一种发酵与泡沫分离耦合装置的制作方法

本实用新型涉及一种发酵与泡沫分离耦合装置，特别适用于发酵与泡沫分离耦合生产具有表面活性的发酵产物。

背景技术：

在发酵过程中，由于产物积累形成的反馈抑制作用会严重降低发酵的产量。特别是对于生产具有表面活性的发酵产物，在发酵后期，由于产品的表面活性很容易产生泡沫，造成菌体溢出、营养物质流失、管路堵塞等问题。CN1800201A公开了一种泡沫分离发酵液中具有表面活性的发酵产物的方法，简化了提取工艺，降低能耗，减少污染。但是这种方法不能在线分离发酵产物，发酵过程中的产物抑制作用无法解除，产量难以提高。

目前，存在一种发酵与泡沫分离耦合装置，该装置采用在发酵罐内安装膜组件用来截留菌体，在发酵罐外通过泡沫分离收集发酵产物，从而实现发酵与泡沫分离耦合分离产品。但是采用罐内添加膜组件一方面限制了发酵罐的大小和结构，另一方面难以实现膜组件的安装、清洗、换膜和灭菌等工作，另外，每次进行发酵之前必须对该装置进行分别灭菌才能进行安装，操作复杂，容易染菌，所以该装置较难用于连续的工业化发酵生产。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要解决上述提到的膜组件的安装、清洗、换膜和灭菌等工作；解决难以进行连续灭菌、清洗的问题，提供一种可实现连续化生产的发酵与泡沫分离耦合装置。当前技术中，采用发酵罐内部安装膜过滤器存在的一些问题，内部进行组装只适用于小型发酵罐，由于膜过滤器要比出料口大才能保证膜过滤器的稳定性、发酵罐的封闭性，所以必须将膜过滤器从发酵罐顶部穿过内部空腔到达出料口进行安装，操作难度大，对发酵罐的大小和结构要求严格，而且一旦在发酵过程中出现膜过滤器堵塞等问题，就无法将发酵液抽到泡沫分离塔中，泡沫分离操作无法进行，所以发酵罐内部安装膜过滤器实施的可行性差。本实用新型采用在发酵罐外部安装膜过滤器，该膜过滤器由两个法兰和一张纤维素膜构成，是一个单独的装置，通过管道与发酵罐和泡沫分离装置连通构成一个整体装置，不限制膜过滤器与发酵罐的连接位置，以及发酵罐的大小、结构等。当膜过滤器与发酵罐和泡沫分离装置组合成一个整体装置时，可以利用发酵罐中的蒸汽进行整体灭菌，利用发酵罐中的清洗水进行整体清洗；作为一个单独的装置，可以随时进行卸载、清洗、换膜和局部灭菌等操作。

本实用新型的技术方案为：

一种发酵与泡沫分离耦合装置，该装置的组成包括发酵罐、膜过滤器和泡沫分离装置；

所述发酵罐包括圆柱状的罐体，罐体的内部设置有搅拌桨，罐体的顶部分别设置有加料口和排气口，罐体的中部设置有回流进料口；所述罐体底部排料口处设有三通接头，一端为设有出料阀的出料口，另一端为设有取样阀的取样口；出料阀通过管路与膜过滤器相连；

所述膜过滤器安装在出料阀与抽料阀之间，膜过滤器包括两个法兰，以及固定于两个法兰之间的无机纤维素膜；抽料阀的另一端与蠕动泵的一端相连，蠕动泵另一端与泡沫分离装置中的泡沫分离塔进料口相连；

所述泡沫分离装置包括圆柱形泡沫分离塔，泡沫分离塔的顶部连接泡沫收集器、泡沫分离塔的中下部设置有进料口，泡沫分离塔底部设置有回流口和气泡分布器，气泡分布器接有鼓气泵；所述回流口通过回流阀与发酵罐的回流进料口相连。

