；

4、蒸汽消耗量大。通过这种做法在对管道进行灭菌的过程中，所使用的蒸汽是直接排放到沟渠或者空间里的，这就造成了能源的浪费；

对管道进行灭菌，还有一种做法就是，将管道与CIP清洗站连接，通过CIP清洗站对将要进行灭菌的管道进行清洗，然后再通入新鲜蒸汽和常规一样，对管道进行灭菌。这种做法比上面的做法多了一步预清洗步骤，解决了管道内壁结垢的问题，但是，其它灭菌过程的问题，依然存在。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种发酵管道空消系统，旨在解决上述现有技术中的采用高温蒸汽对发酵管道进行灭菌所带来的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发酵管道空消系统，包括回水罐，所述回水罐具有回水进口、补水进口和出水口，所述回水进口与分配站回水管部相连接，所述补水进口与去离子水管相连接，所述出水口连通设置有压力维持泵，所述压力维持泵通过管道与加热器相连通，所述加热器与高温水维持罐相连通，所述高温水维持罐具有高温水输出口，所述高温水输出口与冷却器相连通，所述冷却器具有调温热水输出口，所述调温热水输出口分别与回水罐和去使用点分配站部相连通。

上述的一种发酵管道空消系统中，所述分配站回水管部包括补料分配站回水管、移种分配站回水管和连消分配站回水管，所述补料分配站回水管、移种分配站回水管和连消分配站回水管分别通过自控阀与回水进口相连通。

上述的一种发酵管道空消系统中，所述去使用点分配站部包括去补料分配站、去移种分配站和去连消分配站，所述去补料分配站、去移种分配站和去连消分配站分别通过自控阀与冷却器相连通。

上述的一种发酵管道空消系统中，所述加热器还具有蒸汽进口和水出口，所述蒸汽进口通过蒸汽阀门连通设置有蒸汽管，所述水出口与排水管相连通。

上述的一种发酵管道空消系统中，所述冷却器还具有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口通过电磁阀连通设置有冷却水管，所述冷却水出口连通设置有冷却水回水管。

本实用新型的有益效果在于，通过回水罐、压力维持泵、加热器、高温水维持罐和冷却器的连通，使得内部的去离子水进行加热循环或降温循环，以令到去离子水形成过热水而达到所需灭菌的温度后，通过切换去使用点分配站部的连通，使得过热水分配到对应的去使用点分配站部的发酵的物料管道进行灭菌，解决了传统采用的蒸汽发酵管道灭菌过程的耗能大、死角多、灭菌隐患频繁等问题，而且有效降低人力成本，灭菌过程中可以通过过热水的清洗，防止残留物料。

附图说明

图1为本实用新型的发酵管道空消系统的结构示意图。

图中：回水罐1、加热器2、压力维持泵3、高温水维持罐4、冷却器5、补料分配站回水管6、移种分配站回水管7、连消分配站回水管8、去离子水管9、蒸汽管10、冷却水回水管11、冷却水管12、去补料分配站13、去移种分配站14、去连消分配站15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示的一种发酵管道空消系统，包括回水罐1，所述回水罐1具有回水进口、补水进口和出水口，所述回水进口与分配站回水管部相连接，所述补水进口与去离子水管9相连接，所述出水口连通设置有压力维持泵3，所述压力维持泵3通过管道与加热器2相连通，所述加热器2与高温水维持罐4相连通，所述高温水维持罐4具有高温水输出口，所述高温水输出口与冷却器5相连通，所述冷却器5具有调温热水输出口，调温热水输出口分别与回水罐1和去使用点分配站部相连通；本实施例通过回水罐1、压力维持泵3、加热器2、高温水维持罐4和冷却器5的连通，已形成过热水的循环和分配，使得内部的去离子水进行加热循环或降温循环，以令到去离子水形成过热水而达到所需灭菌的温度后，通过切换去使用点分配站部的连通，使得过热水分配到对应的去料分配站部的发酵的物料管道进行灭菌，解决了传统采用的蒸汽发酵管道灭菌过程的耗能大、死角多、灭菌隐患频繁等问题，而且有效降低人力成本，灭菌过程中可以通过过热水的清洗，防止残留物料。

值得说明的是，回水进口分为主回水进口和使用点回水进口两种，都是用于回水至回水罐1内，主回水进口与冷却器5的调温热水输出口相连接；使用点回水进口，可以根据需要设置为与相应的分配站回水管部相连接。

