全自动控制多功能固态发酵罐制造技术

本发明专利技术公开了一种全自动控制多功能固态发酵罐，包括圆形立式发酵罐主体和发酵控制系统，发酵罐主体上端一侧设有进料绞龙，发酵罐主体内部设有多个隔板，每个发酵层内设有高料层料位自动控制装置；每个发酵层内均设有无菌空分布系统，无菌空分布系统与位于发酵罐主体外侧的无菌空气发生罐连接，发酵罐主体内部转动安装有主轴，隔板上端设有搅拌桨叶。本发明专利技术集干料混合、加水拌料、蒸汽灭菌、接种、自控发酵、低温干燥、原料粉碎、自动出料、成品破碎八种功能于一体，使固态发酵所有操作均可在多功能生物固态发酵罐中完成，通过本设备可连续完成固体类生物制品的发酵、生产制备过程。

【技术实现步骤摘要】
全自动控制多功能固态发酵罐
本专利技术涉及一种立式全自动固态连续发酵设备，具体来说涉及一种全自动控制多功能固态发酵罐。
技术介绍
工业生产上的发酵方式主要有深层液体发酵和固态发酵两种。其中深层液态发酵方式是最主要的发酵工艺，技术较为成熟，在工业化生产中被广泛应用。但是也存在着工艺流程复杂，容易染菌，发酵后处理复杂，三废排放多，产芽孢率低等缺点。随着时代的发展，液体深层发酵技术进一步发展遇到了障碍，高污染和高能耗就是其面临的最大问题，高浓度、高粘度发酵成为液体深层发酵的重要发展方向，然而高浓度、高粘度发酵的极限状态就是固态发酵（Solid-statefermentation，SSF)。历史悠久的固态发酵重新被人们重视起来，作为一种新的工业生产方式，现代固态发酵在生产中体现出自己特有的优越性。固态发酵是没有或只有少量游离水存在，在具有可以满足微生物生长代谢的一定湿度的固态营养基质中进行微生物发酵过程。从生态学和仿生学的观点来看，固态发酵更适宜于微生物的生存、繁殖和代谢。固态发酵，尤其是产品为生物量或初级代谢产物的固态发酵相对于液态深层发酵，表现出众多的优越性。和传统的深层液体发酵工艺相比，固态发酵具有培养基含水量低，所需反应器体积小；产物浓度高，产品纯化费用低；无废水排放，污染物较少，可用于生产生物饲料、生物肥料、生物农药、酶制剂、有机酸、功能食品等众多产品；所需通气压力低，能耗少；培养基来源广泛等优越性，具有节水节能等优势，属于清洁生产技术。固态发酵由不溶于水的固体、少量的水分及空气组成，发酵过程微生物产热导致水分蒸发，使发酵体系具有气液固不均匀三相，存在严重的浓度梯度及传热、传质困难，这样很难控制pH、水分、发酵温度等，使发酵产量大大下降。较大规模的固态发酵装置，目前主要有浅盘发酵，厚层通风发酵池，圆盘式固态发酵，立式锥形固态发酵罐等。浅盘发酵的优点是，容易与外界发生物质、能量的交换，传质、传热、传气容易，菌体生长良好，缺点是，操作时，需要人工填装和摆放，劳动强度大，工作效率低，极易染菌；厚层通风发酵池，存在进料出料无法自动化，接种及发酵过程容易染菌，无法混合等缺点；圆盘式固态发酵存在装料系数低，混合不均匀，接种困难，出料不干净等缺点，转鼓式发酵罐，不能连续生产，只能间歇操作，也需要人力操作，因此效率低；翻转盘发醉罐，虽然可以连续操作，但是结构复杂，不易控制；深层通风发酵罐，需要较高压力的无菌空气，耗能大，而且发酵培养基散热不佳。上述三种方法均不能很好地满足连续化无菌固态发酵的要求，并且只有单一的发酵功能，无法实现灭菌、真空低温干燥等功能；立式锥形固态存在发酵罐物料混合不均匀，能耗大，接种困难，发酵过程中对物料无法均匀混合，温度不均匀等问题。此外，固态发酵中PH、溶氧、基质浓度等不易在线检测，因此已有的固态发酵设备存在诸多缺点，使固态发酵的生产应用几乎处于停滞状态，无法实现固态发酵的工业化规模生产。固态发酵反应器的研制对于固态发酵的工业化推广具有重要意义，根据基质的运动情况，固态发酵反应器可以分为两类：静态固态发酵反应器和动态固态发酵反应器。好养菌固态发酵影响因素受物料含水量，通气量，温度影响较大，好氧菌固态发酵反应器主要应该解决对于固态发酵温度、通气、物料含水量、防染菌等方面的控制。