本实用新型的有益效果有：本实用新型的膜过滤器安装在发酵罐外部，方便安装、卸载、清洗，不限制发酵罐的大小和形状。本实用新型将发酵罐出料口与膜过滤器、泡沫分离塔相连并形成循环回路，可以通过发酵罐的取样管路灭菌将发酵与泡沫分离耦合装置进行整体灭菌，操作简单、连续。本实用新型进行发酵与泡沫分离装置的清洗时，可以将发酵罐中的清洗水通过循环回路流经膜过滤器和泡沫分离装置，实现整体清洗，节约用水。本实用新型采用循环回流的方式将泡沫分离塔余液中的营养物质回流到发酵罐中，降低原材料的流失。本实用新型通过将发酵与泡沫分离装置耦合可以降低产物抑制作用，减少发酵后期泡沫的产生，从而减少由于大量泡沫溢出造成的生产效率降低、环境污染、管路阻塞等问题。本实用新型的泡沫分离塔位于发酵罐外部，可以分别控制和优化发酵与泡沫分离的操作条件。

附图说明

图1为本实用新型发酵与分离耦合装置示意图。

其中，1－发酵罐；2－膜过滤器；3－抽料阀；4－蠕动泵；5－泡沫分离装置；6－回流阀。

图2为本实用新型发酵罐的结构示意图。

其中，100－发酵罐体；101－搅拌桨；102－加料口；103－排气口；104－回流进料口；105－出料阀；106－取样阀。

图3为本实用新型泡沫分离塔的结构示意图。

其中，500－泡沫分离塔柱；501－泡沫收集器；502－进料口；503－回流口；504－气泡分布器；505－鼓气泵。

具体实施方式

本实用新型的实施例参照附图1－3详细说明如下，但仅作为说明，并不是限制本实用新型。

本实用新型是一种发酵与泡沫分离耦合装置，该装置的组成如图1所示，包括发酵罐、膜过滤器、蠕动泵、泡沫分离装置、回流阀和抽料阀；

所述发酵罐(1)包括圆柱状的罐体(100)，罐体(100)的内部设置有搅拌桨(101)，罐体(100)的顶部分别设置有加料口(102)和排气口(103)，罐体(100)的中部设置有回流进料口(104)；所述罐体(100)底部排料口处设有三通接头，一端为设有出料阀(105)的出料口，另一端为设有取样阀(106)的取样口；出料阀(105)通过管路与膜过滤器(2)相连；

所述膜过滤器(2)安装在出料阀(105)与抽料阀(3)之间，膜过滤器包括两个法兰，以及固定于两个法兰之间的无机纤维素膜；所述的的无机纤维素膜孔径为0.45μm；膜过滤器的作用为截留出料液中菌体；抽料阀的另一端与蠕动泵(4)的一端相连，蠕动泵(4)另一端与泡沫分离装置(5)中的泡沫分离塔进料口(502)相连；料液在蠕动泵(4)提供的外力作用下经膜过滤后从泡沫分离塔进料口(502)进入泡沫分离装置(5)中；

所述泡沫分离装置(5)包括圆柱形泡沫分离塔(500)，泡沫分离塔(500)的顶部连接泡沫收集器(501)、泡沫分离塔(500)的中下部设置有进料口(502)，泡沫分离塔(500)底部设置有回流口(503)和气泡分布器(504)，气泡分布器(504)接有鼓气泵(505)；所述的泡沫分离塔顶部设置有产物接收装置泡沫收集器(501)；所述的泡沫分离塔进料口(502)通过蠕动泵(4)与发酵罐出料口相连，料液进入泡沫分离塔后，通过鼓气泵(505)经气泡分布器(504)向泡沫分离塔中通入气泡；所述气泡分布器(504)的孔径可根据实验要求进行选择；所述回流口(503)通过回流阀(6)与发酵罐回流进料口(104)相连。所述泡沫分离塔(500)塔高80cm，内径4cm.