本实施例的分配站回水管部包括补料分配站回水管6、移种分配站回水管7和连消分配站回水管8，所述补料分配站回水管6、移种分配站回水管7和连消分配站回水管8分别通过自控阀与回水进口相连通，方便通过自控阀切换连通回水，从而进入回水罐1。

本实施例的去料分配站部包括去补料分配站13、去移种分配站14和去连消分配站15，所述去补料分配站13、去移种分配站14和去连消分配站15分别通过自控阀与冷却器5相连通；通过自控阀切换去补料分配站13、去移种分配站14和去连消分配站15的连通，从而方便将过热水输入对应的分配站的发酵管道灭菌。

需要说明的是，本实施例的加热器2还具有蒸汽进口和水出口，所述蒸汽进口通过蒸汽阀门连通设置有蒸汽管10，所述水出口与排水管相连通，加热器2通过蒸汽进行加热，不需要采用传统的蒸汽直接通入发酵管道灭菌的方式，降低蒸汽的消耗量。

本实施例的冷却器5还具有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口通过电磁阀连通设置有冷却水管12，所述冷却水出口连通设置有冷却水回水管11；通过冷却器5对高温水维持罐4输出的过热水进行冷却，以使过热水达到所需的灭菌温度，从而适合不同发酵管道灭菌。

本实施例的原理如下：

首先，在对发酵物料管道进行灭菌前，需要进行开机前的准备工作。在回水罐1内加入足够的去离子水后，开启压力维持泵3，去离子水流经加热器2被升温加热，并进入高温水维持器4后，进入冷却器5控制在需要的目标温度。在未达到设定目标温度之前，管道内的过热水，一直在热水空消系统内的回水罐1、压力维持泵3、加热器2、高温水维持罐4和冷却器5这5个设备之间，进行循环流动，直至满足可以用作对发酵管道进行灭菌的要求后，即可切换到去使用点分配站部的目标管道。

当准备进行对发酵补料操作时，需要对发酵补料的管道进行事先灭菌，这时候，只需要将过热水往补料分配站的阀门自动开启，同时开启需要进行热水空消的相应的物料管道，并开启管道另外一端，使管道内的过热水回至回水罐1。由于系统内的过热水填充了需要灭菌的目标发酵补料管道，致使回水罐1内的液位出现下降，这时候，开启去离子水的阀门，对回水罐1的液位进行补充，并控制在合理的液位区间。另外，由于辐射、和对管道加热等造成的热水空消系统的热量散失，这时候，回水罐1内的温度可能会略有下降，这时候，当过热水流经加热器2时，开启并调节蒸汽阀门的开度，将过热水稳定在设定的温度值。当过热水流经高温水维持器4后，经过一定时间的维持，确保了从高温水维持器4出来的过热水是绝对无菌的情况。无菌状态的过热水，继续流经冷却器5，这时候，开启并调节冷却器5的自控阀，将过热水稳定在设定的温度值。至此，热水空消系统完成一次灭菌水流的循环，继续保持这样的循环状态，直到完成设定的灭菌时间，即可完成了对发酵的补料管道进行灭菌操作。

同样的，当需要对移种的管道进行灭菌操作时，也是开启移种分配站的自控阀，如上所述，依次对相关阀门和参数进行控制，对管道完成热水空消操作。培养基进料到发酵罐的管道，也是如此类似操作，其它的如果需要对管道灭菌，然后使用其与发酵罐内连接的管道，也可以进行类似的设置和操作。

经过使用这样的发酵管道空消系统，对发酵的相关管道进行灭菌操作，具有几个方面的优势：

1、热水空消系统可以对管道进行清洗，解决了因物料沉积而无法灭菌彻底的问题。过热水在过热情况下，它的溶解度随着温度的升高而急剧增加，而且管道在水流的高速的流动和冲刷下，都有利于清洗和溶解附着在管道、阀门上的污垢；

2、节约蒸汽。使用热水空消后，只是很少量的蒸汽对系统进行补充加热，其它内部的热量，一直循环使用；

3、灭菌稳定可靠。传统的蒸汽空消，由于蒸汽和空气的密度很接近，造成空气被替换非常困难，而且，空气的热阻非常大，很容易使得传统的空消灭菌不彻底。另外，传统空消还有类似物料残留、致使结焦情况；再者，传统空消人为操作更多，主观因素更强，不可控的因素增多了。而本实施例的空消系统可迅速置换管道内的空气，清洗了管道，又确保了足够的灭菌接触时间，整个热水空消系统稳定可靠。

