一种模块化固态发酵反应器，包括一个或多个能独立操作的模块（３），同心轴（１７）、混合臂（２０）和电机（１８）；其特征是： 一能独立操作的模块（３），由环形基盘（２），发射配流口（１２）、采集配流口（１３），圆柱形外壁（１）和密封圈（５）组成； 一模块（３）的底为一环形基盘（２），在环形基盘（２）边缘安装有圆柱形外壁（１），在环形基盘（２）边缘与圆柱形外壁（１）之间有一橡胶密封圈（５）；采集配流口（１２）位于模块底部边缘、发射配流口（１３）位于模块顶部边缘； 一环形基盘（２）由两个平行的金属平板（６）、传输通道（９）、非传输管道（１０）、集液管（１４）、采集环（１５）、配流环（１６）构成； 在两个相互平行放置的金属平板（６）中间夹有多根从基盘（２）的中心向外辐射的非传输通道（１０），非传输通道（１０）的一端与采集环（１５）相连通，另一端与集液管（１４）相连通； 每两个相邻的非传输管道（１０）的外壁与上下金属平板（６）一起共同构成物料传输通道（９），传输通道（９）的一端与配流环（１６）相连通，在构成传输通道（９）的上下两金属平板（６）的面上钻有孔（１１）； 一同心轴（１７）在环形基盘（２）的中间，在同心轴（１７）与两平行板（６）的侧壁之间安装有采集环（１５），在采集环（１５）外面安装有配流环（１６）；一采集配流口１３的里面与配流环１６相通，外面与发射器２１相通，采集配流口１３的里面与配流环１６相通，外面与采集器２２相通； 一个或多个混合臂（２）固定在两基盘之间的同心轴（１７）上，混合臂上装有平叶片（２３）；同心轴（１７）由内外轴组成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态发酵反应器领域，特别涉及模块化容积可变固态发酵反应器。
技术介绍
固态发酵多用于食品的生产，已经有几百年的历史，指微生物在潮湿固体基质上生长的技术。近年来，人们开始对固态发酵生产生物活性物质的能力感兴趣。与液态发酵相比，固态发酵产量高、成本低。然而由于固态发酵设备设计水平低，其工业应用仍受到限制。固态发酵设备可以分为静态和动态两大类。在静态体系中，整个发酵过程中固态基质保持不动，典型静态体系包括箱、盘、碟、固定床、烘箱等；动态体系则在发酵过程中有物料混合过程存在，典型混合方式为转鼓式。不论是静态还是动态固态发酵，发酵过程中的有效热交换都是一个主要问题。多数固态发酵体系用通气法进行热交换，这种方式易使固体基质的水分蒸发，导致物料干燥。另一种避免过热的方法是物料混合，然而发酵过程中的物料混合会导致细胞破坏。这些问题在大规模工业生产中显得尤为突出。现有的大规模固态发酵反应器的另一个缺点是操作劳动强度大。理想的固态发酵设备应该能够实现发酵过程中生长环境的精确控制，以便整个发酵过程可以在特定条件下进行。至今，固态发酵仍需繁琐的多步操作，在开放式环境中进行发酵，不能实现生长条件精确控制，使产品产量、质量下降。因此需要设计一种集成的反应器，可以将固态发酵的所有操作集中在单一设备中，以密闭可控的形式在反应器中完成，实现反应器中化学物质、营养物质无污染均匀添加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模块化的固态发酵反应器，并能根据需求调整反应器的大小，实现在发酵过程中微生物与外界环境隔绝，精确控制反应器内部的反应条件，且所有固态发酵的步骤可在一个单一的密闭容器中完成。本专利技术的模块化固态发酵反应器，包括一个或多个能独立操作的模块3，同心轴17、混合臂20和电机18；一能独立操作的模块3，由环形基盘2，发射配流口12、采集配流口13，圆柱形外壁1和密封圈5组成；一模块3的底为一环形基盘2，在环形基盘2边缘安装有圆柱形外壁1，在环形基盘2边缘与圆柱形外壁1之间有一橡胶密封圈5；所述的圆柱形外壁1的材质可为不锈钢或聚碳酸酯，通常外壁1的高度为4～8厘米。采集配流口(12)位于模块底部边缘、发射配流口(13)位于模块顶部边缘；一环形基盘2由两个平行的金属平板6、传输通道9、非传输管道10、集液管14、采集环15、配流环16构成；在两个相互平行放置的金属平板6中间夹有多根从基盘2的中心向外辐射的非传输通道10，非传输通道10的一端与采集环15相连通，另一端与集液管14相连通；每两个相邻的非传输管道10的外壁与上下金属平板6一起共同构成物料传输通道9，传输通道9的一端与配流环16相连通，在构成传输通道9的上下两金属平板6的面上钻有孔11，每个孔11的大小相等，孔11之间的纵向距离从内到外逐渐减小，以补偿随着直径的增大基盘面积的非线性增加；一同心轴17在环形基盘2的中间，在同心轴17与两平行板6的侧壁之间安装有采集环15，在采集环15外面安装有配流环16；一采集配流口13的里面与配流环16相通，外面与发射器21相通，采集配流口13的里面与配流环16相通，外面与采集器22相通；一个或多个混合臂20(优选两个)固定在两基盘之间的同心轴17上，混合臂上装有平叶片23，平叶片23在混合臂20上交错排列；同心轴17由内外轴组成，内外轴分别由两个独立的电机18带动，内轴带动混合臂自转，外轴带动混合臂20绕模块3中心旋转。