專利名稱：一種改進(jìn)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(shí)用新型涉及一種改進(jìn)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(dòng)系統(tǒng)、高徑比、熱傳導(dǎo)形式進(jìn)行了改進(jìn)。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(dòng)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(dá)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(shí)證明，供氧不足可能引起菌種的不可彌補(bǔ)的損失，或可能導(dǎo)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(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件，其中重要的一點(diǎn)就是保持菌體生長和合成產(chǎn)物所需的最適溫度。因?yàn)槲⑸锷L和產(chǎn)物合成都是在各種酶催化下進(jìn)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(dǎo)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(jìn)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(jìn)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(dòng)控制，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型大型生物反應(yīng)器對罐體及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，如附圖。本實(shí)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(dòng)裝置采用變頻器調(diào)節(jié)控制大功率變頻電機(jī)和減速機(jī)(附圖中1、2)，使攪拌速度達(dá)到寬幅度內(nèi)(10-500rpm)的無級變速。同時(shí)，根據(jù)微生物生長的實(shí)際需要隨時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，采用了獨(dú)特的高徑比，配合適量的通風(fēng)，保證氣液充分混合，本實(shí)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(dòng)力電30-50％。
2、本實(shí)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(dǎo)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(shí)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(shí)用新型的大型(容積為60-100m3)生物反應(yīng)器，其特征是在整個(gè)發(fā)酵過程中自動(dòng)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(jī)控制系統(tǒng))，通訊，計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)(上位機(jī)控制系統(tǒng))，傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。下位機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)設(shè)定控制，預(yù)置延時(shí)式設(shè)定控制，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，曲線分析，批報(bào)表自動(dòng)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(jī)界面友好。本實(shí)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(shí)用新型的生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖。
圖中，1.變速電機(jī)，2.減速機(jī)，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(jī)(1)帶動(dòng)減速機(jī)(2)，同時(shí)帶動(dòng)連接的攪拌軸(8)、攪拌槳(9)，使反應(yīng)器中的醪液充分?jǐn)嚢?，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(shí)，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(shí)施方式
實(shí)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(jī)和減速機(jī)(附圖中1、2)，使攪拌器(附圖中8、9)以較低的速度運(yùn)行。在發(fā)酵后期，采用變頻器控制變頻電機(jī)和減速機(jī)(附圖中1、2)，使攪拌器(附圖中8、9)以較高的速度運(yùn)行。同時(shí)配合適量的通風(fēng)，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(dǎo)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(gè)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(dòng)控制溫度、液位、溶解氧、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)。本實(shí)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(dòng)力電30-50％。
本實(shí)用新型大型生物反應(yīng)器使用方便，性能優(yōu)良，自動(dòng)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(jìn)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(jìn)了的傳動(dòng)裝置，獨(dú)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(dǎo)裝置及對工藝參數(shù)實(shí)行微機(jī)自控裝置構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)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(dòng)裝置采用大功率變頻電機(jī)(1)配合變頻器和減速機(jī)(2)，使攪拌速度達(dá)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(jìn)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(dú)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(jìn)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(dǎo)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改進(jìn)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(shí)對溫度、溶解氧、液位、酸堿度、消泡等工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制的微機(jī)自控裝置。
專利摘要本實(shí)用新型是對通用型生物反應(yīng)器的改進(jìn)。其特征是在大型生物反應(yīng)器配套的傳動(dòng)裝置采用大功率變頻電機(jī)配合變頻器和減速機(jī)，使攪拌速度達(dá)到寬幅度內(nèi)的無級變速。采用了獨(dú)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(dǎo)形式，提高了傳熱和設(shè)備使用效率。自動(dòng)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(shí)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