一种微界面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微界面发酵系统及其发酵方法，微界面发酵系统包括：发酵罐以及控制系统，发酵罐的顶部设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出；发酵罐内设置有液体喷射器以及微界面发生器，微界面发生器的个数为两个，从上至下并排设置在发酵罐内底部，液体喷射器设置在所述发酵罐内上部，发酵罐的侧壁设置有清洗水进口以及空气进口，空气进口通过管道通入微界面发生器中，空气进口与微界面发生器一一对应。本发明专利技术的微界面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，导致发酵效率低下的问题发生，节省了清洗以及现场操作的人力成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种微界面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，涉及一种微界面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微界面发酵系统，该微界面发酵系统通过在发酵罐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微界面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微界面发酵系统，包括：发酵罐以及控制系统，所述控制系统与所述发酵罐连接以实现对发酵罐的工作状态进行控制，所述发酵罐的顶部设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，所述发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出；
[0010]所述发酵罐内设置有液体喷射器以及微界面发生器，所述微界面发生器的个数为两个，从上至下并排设置在发酵罐内底部，所述液体喷射器设置在所述发酵罐内上部，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。
[0011]现有技术中的微界面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微界面发酵系统，在该微界面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]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，所述喷射口的喷射方向朝向发酵罐顶部，所述清洗水进口通过管道与所述液体喷射器的底部连接。
[0013]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。
[0014]优选地，所述微界面发生器与所述液体喷射器相对设置，相对设置的原因是为了提高两者之间互相协同配合的效果。
[0015]需要额外注意的是，两个微界面发生器最好均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。
[0016]并且，发酵罐内设置的微界面发生器为两个互相配合进行工作，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，两个微界面发生器从上到下互相对齐，这样可以提高两个微界面发生器同步工作的步调性。
[0017]发酵罐内的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内部，以增大发酵过程中氧气与发酵液之间的相界传质面积，使得两相充分接触，提高发酵液中的溶解氧浓度，提高发酵效率，缩短发酵时间。
[0018]本领域所属技术人员可以理解的是，本专利技术所采用的微界面发生器在本专利技术人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即微界面发生器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质
面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式微界面发生器。
[0019]另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式微界面发生器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式微界面发生器。其实，无论是液动式微界面发生器，还是气液联动式微界面发生器，都属于微界面发生器的一种具体形式，然而本专利技术所采用的微界面发生器并不局限于上述几种形式，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微界面发酵系统，其特征在于，包括：发酵罐以及控制系统，所述控制系统与所述发酵罐连接以实现对发酵罐的工作状态进行控制，所述发酵罐的顶部设置有菌液进口以及料液进口以用于菌液与料液的进入，所述发酵罐的底部设置有出液口以用于发酵产物排出；所述发酵罐内设置有液体喷射器以及微界面发生器，所述微界面发生器的个数为两个，从上至下并排设置在发酵罐内底部，所述液体喷射器设置在所述发酵罐内上部，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。2.根据权利要求1所述的微界面发酵系统，其特征在于，所述微界面发酵系统包括液体菌种预混装置以及菌液罐，所述菌液罐与所述菌液进口连通，所述液体菌种预混装置预混后的菌种储存在所述菌液罐中。3.根据权利要求2所述的微界面发酵系统，其特征在于，所述液体菌种预混装置包括分流预混管以及汇流预混管，不同种类的菌液经过分流预混管汇合到汇流预混管中进行预混，所述汇流预混管与所述菌液罐连通。4.根据权利要求1所述的微界面发酵系统，其特征在于，所述微界面发酵系统包括料液罐，所述料液罐与所述料液进口通过...

【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：