一种柠檬酸发酵系统及其发酵方法技术方案

本发明专利技术提供了一种柠檬酸发酵系统及其发酵方法，柠檬酸发酵系统包括：发酵装置以及控制系统，所述控制系统与所述发酵装置连接以实现对发酵装置的工作状态进行控制，所述发酵装置由一级发酵罐与二级发酵罐并联形成，所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐的顶部均设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，所述一级发酵罐以及二级发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出。本发明专利技术的柠檬酸发酵系统解决了现有技术中由于空气和发酵液在发酵罐内部无法得到充分混合的问题。在发酵罐内部无法得到充分混合的问题。在发酵罐内部无法得到充分混合的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种柠檬酸发酵系统及其发酵方法


[0001]本专利技术涉及发酵领域，具体而言，涉及一种柠檬酸发酵系统及其发酵方法。

技术介绍

[0002]工业发酵就是通过微生物的生命活动，把发酵原料转化为人类所需要的微生物产品的工业过程。在我国，发酵工业作为生物技术中的重要分支近年来已有长足的发展，新型发酵工业(例如氨基酸、酶制剂、有机酸、单细胞蛋白、淀粉糖等)以年平均21％的速度增长。至今，我国已形成了一个品种繁多，门类齐全，具有相当规模的发酵工业体系，其产品应用覆盖医药、卫生、轻工、农业、能源、环保等诸多行业。
[0003]在好氧发酵中，溶解的氧含量是菌体生长与发酵的限制性因素，而传统好氧发酵工艺中采用，发酵液中溶解氧浓度一般仅为7～8ppm，使得发酵效率低下。因此谋求更高气液传质效率的发酵设备以提高溶解氧浓度，提高发酵产率，是现代发酵工业发展的重要方向。
[0004]此外，现有发酵工艺需要大量的人力，包括通过人孔进入罐体内部洗刷以及各管路阀门的现场操作等。这样既提高了人力成本，同时降低了生产的安全性。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种柠檬酸发酵系统，该柠檬酸发酵系统通过在发酵装置内设置微界面发生器与液体喷射器，一方面液体喷射器可将清洗罐体的水高效破碎成微米级液滴，并通过喷射器冲撞发酵罐上方取代人工进行清洗，另一方面通过微界面发生器将空气高效破碎成微米级气泡，并分散到发酵液中形成微界面体系，以数十倍地提高反气液内的气液相界面积，大幅提高氧气向发酵液的传质速率，提高溶解氧的浓度及宏观发酵速率，再者通过采用智能化的清洗装置代替人工清洗，采用PLC(或DCS，PLC和DCS)控制系统对生产进行远程控制，符合生产的智能化。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种采用上述柠檬酸发酵系统进行发酵的方法，该发酵方法操作简便，得到的发酵产物纯度高，发酵效果好，值得广泛推广进行应用。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种柠檬酸发酵系统，包括：发酵装置以及控制系统，所述控制系统与所述发酵装置连接以实现对发酵装置的工作状态进行控制，所述发酵装置由一级发酵罐与二级发酵罐并联形成，所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐的顶部均设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，所述一级发酵罐以及二级发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出；
[0010]所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐内设置有若干液体喷射器以及微界面发生器，所述发酵罐的侧壁设置有清洗水进口以及空气进口，所述空气进口通过管道通入所述微界面发生器中，所述空气进口与所述微界面发生器一一对应，所述液体喷射器与所述清
洗水进口通过管道连接，所述清洗水进口与所述液体喷射器一一对应。
[0011]现有技术中的柠檬酸发酵系统在好氧发酵过程中，一般由于气液的传质效率比较低导致发酵产率也不高，本专利技术为了解决上述技术问题提供了一种新型的柠檬酸发酵系统，在该柠檬酸发酵系统中集成了微界面发生器以及液体喷射器对空气以及水进行充分的分散破碎，提高了发酵罐的清洗效果，同时提高了发酵过程中的气液传质效果，从而最终达到提高了发酵产率的效果。
[0012]本专利技术的发酵装置是由一级发酵罐与二级发酵罐相互并联形成的，因为当进行发酵的过程中为了提升发酵效果，提高发酵过程的传质效果，通过两个发酵罐并行操作的方式可以切实提高发酵效果。同时工作的方式还可以提升发酵处理量，缩短处理时间。
[0013]优选地，所述一级发酵罐内的所述微界面发生器的个数为两个，所述液体喷射器的个数为三个，位于上部的微界面发生器靠近所述发酵罐的顶部，位于下部的微界面发生器靠近所述发酵罐的底部，所述液体喷射器均设置在所述发酵罐内上部，其中两个液体喷射器分别设置发酵罐的侧壁上，另一个液体喷射器与上部的所述微界面发生器相对设置。