所述的发射配流口12、采集配流口13的管道上安装有阀门24； 所述的反应器内进一步安装有探针7；所述的模块3的上部安装有圆形顶盘8；一圆形顶盘8由两个平行的金属平板6、传输通道9和配流环16构成，在两个相互平行放置的金属平板6中间夹有物料传输通道9，传输通道9的一端与配流环16相连通，该配流环16与发射配流口21相通，在构成传输通道9的金属平板6的面上钻有孔11，每个孔11的大小相等，孔11之间的纵向距离从内到外逐渐减小；所述的顶盘8的外部安装有弧形顶19。所述的模块3的下部安装有弧形顶19。所述的模块3可进一步相互堆叠形成一堆栈4。所述的堆栈4的最上面一模块的顶盘发射配流口12的里面与配流环16相通，外面与发射器21相通，其基盘2的配流环16与采集配流口13相通，采集配流口13与采集器22相通，第二个模块基盘的配流环16与发射配流口12相连通，以此类推直至最后一个模块。本专利技术的固态发酵反应器通过传导形式换热，由单个模块堆叠组成，每个模块有基座与外壁相联；固态基质与外部环境隔离，基盘有非传输通道，载有换热流体；反应器内部温度能够精确控制。所述的模块的基盘上有第二套通道，称为传输通道，可以向模块内部添加流体以调整反应器内部湿度和气体含量；本专利技术传输通道能够向反应器内部提供蒸汽或其它灭菌气体(如环氧乙烷)及化学物质(如过氧化氢)；操作期间补料；运送提取液用于提取有用物质。本专利技术的反应器通过模块内部的一混合臂进行物料混合，该混合臂绕模块的中心轴旋转。发酵的任何阶段都可以适时启动混合装置，如接种后启动，使菌种均匀分布。本专利技术的反应器对提取微生物产物尤为适用，微生物的有用代谢产物可在固态发酵反应器中提取。本专利技术的反应器密闭操作接种前灭菌，去除反应器内部的所有微生物；通过无菌管道由种子容器传输种子液，避免其暴露于环境之中，通入反应器中的气体需经过过滤，以免反应器内部受到污染，反应器中的气体经过滤后排放，提取产物后，反应器原位灭菌，反应器中所有微生物均在设备打开前破坏后才允许排放。本专利技术所提供的设备有很多优势如发酵过程易控制，发酵过程中化学营养物质添加及代谢产物提取方便。反应器密闭操作，最大限度防止染菌，同时使环境免受反应器内生长的病原微生物的污染。本专利技术所述的密闭反应器有提供灭菌、接种、控制发酵温度、湿度的能力。附图说明图1.本专利技术的模块化固态发酵反应器纵剖面图；图2.本专利技术的模块化固态发酵反应器基盘示意图；图3.本专利技术的模块化固态发酵反应器的容器模块堆层示意图；图4.本专利技术的模块化固态发酵反应器的混合臂示意图。附图标记1.圆柱形外壁 2.环形基盘 3.模块 4.堆栈5.橡胶密封圈 6.金属平板 7.探针 8.顶盘9.传输通道10.非传输管道 11.孔 12.发射配流口13.采集配流口 14.集液管 15.采集环 16.配流环17.同心轴 18.电机19.弧形顶 20.混合臂21.发射器 22.采集器 23.平叶片 24.阀门具体实施方式实施例请参见图1-5。三层固态发酵反应器，直径100cm，模块高度8cm，微生物红曲，原料籼米。本实施例不包括活性物质的提取。首先需要在每个洁净的模块3中加入14.6kg(干重)浸泡过的籼米，之后将所有模块3安装在一起形成堆栈4，这时反应器内部与外环境隔离。灭菌流体如蒸汽或臭氧，由配流口流入配流环，进入传输通道9，通过传输通道上的孔11向模块中释放流体。同时非传输通道10中通入蒸汽加热反应器至适当的灭菌温度(蒸汽121℃，环氧乙烷50℃)。灭菌后非传输通道10中通入冷却水冷却基质，基质经集液管14进入非传输通道10，汇集至采集环后流出。调节阀门使灭菌过程中反应器内达到适宜的温度。灭菌后，接种液通过传输通道9输入反应器的模块3中。接种后启动混合臂20，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩然，杜竹玮，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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