專利名稱:一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,是容積為60-100m3的大型生物反應(yīng)器,這種新型反應(yīng)器對配套的傳動系統(tǒng)、高徑比、熱傳導形式進行了改進。對溫度、溶解氧、液位、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)由手工控制改為自動控制。這種反應(yīng)器特別適用于生產(chǎn)各種高粘度的微生物膠,尤其適宜用于生產(chǎn)高粘度黃原膠。
背景技術(shù):
在微生物發(fā)酵過程中,大多發(fā)酵醪的粘度并不很高。但對于生產(chǎn)高粘度的微生物膠(如高粘度黃原膠),成熟發(fā)酵醪的粘度高達20000-50000mPa.s,通用型的生物反應(yīng)器是難以適應(yīng)的。
近年來,許多產(chǎn)品的發(fā)酵過程已發(fā)展到對氧的需求超過現(xiàn)有設(shè)備的最大供氧能力,其后果是氧傳遞速率成為這種產(chǎn)品發(fā)酵產(chǎn)量的限制因素。事實證明,供氧不足可能引起菌種的不可彌補的損失,或可能導致代謝方向的改變。對于好氧微生物發(fā)酵反應(yīng)中,特別是用菌株X.campestris在發(fā)酵過程中處理好供氧和需氧之間的關(guān)系是保證生產(chǎn)過程最佳化的重要方面。
在發(fā)酵過程中除了滿足生產(chǎn)菌種的營養(yǎng)需要外,還需維持菌種的適當?shù)呐囵B(yǎng)條件,其中重要的一點就是保持菌體生長和合成產(chǎn)物所需的最適溫度。因為微生物生長和產(chǎn)物合成都是在各種酶催化下進行的,溫度是保證酶活的重要條件。因此,在發(fā)酵系統(tǒng)中必須保證穩(wěn)定而合適的溫度環(huán)境。對于高粘物料,由于熱傳導效率的降低,在發(fā)酵過程中保持所需要的溫度已變成一件很困難的事。
在發(fā)酵工業(yè)中,為了能對生產(chǎn)過程進行必要的控制,需要對如溫度、溶解氧、液位、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)進行定期取樣測定。由于生物反應(yīng)過程的復(fù)雜性,使得發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)控落后于其它行業(yè),使生物反應(yīng)器的工藝參數(shù)控制,特別是用于高粘度微生物膠生產(chǎn)的生物反應(yīng)器的工藝參數(shù),極少能采用自動控制,遠遠達不到要求。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型大型生物反應(yīng)器對罐體及結(jié)構(gòu)進行了改進,如附圖。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1、在大型(容積為60-100m3)生物反應(yīng)器所配套的傳動裝置采用變頻器調(diào)節(jié)控制大功率變頻電機和減速機(附圖中1、2),使攪拌速度達到寬幅度內(nèi)(10-500rpm)的無級變速。同時,根據(jù)微生物生長的實際需要隨時調(diào)整轉(zhuǎn)速,采用了獨特的高徑比,配合適量的通風,保證氣液充分混合,本實用新型的有益效果是,保證了微生物發(fā)酵必需的溶解氧,并可節(jié)約動力電30-50%。
2、本實用新型的大型(容積為60-100m3)生物反應(yīng)器,其特征是采用了罐外蛇管和罐內(nèi)列管相結(jié)合的熱傳導形式,在附圖中,3為罐外蛇管,4為罐內(nèi)列管。配合采用循環(huán)低溫水,提高了傳熱效率,增加了生物反應(yīng)器的使用效率。本實用新型的有益效果是,保證了微生物生長和產(chǎn)物合成所需要的酶的最適宜溫度,提高了產(chǎn)量和產(chǎn)物的粘度。
3、本實用新型的大型(容積為60-100m3)生物反應(yīng)器,其特征是在整個發(fā)酵過程中自動控制溫度、液位、溶解氧、酸堿度、消泡等工藝參數(shù),控制系統(tǒng)由現(xiàn)場控制儀表(下位機控制系統(tǒng)),通訊,計算機分析系統(tǒng)(上位機控制系統(tǒng)),傳感器和執(zhí)行機構(gòu)組成。下位機控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-300大型PLC系統(tǒng),配觸摸屏顯示、操作。功能齊全,性能穩(wěn)定。上位機控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)設(shè)定控制,預(yù)置延時式設(shè)定控制,歷史數(shù)據(jù)存儲,曲線分析,批報表自動生成,輸出打印,密碼管理,異常分析,2路外來數(shù)據(jù)輸入與分析等功能。WIN95或WIN2000平臺,人機界面友好。本實用新型的有益效果是,在發(fā)酵過程中保證了微生物最適宜的生長代謝,提高了產(chǎn)量和產(chǎn)物的粘度。
