一種固態(tài)發(fā)酵反應器及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)酵工程和過程工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種固態(tài)發(fā)酵反應器及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002]固態(tài)發(fā)酵是指在沒有或幾乎沒有自由水的存在下，一種或多種微生物在固體基質(zhì)上進行的生物反應過程，具有操作簡單、能耗低、發(fā)酵過程易控制等優(yōu)點，特別是能利用農(nóng)業(yè)殘渣、工業(yè)廢棄物作為固體基質(zhì)。目前在生物制造產(chǎn)業(yè)中，液體深層發(fā)酵還是處于主導地位，宄其原因是缺乏一個多功能的、發(fā)酵穩(wěn)定的反應裝置?，F(xiàn)有的固體發(fā)酵裝置主要有淺盤發(fā)酵、通氣發(fā)酵池、滾筒式發(fā)酵等，但一般地淺盤發(fā)酵條件粗礦、通風散熱性能差、發(fā)酵過程不易控制等缺點，發(fā)酵池發(fā)酵存在進料出料繁瑣、勞動強度高、易染菌等弊端，滾筒式發(fā)酵能量消耗嚴重、巨大的剪切力影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且這些反應器功能單一，無法獨立完成原料滅菌、發(fā)酵、干燥等過程，發(fā)酵過程也不容易控制?？梢娫O(shè)備上的缺陷致使固態(tài)發(fā)酵無法完成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，也導致固態(tài)發(fā)酵技術(shù)的應用幾乎處于停滯狀態(tài)，因此，開發(fā)一種功能齊全、簡單實用、發(fā)酵穩(wěn)定的固態(tài)發(fā)酵反應器迫在眉睫！

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的功能單一、結(jié)構(gòu)復雜且不實用等問題，提供一種可以對固體物料發(fā)酵所需的滅菌、冷卻、接種、發(fā)酵、控溫、控濕、通氣、干燥等功能的固態(tài)發(fā)酵反應器。
[0004]本發(fā)明還要解決的一個技術(shù)問題是提供上述固態(tài)發(fā)酵裝置在在培養(yǎng)好氧微生物、厭氧微生物以及兼性厭氧微生物中的應用。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種固態(tài)發(fā)酵反應器，它包括發(fā)酵罐、盤管、淺盤和二流體噴嘴系統(tǒng)；
[0007]所述的發(fā)酵罐為臥式發(fā)酵罐，發(fā)酵罐外周設(shè)有夾套，發(fā)酵罐水平方向兩側(cè)設(shè)有第一活動頂蓋和第二活動頂蓋；
[0008]發(fā)酵罐內(nèi)部自上而下設(shè)有I?10層盤管，每層盤管上活動置放淺盤；每層盤管為中空結(jié)構(gòu)，盤管的一端為進水口，另一端為出水口 ；
[0009]發(fā)酵罐頂部設(shè)有出氣孔，出氣孔附近設(shè)有溫度探頭、濕度探頭和壓力探頭；
[0010]發(fā)酵罐內(nèi)靠近活動頂蓋的位置垂直設(shè)置二流體噴嘴系統(tǒng)，所述的二流體噴嘴系統(tǒng)包括I?10個噴嘴和二流體噴嘴管路，噴嘴通過二流體噴嘴管路與發(fā)酵罐外部氣液管路串聯(lián)，所述發(fā)酵罐外部氣液管路為相互并聯(lián)的無菌水管路、種子液管路、蒸汽管路和氣體管路。
[0011 ] 其中，所述的發(fā)酵罐為不銹鋼材質(zhì)，發(fā)酵罐底端設(shè)有出料口，發(fā)酵罐通過底部的第一支架和第二支架固定在底座上。
[0012]其中，所述的夾套上設(shè)有蒸汽進口和蒸汽出口，蒸汽進口設(shè)于夾套最頂端，蒸汽出口設(shè)于夾套最底端，且蒸汽進口和蒸汽出口在水平方向上的位置遠離，提高蒸汽對罐體的加熱效果。
[0013]其中，第一活動頂蓋與發(fā)酵罐側(cè)壁連接處設(shè)有固定螺栓，第二活動頂蓋與酵罐側(cè)壁連接處設(shè)有固定螺栓。
[0014]其中，發(fā)酵罐內(nèi)部自上而下設(shè)有三層盤管，分別為第一盤管、第二盤管和第三盤管，盤管通過加勁鋼板固定在發(fā)酵罐內(nèi)部，第一盤管上活動置放第一淺盤，第二盤管上活動置放第二淺盤，第三盤管上活動置放第三淺盤。
[0015]其中，所述的淺盤為鐵制托盤，淺盤底部均勻鉆有數(shù)個小孔；其中，優(yōu)選小孔的孔徑為2mm，孔間距為2cm。