已有的固态发酵装置中通常将通气、加湿、散热分开处理，存在原理及制造复杂，操作控制复杂，发酵过程易染菌，或设备造价高等方面的问题。固态发酵最难解决的就是搅拌系统的设计，搅拌系统直接关系到传质传热及溶氧的效率，并且，对液态难以发酵的丝状菌体而言，转速不能太快，否则会切断菌丝而影响发酵质量，搅拌中保持混合均匀、料层厚度一致，才能保证物料受热均匀、通气均匀，提高发酵成绩。在对通入空气除菌时采用的方法主要有辐射杀菌、热杀菌、静电除菌，过滤除菌采用的介质如棉花、玻璃纤维、活性炭存在体填充费时费力，松紧度不易掌握的缺点；纸类过滤介质如超细玻璃纤维纸受潮后强度降低，影响空气过滤效果。现代的金属膜和有机膜得到了很好地应用。现代固态发酵迫切要求纯菌种大规模生产，相关研究和应用取得了不少进展。但是，适合于纯菌种大规模培养的固态发酵设备缺乏严重制约了固态发酵的应用。公开号为CN201506789U的专利中，将双锥形罐体设计成转鼓式，中轴和中轴上的桨叶设计成中空式，蒸汽从罐体中间通入，这种设计不能保证灭菌没有死角，发酵效果难以保证，并且没有提及保温措施。公开号为CN102358883A的专利中，介绍了一种卧式转轴式固态发酵罐，蒸汽也是从上口进入，而物料在下方，同样不能保证灭菌没有死角，发酵效果也是难以保证，发酵过程产生的热量不能及时带走，影响发酵质量。公开号为CN102318789A的专利中，介绍了一种用于发酵红曲的转鼓式固态发酵罐，通过罐顶喷淋的方式控制发酵罐的温度，效率不高；取样口设计在罐体下部，而且没有说明具体取样方式和取样时染菌的预防措施。在已经公开的固态发酵罐专利中，都没有涉及如何保证搅拌后物料厚度均匀的措施，势必会使发酵料层厚度不均，受热不均而影响发酵质量。总之，固态发酵周期长，传质传热困难，发酵中物料温度、pH、溶氧、基质浓度、生物量等不易在线检测，所以设计固态发酵罐的核心问题就是如何设计高效的搅拌系统，使各处物料温度、pH、溶氧等均匀，其次是设计物料温度、pH、溶氧、基质浓度、生物量等的在线检测，再次是设计固态发酵罐的清洗和灭菌，避免物料培养过程和物料输送过程染菌。目前，有许多类型的固态发酵反应器已经问世（包括实验室、中试阶段、工业生产规模化）。其中动态固态发酵的生物反应器中的基质处于间断或连续的运动状态，强化了传热和传质，设备结构比较紧凑，自动化程度相对较高，大多数都在100m3以下，由于结构不合理，放大到200m3时发酵过程的不均匀、出料难、染菌，以及过程检控等一系列问题，到目前为止尚未见到有关大型工业化规模固态反应器的报道。固态发酵必须解决反应器的过程放大，否则只能小规模生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以对固态物料发酵所需的灭菌、冷却、液体接种、控温、发酵、控湿、通气、真空烘干等功能在固态发酵罐内同时完成，使固态物料在罐体内形成循环流动，并可实现自动出料且出料干净完全的多功能生物固态发酵罐。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：全自动控制多功能固态发酵罐，包括圆形立式发酵罐主体和发酵控制系统，发酵罐主体上端设有排气口，发酵罐主体上端一侧设有进料绞龙，进料绞龙连接斗式提升机；发酵罐主体内部设有多个隔板，每个隔板上均设有下料口，下料口沿着发酵罐主体轴线呈螺旋状设置，隔板将发酵罐主体分为多个发酵层和1个预烘干层，每个发酵层内设有高料层料位自动控制装置；每个发酵层内均设有无菌空分布系统，每个无菌空分布系统均与位于发酵罐主体外侧的无菌空气发生罐连接，每个发酵层的隔板下设有蒸汽或冷却水盘管，发酵罐主体的外侧设有蒸汽主管、冷却水主管、空气主管，每个发酵层的蒸汽或冷却水盘管均与蒸汽主管和冷却水主管相连接，每个发酵层一侧外壁上均设有夹套进口，另一侧均设有夹套出口，蒸汽主管和冷却水主管分别与每个发酵层的夹套进口相连，每个发酵层的夹套出口均与冷却回水管相连；预烘干层位于最下层，预烘干层的隔板为具有多本文档来自技高网...