另外，本实施例同样具有节能效果，其原理如下：

传统的管道空消的办法是指，使用新鲜蒸汽，在121.1℃下维持20~30min的过程。以30min计算，折算回标准灭菌时间F0。假设，设计高温水维持罐4的等效灭菌维持时间为2min，那么根据等效灭菌时间计算公式：，可以计算出，高温水维持罐4的等效灭菌温度为132.9℃，即可达到同样的灭菌效果，随即可以根据这个灭菌维持时间和灭菌温度，计算所需要的维持罐容积和蒸汽耗量。

仍以上述数据为具体实施进行设计，当对发酵的物料管道进行热水空消后，忽略掉空间散热损失的情况下，过热水回水至回水罐1后的温度也接近121.1℃，这里仍按121.1℃考虑。根据热量平衡计算，这时候，通过加热器2使用蒸汽对其加热到132.9℃（加热蒸汽按表压0.6MPa进行计算考虑），则每加热1 m³水，只需要23.9kg蒸汽，以一条DN50的管道需要灭菌为例，流体流速取1.5m/s，那么，循环水量为10.7m³/h，则总蒸汽耗量为255.7kg/h。

而如果使用常规的蒸汽空消方式，蒸汽都被排掉，这里以一条DN50的管道需要灭菌为例，普通的DN50阀门的K_V值约为36，即使蒸汽阀门的开度只有10%，0.3MPa的灭菌蒸汽通过阀门外排的蒸汽量就达189kg/h。一个发酵系统，如果有3个相似的管道需要灭菌，考虑到人为操作等不确定因素，那么，耗费的蒸汽量将可能达到1000kg/h。而使用热水空消后，所有的空消管道是连通的，再多的管道需要灭菌的情况下，循环的水量变化不大，这样以来，耗费的蒸汽不会超过500kg/h，而此时的循环水量约为20m³/h。两相对比，很明显，热水空消系统更为节能。

热水空消系统经高温水维持罐4后，再通过冷却器5，将132.9℃的过热水降温至灭菌的目标温度121.1℃。根据热量平衡计算，假设冷却水进水温度33℃，温升10℃考虑，那么需要冷却水量为：23.6 m³/h。经过冷却器5后，热水空消系统的温度相当稳定，对阀门、管道的灭菌温度不再有波动，确保了灭菌效果的同时，保护了隔膜阀膜片的使用寿命，也保护了发酵生产的系统。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种发酵管道空消系统，包括回水罐（1），其特征在于，所述回水罐（1）具有回水进口、补水进口和出水口，所述回水进口与分配站回水管部相连接，所述补水进口与去离子水管（9）相连接，所述出水口连通设置有压力维持泵（3），所述压力维持泵（3）通过管道与加热器（2）相连通，所述加热器（2）与高温水维持罐（4）相连通，所述高温水维持罐（4）具有高温水输出口，所述高温水输出口与冷却器（5）相连通，所述冷却器（5）具有调温热水输出口，所述调温热水输出口分别与回水罐（1）和去使用点分配站部相连通。

2.根据权利要求1所述的一种发酵管道空消系统，其特征在于，所述分配站回水管部包括补料分配站回水管（6）、移种分配站回水管（7）和连消分配站回水管（8），所述补料分配站回水管（6）、移种分配站回水管（7）和连消分配站回水管（8）分别通过自控阀与回水进口相连通。

3.根据权利要求2所述的一种发酵管道空消系统，其特征在于，所述去使用点分配站部包括去补料分配站（13）、去移种分配站（14）和去连消分配站（15），所述去补料分配站（13）、去移种分配站（14）和去连消分配站（15）分别通过自控阀与冷却器（5）相连通。

4.根据权利要求1所述的一种发酵管道空消系统，其特征在于，所述加热器（2）还具有蒸汽进口和水出口，所述蒸汽进口通过蒸汽阀门连通设置有蒸汽管（10），所述水出口与排水管相连通。

5.根据权利要求4所述的一种发酵管道空消系统，其特征在于，所述冷却器（5）还具有冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口通过自控阀连通设置有冷却水管（12），所述冷却水出口连通设置有冷却水回水管（11）。