附圖是本實用新型的生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖。
圖中,1.變速電機,2.減速機,3.罐外蛇管,4.罐內(nèi)列管,5.罐體,6.人孔,7.消泡耙,8.攪拌軸,9.攪拌槳,10.聯(lián)軸器。
在發(fā)酵過程中,由變頻電機(1)帶動減速機(2),同時帶動連接的攪拌軸(8)、攪拌槳(9),使反應(yīng)器中的醪液充分攪拌,與通入的空氣均勻混合。
在發(fā)酵過程中,需要加溫或降溫時,可由罐外蛇管(3)和罐內(nèi)列管(4)通入循環(huán)熱水或循環(huán)冷水,從而使發(fā)酵醪保持微生物生長代謝適宜的溫度。
具體實施方式
實例在生產(chǎn)高粘度黃原膠的過程中,在發(fā)酵初期,采用變頻器控制變頻電機和減速機(附圖中1、2),使攪拌器(附圖中8、9)以較低的速度運行。在發(fā)酵后期,采用變頻器控制變頻電機和減速機(附圖中1、2),使攪拌器(附圖中8、9)以較高的速度運行。同時配合適量的通風,保證氣液充分混合,保證了微生物發(fā)酵必需的溶解氧。由于采用了罐外蛇管和罐內(nèi)列管(附圖中3、4)相結(jié)合的熱傳導形式,配合采用循環(huán)低溫水(10℃左右),提高了傳熱效率,增加了生物反應(yīng)器的使用效率。特別是在整個發(fā)酵過程中能夠根據(jù)微生物生長和產(chǎn)物合成的具體情況自動控制溫度、液位、溶解氧、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)。本實用新型的有益效果是,在發(fā)酵過程中保證了微生物最適宜的生長代謝和產(chǎn)物合成所需要的酶的最適宜溫度等各種條件,從而提高了產(chǎn)量和產(chǎn)物的粘度,降低了能耗。生成的黃原膠粘度為1850mpa.s(1%水溶液)。并可節(jié)約動力電30-50%。
本實用新型大型生物反應(yīng)器使用方便,性能優(yōu)良,自動控制,適用于生產(chǎn)各種高粘度微生物膠,特別適用于由菌株X.campestris生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高粘度黃原膠。
權(quán)利要求1.一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,其特征是這種生物反應(yīng)器由改進了的傳動裝置,獨特的高徑比,罐外蛇管(3)和罐內(nèi)列管(4)相結(jié)合的熱傳導裝置及對工藝參數(shù)實行微機自控裝置構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,其特征在于所配套的傳動裝置采用大功率變頻電機(1)配合變頻器和減速機(2),使攪拌速度達到10-500rpm寬幅度內(nèi)的無級變速。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,其特征在于采用了獨特的高徑比,其高徑比的范圍為3.0∶1-6.0∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,其特征在于采用了罐外蛇管(3)和罐內(nèi)列管(4)配合低溫循環(huán)水的熱傳導裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進了的用于生產(chǎn)高粘度微生物膠的生物反應(yīng)器,其特征在于采用了在發(fā)酵過程中可根據(jù)微生物生長代謝的需要隨時對溫度、溶解氧、液位、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)進行自動控制的微機自控裝置。
專利摘要本實用新型是對通用型生物反應(yīng)器的改進。其特征是在大型生物反應(yīng)器配套的傳動裝置采用大功率變頻電機配合變頻器和減速機,使攪拌速度達到寬幅度內(nèi)的無級變速。采用了獨特的高徑比。采用了罐外蛇管和罐內(nèi)列管相結(jié)合的熱傳導形式,提高了傳熱和設(shè)備使用效率。自動控制溫度、液位、溶解氧、酸堿度、消泡等參數(shù),提高了產(chǎn)量和膠粘度。本實用新型大型生物反應(yīng)器性能優(yōu)良,特別適用于生產(chǎn)高粘度微生物膠(如高粘度黃原膠)。
文檔編號C12M1/00GK2760040SQ200320106350
公開日2006年2月22日 申請日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者劉清泉, 徐德?lián)P, 周希慶 申請人:劉清泉