【技术保护点】
全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：包括圆形立式发酵罐主体和发酵控制系统，发酵罐主体上端设有排气口，发酵罐主体上端一侧设有进料绞龙，进料绞龙连接斗式提升机；发酵罐主体内部设有多个隔板，每个隔板上均设有下料口，下料口沿着发酵罐主体轴线呈螺旋状设置，隔板将发酵罐主体分为多个发酵层和1个预烘干层，每个发酵层内设有高料层料位自动控制装置；每个发酵层内均设有无菌空分布系统，每个无菌空分布系统均与位于发酵罐主体外侧的无菌空气发生罐连接，每个发酵层的隔板下设有蒸汽或冷却水盘管，发酵罐主体的外侧设有蒸汽主管、冷却水主管、空气主管，每个发酵层的蒸汽或冷却水盘管均与蒸汽主管和冷却水主管相连接，每个发酵层一侧外壁上均设有夹套进口，另一侧均设有夹套出口，蒸汽主管和冷却水主管分别与每个发酵层的夹套进口相连，每个发酵层的夹套出口均与冷却回水管相连；预烘干层位于最下层，预烘干层的隔板为具有多孔的喷风板，喷风板下端为底板，底板下端通过多个支柱支撑，喷风板和底板之间的发酵罐主体壳体上设有预烘干层进风口，预烘干层进风口与位于发酵罐主体外侧的振动流化床干燥机连接，预烘干层的下料口下方设有出料绞龙，出料绞龙设置在振动流化床干燥机上方；发酵罐主体内部转动安装有主轴，主轴下端连接联轴器，联轴器连接减速器，减速器连接电机，主轴穿过每个隔板的中心孔，隔板的中心孔与主轴之间通过填料密封或机械密封进行密封，每个隔板上端均设有搅拌桨叶，搅拌桨叶安装在主轴上；发酵控制系统包括温湿度检测系统、温度控制单元、湿度控制单元、供气控制单元和尾气检测控制单元，温湿度检测系统分别连接温度控制单元和湿度控制单元。...