[0016]其中，所述的盤管為不銹鋼管道，俯視形狀為蛇形，盤管的進水口和出水口分別于發(fā)酵罐外的進水管道和出水管道連通，通入冷水可對罐體進行冷卻，通入熱水即可對物料進行干燥。
[0017]其中，所述的二流體噴嘴系統(tǒng)優(yōu)選包括4個噴嘴、第一二流體噴嘴管路和第二二流體噴嘴管路，4個噴嘴采用并聯(lián)的方式同時與第一二流體噴嘴管路和第二二流體噴嘴管路連通；無菌水管路和蒸汽管路相互并聯(lián)，再與第一二流體噴嘴管路串聯(lián)；種子液管路和氣體管路相互并聯(lián)，再與第二二流體噴嘴管路串聯(lián)；無菌水管路上設(shè)有第一液體過濾器和第二液體過濾器，蒸汽管路上設(shè)有蒸汽發(fā)生器，種子液管路外接接種瓶，氣體管路上設(shè)有第一氣體過濾器和第二氣體過濾器；無菌水管路和種子液管路上分別設(shè)有氣體流量計，蒸汽管路和氣體管路上分別設(shè)有氣體流量計。
[0018]其中，4個噴嘴在發(fā)酵罐內(nèi)可以提供扇形噴霧模式。
[0019]上述固態(tài)發(fā)酵反應器在培養(yǎng)好氧微生物、厭氧微生物以及兼性厭氧微生物進行固態(tài)發(fā)酵中的應用。
[0020]其中，上述固態(tài)發(fā)酵反應器的使用方法為:
[0021]裝料:打開罐體左端活動頂蓋，取出淺盤將固體物料混合后均勻地分布于淺盤上。
[0022]滅菌:通過夾套入蒸汽加熱罐體后由二流體噴嘴通入蒸汽到達罐體內(nèi)部進行滅菌，根據(jù)需要控制滅菌溫度、壓力、時間；滅菌結(jié)束后，同時從夾套、盤管輸入冷卻水，降低罐體和物料溫度，并通入氣體對罐體進行保壓；
[0023]發(fā)酵:溫度、濕度適應后，由負壓接入種子液，開啟接種管道閥門，將種子液噴灑于物料表面，完成接種。發(fā)酵過程中，控制溫度、濕度、通氣量穩(wěn)定。
[0024]干燥:根據(jù)實際應用需要干燥物料的，可從盤管通入熱水干燥物料至合適水分。
[0025]卸料:打開活動頂蓋，取出淺盤，卸下物料。
[0026]有益效果:
[0027]本發(fā)明的一種集原位滅菌、發(fā)酵、干燥一體化的固態(tài)發(fā)酵反應器，滅菌徹底、發(fā)酵過程穩(wěn)定、操作簡單，可應用于農(nóng)業(yè)肥料、微生物菌劑、動物飼料等領(lǐng)域，不論是哪種應用，該固體發(fā)酵反應器都具有以下優(yōu)點或效果:
[0028]1、操作簡單、功能齊全:本發(fā)明中的固態(tài)發(fā)酵反應器可直接完成滅菌、發(fā)酵、干燥過程，大大降低了生產(chǎn)過程中的勞動強度。
[0029]2、傳質(zhì)散熱效率高:一般的發(fā)酵罐內(nèi)部氣體很難分布均勻，致使物料下層營養(yǎng)難以被微生物利用，而且發(fā)酵過程中產(chǎn)生的大量的熱量，難以散發(fā)出去，造成發(fā)酵溫度過高不利于微生物生產(chǎn)。本發(fā)明中的二流體噴嘴在淺盤的每一層都能形成氣流，而且淺盤底部開有小孔，可有效流過氣體、穿過物料，使淺盤下層物料與氧氣接觸充分，有利于發(fā)酵，同時流動的氣體能較好地帶走發(fā)酵過程中散發(fā)出的熱量，降低了冷卻帶來的能力消耗。
[0030]3、保溫保濕效果好:本發(fā)明中的夾套、盤管可在發(fā)酵過程中同時啟動循環(huán)水，能快速地調(diào)節(jié)溫度，保持溫度的穩(wěn)定；二流體噴嘴噴灑出的無菌水成霧化狀，能均勻地噴灑到物料表面及內(nèi)部，起到加濕的作用。
[0031]4、二流體噴嘴功能強大:本發(fā)明中的二流體噴嘴集加濕、接種、通氣、蒸汽管道功能于一身，免去了多重管道帶來罐體結(jié)構(gòu)的繁瑣。
[0032]5、此外，本發(fā)明中加濕所用的無菌水是經(jīng)過液體過濾器制備的，較傳統(tǒng)的滅菌方法簡單，同時節(jié)約滅菌所耗費的能源。
【附圖說明】
[0033]圖1是固態(tài)發(fā)酵反應器裝置的主視圖。
[0034]圖2是固態(tài)發(fā)酵反應器裝置的側(cè)視圖。
[0035]圖3是固態(tài)發(fā)酵反應器裝置中的盤管平面示意圖。
[0036]圖4是固態(tài)發(fā)酵反應器裝置中的二流體噴嘴系統(tǒng)示意圖。
[0037]圖面說明:發(fā)酵??? -1 ;加勁鋼板-1-2 ;第一活動頂蓋-2-1 ;第二活動頂蓋-2_2 ；第一支架-3-1 ;第二支架-3-2 ;底座-3 ;夾套-4-1 ;蒸汽進口 4-2 ;蒸汽出口 4_3 ;第一盤管-5-1 ;第二盤管-5-2 ;第三盤管-5-3 ;進水口 -5-4 ;出水口 _5_5 ;二流體噴嘴系統(tǒng)_6 ;噴嘴-6-1、第一二流體噴嘴管路-6-2 ;第二二流體噴嘴管路-6-3 ;蒸汽發(fā)生器-6-4 ;第一液體過濾器-6-5 ;第二液體過濾器-6-6 ;第