专利名称：一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，是容积为60-100m3的大型生物反应器，这种新型反应器对配套的传动系统、高径比、热传导形式进行了改进。对温度、溶解氧、液位、酸碱度、消泡等工艺参数由手工控制改为自动控制。这种反应器特别适用于生产各种高粘度的微生物胶，尤其适宜用于生产高粘度黄原胶。
背景技术：
在微生物发酵过程中，大多发酵醪的粘度并不很高。但对于生产高粘度的微生物胶(如高粘度黄原胶)，成熟发酵醪的粘度高达20000-50000mPa.s，通用型的生物反应器是难以适应的。
近年来，许多产品的发酵过程已发展到对氧的需求超过现有设备的最大供氧能力，其后果是氧传递速率成为这种产品发酵产量的限制因素。事实证明，供氧不足可能引起菌种的不可弥补的损失，或可能导致代谢方向的改变。对于好氧微生物发酵反应中，特别是用菌株X.campestris在发酵过程中处理好供氧和需氧之间的关系是保证生产过程最佳化的重要方面。
在发酵过程中除了满足生产菌种的营养需要外，还需维持菌种的适当的培养条件，其中重要的一点就是保持菌体生长和合成产物所需的最适温度。因为微生物生长和产物合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活的重要条件。因此，在发酵系统中必须保证稳定而合适的温度环境。对于高粘物料，由于热传导效率的降低，在发酵过程中保持所需要的温度已变成一件很困难的事。
在发酵工业中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对如温度、溶解氧、液位、酸碱度、消泡等工艺参数进行定期取样测定。由于生物反应过程的复杂性，使得发酵工业生产过程的监控落后于其它行业，使生物反应器的工艺参数控制，特别是用于高粘度微生物胶生产的生物反应器的工艺参数，极少能采用自动控制，远远达不到要求。
发明内容
本实用新型大型生物反应器对罐体及结构进行了改进，如附图。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是1、在大型(容积为60-100m3)生物反应器所配套的传动装置采用变频器调节控制大功率变频电机和减速机(附图中1、2)，使搅拌速度达到宽幅度内(10-500rpm)的无级变速。同时，根据微生物生长的实际需要随时调整转速，采用了独特的高径比，配合适量的通风，保证气液充分混合，本实用新型的有益效果是，保证了微生物发酵必需的溶解氧，并可节约动力电30-50％。
2、本实用新型的大型(容积为60-100m3)生物反应器，其特征是采用了罐外蛇管和罐内列管相结合的热传导形式，在附图中，3为罐外蛇管，4为罐内列管。配合采用循环低温水，提高了传热效率，增加了生物反应器的使用效率。本实用新型的有益效果是，保证了微生物生长和产物合成所需要的酶的最适宜温度，提高了产量和产物的粘度。
3、本实用新型的大型(容积为60-100m3)生物反应器，其特征是在整个发酵过程中自动控制温度、液位、溶解氧、酸碱度、消泡等工艺参数，控制系统由现场控制仪表(下位机控制系统)，通讯，计算机分析系统(上位机控制系统)，传感器和执行机构组成。下位机控制系统采用德国西门子S7-300大型PLC系统，配触摸屏显示、操作。功能齐全，性能稳定。上位机控制系统具有数据设定控制，预置延时式设定控制，历史数据存储，曲线分析，批报表自动生成，输出打印，密码管理，异常分析，2路外来数据输入与分析等功能。WIN95或WIN2000平台，人机界面友好。本实用新型的有益效果是，在发酵过程中保证了微生物最适宜的生长代谢，提高了产量和产物的粘度。
附图是本实用新型的生物反应器的结构图。
图中，1.变速电机，2.减速机，3.罐外蛇管，4.罐内列管，5.罐体，6.人孔，7.消泡耙，8.搅拌轴，9.搅拌桨，10.联轴器。
在发酵过程中，由变频电机(1)带动减速机(2)，同时带动连接的搅拌轴(8)、搅拌桨(9)，使反应器中的醪液充分搅拌，与通入的空气均匀混合。
在发酵过程中，需要加温或降温时，可由罐外蛇管(3)和罐内列管(4)通入循环热水或循环冷水，从而使发酵醪保持微生物生长代谢适宜的温度。
具体实施方式
实例在生产高粘度黄原胶的过程中，在发酵初期，采用变频器控制变频电机和减速机(附图中1、2)，使搅拌器(附图中8、9)以较低的速度运行。在发酵后期，采用变频器控制变频电机和减速机(附图中1、2)，使搅拌器(附图中8、9)以较高的速度运行。同时配合适量的通风，保证气液充分混合，保证了微生物发酵必需的溶解氧。由于采用了罐外蛇管和罐内列管(附图中3、4)相结合的热传导形式，配合采用循环低温水(10℃左右)，提高了传热效率，增加了生物反应器的使用效率。特别是在整个发酵过程中能够根据微生物生长和产物合成的具体情况自动控制温度、液位、溶解氧、酸碱度、消泡等工艺参数。本实用新型的有益效果是，在发酵过程中保证了微生物最适宜的生长代谢和产物合成所需要的酶的最适宜温度等各种条件，从而提高了产量和产物的粘度，降低了能耗。生成的黄原胶粘度为1850mpa.s(1％水溶液)。并可节约动力电30-50％。
本实用新型大型生物反应器使用方便，性能优良，自动控制，适用于生产各种高粘度微生物胶，特别适用于由菌株X.campestris生产优质高粘度黄原胶。
权利要求1.一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，其特征是这种生物反应器由改进了的传动装置，独特的高径比，罐外蛇管(3)和罐内列管(4)相结合的热传导装置及对工艺参数实行微机自控装置构成。
2.根据权利要求1所述的一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，其特征在于所配套的传动装置采用大功率变频电机(1)配合变频器和减速机(2)，使搅拌速度达到10-500rpm宽幅度内的无级变速。
3.根据权利要求1所述的一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，其特征在于采用了独特的高径比，其高径比的范围为3.0∶1-6.0∶1。
4.根据权利要求1所述的一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，其特征在于采用了罐外蛇管(3)和罐内列管(4)配合低温循环水的热传导装置。
5.根据权利要求1所述的一种改进了的用于生产高粘度微生物胶的生物反应器，其特征在于采用了在发酵过程中可根据微生物生长代谢的需要随时对温度、溶解氧、液位、酸碱度、消泡等工艺参数进行自动控制的微机自控装置。
专利摘要本实用新型是对通用型生物反应器的改进。其特征是在大型生物反应器配套的传动装置采用大功率变频电机配合变频器和减速机，使搅拌速度达到宽幅度内的无级变速。采用了独特的高径比。采用了罐外蛇管和罐内列管相结合的热传导形式，提高了传热和设备使用效率。自动控制温度、液位、溶解氧、酸碱度、消泡等参数，提高了产量和胶粘度。本实用新型大型生物反应器性能优良，特别适用于生产高粘度微生物胶(如高粘度黄原胶)。
文档编号C12M1/00GK2760040SQ200320106350
公开日2006年2月22日 申请日期2003年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者刘清泉, 徐德扬, 周希庆 申请人:刘清泉