【技术特征摘要】
1.全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：包括圆形立式发酵罐主体和发酵控制系统，发酵罐主体上端设有排气口，发酵罐主体上端一侧设有进料绞龙，进料绞龙连接斗式提升机；发酵罐主体内部设有多个隔板，每个隔板上均设有下料口，下料口沿着发酵罐主体轴线呈螺旋状设置，隔板将发酵罐主体分为多个发酵层和1个预烘干层，每个发酵层内设有高料层料位自动控制装置；每个发酵层内均设有无菌空分布系统，每个无菌空分布系统均与位于发酵罐主体外侧的无菌空气发生罐连接，每个发酵层的隔板下设有蒸汽或冷却水盘管，发酵罐主体的外侧设有蒸汽主管、冷却水主管、空气主管，每个发酵层的蒸汽或冷却水盘管均与蒸汽主管和冷却水主管相连接，每个发酵层一侧外壁上均设有夹套进口，另一侧均设有夹套出口，蒸汽主管和冷却水主管分别与每个发酵层的夹套进口相连，每个发酵层的夹套出口均与冷却回水管相连；预烘干层位于最下层，预烘干层的隔板为具有多孔的喷风板，喷风板下端为底板，底板下端通过多个支柱支撑，喷风板和底板之间的发酵罐主体壳体上设有预烘干层进风口，预烘干层进风口与位于发酵罐主体外侧的振动流化床干燥机连接，预烘干层的下料口下方设有出料绞龙，出料绞龙设置在振动流化床干燥机上方；发酵罐主体内部转动安装有主轴，主轴下端连接联轴器，联轴器连接减速器，减速器连接电机，主轴穿过每个隔板的中心孔，隔板的中心孔与主轴之间通过填料密封或机械密封进行密封，每个隔板上端均设有搅拌桨叶，搅拌桨叶安装在主轴上；发酵控制系统包括温湿度检测系统、温度控制单元、湿度控制单元、供气控制单元和尾气检测控制单元，温湿度检测系统分别连接温度控制单元和湿度控制单元。2.根据权利要求1所述的全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：所述进料绞龙包括筒体，筒体水平设置，筒体轴线与发酵罐主体呈90度夹角，筒体底部设有机座，筒体上方设有进料口和接种喷液口，筒体下方设有出料口，出料口处设有分料板，筒体内部设有螺旋轴，螺旋轴上设有螺旋叶片、爪形打棒和成螺旋排列的柱状打棒，筒体一端与发酵罐主体连接，连接处设有填料密封座，填料密封座内部设有石墨盘根，筒体另一端设有减速机，减速机安装在减速机座上，减速机一端连接电机，另一端通过减速机的联轴器与螺旋轴连接。3.根据权利要求1所述的全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：所述高料层料位自动控制装置包括料位控制仪和旋转式闭气下料阀，料位控制仪上设有摆针和自调重心料摆，料位控制仪和摆针相连，料位控制仪和摆针通过摆片Ⅰ同步起伏，自调重心料摆和摆针通过传动轴同轴摆动，传动轴通过外球面轴承座及填料座固定在发酵罐壳体上，自调重心料摆采用不锈钢板制成瓢型、半球型或球型，自调重心料摆的腔体内装有若干滑块；旋转式闭气下料阀通过法兰盘Ⅰ连接在每个发酵层的下料口处，并通过法兰盘Ⅱ固定在发酵罐主体壳体上，旋转式闭气下料阀连接变频调速电机。4.根据权利要求1所述的全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：所述高料层料位自动控制装置包括自调重心料摆、摆片Ⅱ、传动轴、连杆、平衡杆、料门轴和料门，自调重心料摆采用不锈钢板制成瓢型、半球型或球型，自调重心料摆的腔体内装有若干滑块，自调重心料摆连接摆片Ⅱ，摆片Ⅱ与传动轴连接，摆片Ⅱ和平衡杆上均设有4个固定孔，连杆一端通过摆片Ⅱ上的固定孔与摆片Ⅱ连接，连杆另一端通过平衡杆上的固定孔与平衡杆连接，平衡杆一端与料门轴固定连接，另一端上设有平衡块，料门轴上固定连接料门，料门设置在每个发酵层的下料口处，料门轴设在轴承座上。5.根据权利要求1所述的全自动控制多功能固态发酵罐，其特征在于：所述无菌空分布系统包括无菌空气进口、出风口、气体分布主管和气体分布管Ⅰ，无菌空气进口和出风口设在发酵罐主体壳体上，无菌空气进口与气体分布主管相连通，无菌空气进口连接无菌空气发生罐，气体分布主管和气体分布管Ⅰ相连，气体分布管Ⅰ为米字状分布或非字状分布，气体分布管Ⅰ上垂直设有多个气体分布管支管Ⅰ，气体分布管支管Ⅰ上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浪，李潮舟，周平，孙翠云，周道永，
申请(专利权)人：郑州良源分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41