[0014]优选地，所述二级发酵罐内的所述微界面发生器的个数为三个，所述液体喷射器的个数为一个，所述微界面发生器沿竖直方向从上至下依次设置，位于上部的微界面发生器靠近所述发酵罐的顶部，位于下部的微界面发生器靠近所述发酵罐的底部，所述液体喷射器均设置在所述发酵罐内上部。
[0015]优选地，设置在每个发酵罐侧壁上的两个液体喷射器沿竖直向互相错位设置。
[0016]优选地，所述液体喷射器位于上部的所述微界面发生器的正上方。
[0017]优选地，所述液体喷射器的顶部呈半圆形弧面，所述半圆形弧面上依次排布有若干个喷射口，所述清洗水进口通过管道与所述液体喷射器的底部连接。
[0018]本专利技术的液体喷射器主要是跟清洗水进口通过管道连接，通过将清洗水引入到液体喷射器中，并通过液体喷射器半圆形弧面上的喷射口喷射出去，之所以设计成半圆形弧面的结构是为了提高清洗效果，保证喷射出去的清洗水能够对发酵罐的壁面进行全方位的清洗，此外优选地，每个所述喷射口内铺设有均布多个微孔的网面，这样喷射出去的水被打碎分散后，成雾状以提高传质效果，也相当于起到了微界面发生器相应的效果。
[0019]在一级发酵罐中，本专利技术的液体喷射器具体为三个配合使用，其中一个位于中间，另外两个位于发酵罐的内壁上，这样每个液体喷射器喷射水雾的方向为不同的方向，从而保证从各个角度对发酵罐内部进行清洗。两个位于内壁上的液体喷射器互相错位放置也是为了防止两个液体喷射器互相影响。
[0020]需要额外注意的是，两个微界面发生器最好一个设置在发酵罐内比较靠下的位置处，这样空气能够进入充满整个发酵罐，如果位置太过靠上可能会影响氧气与菌液、料液之间的分散效果，另外一个微界面发生器则位于与上部的液体喷射器比较靠近的位置，因为在液体喷射器进行工作的过程中进入到微界面发生器中的液相也可以进一步起到分散破碎的作用，使其液体分散效果更佳，所以可见两个微界面发生器分别发挥不同的作用。
[0021]在二级发酵罐中，液体喷射器为单个，因为二级发酵罐主要是为了配合一级发酵罐进行动作的，所以其内部所设置的液体喷射器的个数可以进行适当的调整，不需要个数太多。二级发酵罐中的微界面发生器为三个沿垂直方向依次设置，相互之间还设置有连接杆以起到加强稳定的作用，由于发酵罐内的空间本身比较大，如果仅仅设置两个可能分散
破碎的空间有限，并不能发挥良好的作用，通过三个微界面发生器的设置正好能够充分利用到发酵罐内的各个区域，从而使得分散破碎效果达到最优。
[0022]并且，无论是一级发酵罐还是二级发酵罐内部设置的微界面发生器均互相配合进行工作，且其具体类型最好为气动式微界面发生器，因为气动式类型相对成本低，容易安装。并且每个微界面发生器分别对应一个空气进口，这样每个微界面发生器均能实现将进来的空气第一时间进行分散破碎的效果，所以最好不要将两个微界面发生器同时对应同一个空气进口，而是采用一一对应的方式将空气鼓入发酵罐内。
[0023]微界面发生器将空气破碎成微米尺度的微气泡，并将微气泡释放到发酵液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柠檬酸发酵系统，其特征在于，包括：发酵装置以及控制系统，所述控制系统与所述发酵装置连接以实现对发酵装置的工作状态进行控制，所述发酵装置由一级发酵罐与二级发酵罐并联形成，所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐的顶部均设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，所述一级发酵罐以及二级发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出；所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐内设置有若干液体喷射器以及微界面发生器，所述一级发酵罐以及所述二级发酵罐的侧壁设置有清洗水进口以及空气进口，所述空气进口通过管道通入所述微界面发生器中，所述空气进口与所述微界面发生器一一对应，所述液体喷射器与所述清洗水进口通过管道连接，所述清洗水进口与所述液体喷射器一一对应。2.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述一级发酵罐内的所述微界面发生器的个数为两个，所述液体喷射器的个数为三个，位于上部的微界面发生器靠近所述发酵罐的顶部，位于下部的微界面发生器靠近所述一级发酵罐的底部，所述液体喷射器均设置在所述一级发酵罐内上部，其中两个液体喷射器分别设置一级发酵罐的侧壁上，另一个液体喷射器与上部的所述微界面发生器相对设置。3.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，所述二级发酵罐内的所述微界面发生器的个数为三个，所述液体喷射器的个数为一个，所述微界面发生器沿竖直方向从上至下依次设置，位于上部的微界面发生器靠近所述发酵罐的顶部，位于下部的微界面发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志炳，孟为民，周政，王宝荣，杨高东，罗华勋，张锋，李磊，杨国强，田洪舟，曹宇，
申请(专利权)人：南京延长反应技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：