实施例1

本实用新型装置进行发酵与泡沫分离耦合生产发酵产物时，首先需要对装置进行灭菌，待发酵罐罐体(100)灭菌结束后，关闭出料阀(105)，打开取样阀(106)，进行取样管路灭菌5-10min；取样管路灭菌结束后，关闭取样阀(106)，打开出料阀(105)、抽料阀(3)和回流阀(6)进行发酵罐外装置和管路的灭菌，蒸汽从出料阀(105)经过管道依次对膜过滤器(2)、泡沫分离装置(4)以及循环管路进行蒸汽灭菌15-30min。灭菌结束后，关闭所有阀门。采用整体装置的连续灭菌较各装置分别灭菌，灭菌次数减少2次，灭菌时间减少30-60min，所用蒸汽的量减少约60％。

发酵与泡沫分离耦合装置灭菌结束后，用接种针接种一环多粘类芽孢杆菌到种子培养基中,32℃培养24h，将活化好的多粘类芽孢杆菌种子液以10％的接种量从发酵罐加料口(102)接种到发酵罐(1)中，发酵罐(1)的装液量为其体积的70％，培养温度33℃、搅拌转速200r/min、通气量150mL/min。在搅拌桨(101)的作用下将种子液和发酵液进行混匀，菌体在发酵罐内生长，定时从取样口取样检测菌体含量和产品效价，发酵36h后，检测菌体含量达到4.17g/L，多粘菌素E含量达到4730U/mL。开启出料阀(105)，发酵液在蠕动泵(4)提供的动力作用下经膜过滤截留菌体后进入泡沫分离装置(4)中；当料液达到泡沫分离塔(500)高度的1/4时，打开鼓气泵(505)，通气量为100mL/min的条件下进行泡沫分离，气体通过40目、孔径为380μm的气泡分布器(504)形成一定大小的气泡，具有表面活性的发酵产物吸附在气液界面上，泡沫在液面以上聚集逐渐从塔顶溢出到泡沫收集器(501)，为保持分离塔的装液量不变，开启回流阀(6)将含有营养物质的泡沫分离余液回流进入发酵罐(1)，循环进行操作，直至发酵结束。发酵结束后检测总效价较非耦合装置提高24％，浓缩富集比为3.8。其中，所述种子培养基的组成为：葡萄糖20g/L，酵母浸粉40g/L，氯化钠1g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，氨水调节初始pH为6.8，115-121℃高压蒸汽灭菌15-30min。所述发酵培养基的组成为：葡萄糖20g/L，蛋白胨10g/L，氯化钠1g/L，磷酸二氢钾0.1g/L，硫酸铵10g/L，硫酸亚铁0.1g/L，氨水调节初始pH为7，115-121℃高压蒸汽灭菌15-30min。

待发酵结束后，关闭发酵罐出料阀(105)，打开取样阀(106)，将发酵液通过取样口全部排出，然后关闭取样阀(106)，打开出料阀(105)，使得发酵与分离装置连通，向发酵罐中注水，发酵罐中的水可以通过循环管路流经膜过滤器(2)和泡沫分离装置(5)，进行发酵与泡沫分离耦合装置的整体清洗，一次清洗结束后，关闭出料阀(105)，打开取样阀(106)，将清洗废水通过发酵罐取样口排出，通过切换取样阀(106)与出料阀(105)，再次清洗，直到发酵与泡沫分离装置清洗结束。采用整体装置进行连续清洗与各装置分别清洗相比，清洗次数减少2次，清洗时间减少约40min，所用水的量减少约30％。

膜过滤器(2)的清洗除了可以采用实施例1进行清洗外，还可以实现膜过滤器(2)的单独清洗，换膜等操作。关闭发酵罐出料阀(105)和抽料阀(3)，可以实现膜过滤器(2)的卸载、换膜、清洗和局部灭菌工作。

本实用新型未详细说明的内容均为现有技术，本领域技术人员可以从实施例及现有技术获得启发，进行变形得到其它实施例。

本实用新型未尽事宜为公知技术。