一种固态发酵反应器及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于发酵工程和过程工程技术领域，涉及一种固态发酵反应器及其应用。
【背景技术】
[0002]固态发酵是指在没有或几乎没有自由水的存在下，一种或多种微生物在固体基质上进行的生物反应过程，具有操作简单、能耗低、发酵过程易控制等优点，特别是能利用农业残渣、工业废弃物作为固体基质。目前在生物制造产业中，液体深层发酵还是处于主导地位，宄其原因是缺乏一个多功能的、发酵稳定的反应装置。现有的固体发酵装置主要有浅盘发酵、通气发酵池、滚筒式发酵等，但一般地浅盘发酵条件粗矿、通风散热性能差、发酵过程不易控制等缺点，发酵池发酵存在进料出料繁琐、劳动强度高、易染菌等弊端，滚筒式发酵能量消耗严重、巨大的剪切力影响产品质量，而且这些反应器功能单一，无法独立完成原料灭菌、发酵、干燥等过程，发酵过程也不容易控制。可见设备上的缺陷致使固态发酵无法完成产业化规模生产，也导致固态发酵技术的应用几乎处于停滞状态，因此，开发一种功能齐全、简单实用、发酵稳定的固态发酵反应器迫在眉睫！
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的功能单一、结构复杂且不实用等问题，提供一种可以对固体物料发酵所需的灭菌、冷却、接种、发酵、控温、控湿、通气、干燥等功能的固态发酵反应器。
[0004]本发明还要解决的一个技术问题是提供上述固态发酵装置在在培养好氧微生物、厌氧微生物以及兼性厌氧微生物中的应用。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种固态发酵反应器，它包括发酵罐、盘管、浅盘和二流体喷嘴系统；
[0007]所述的发酵罐为卧式发酵罐，发酵罐外周设有夹套，发酵罐水平方向两侧设有第一活动顶盖和第二活动顶盖；
[0008]发酵罐内部自上而下设有I?10层盘管，每层盘管上活动置放浅盘；每层盘管为中空结构，盘管的一端为进水口，另一端为出水口 ；
[0009]发酵罐顶部设有出气孔，出气孔附近设有温度探头、湿度探头和压力探头；
[0010]发酵罐内靠近活动顶盖的位置垂直设置二流体喷嘴系统，所述的二流体喷嘴系统包括I?10个喷嘴和二流体喷嘴管路，喷嘴通过二流体喷嘴管路与发酵罐外部气液管路串联，所述发酵罐外部气液管路为相互并联的无菌水管路、种子液管路、蒸汽管路和气体管路。
[0011 ] 其中，所述的发酵罐为不锈钢材质，发酵罐底端设有出料口，发酵罐通过底部的第一支架和第二支架固定在底座上。
[0012]其中，所述的夹套上设有蒸汽进口和蒸汽出口，蒸汽进口设于夹套最顶端，蒸汽出口设于夹套最底端，且蒸汽进口和蒸汽出口在水平方向上的位置远离，提高蒸汽对罐体的加热效果。
[0013]其中，第一活动顶盖与发酵罐侧壁连接处设有固定螺栓，第二活动顶盖与酵罐侧壁连接处设有固定螺栓。
[0014]其中，发酵罐内部自上而下设有三层盘管，分别为第一盘管、第二盘管和第三盘管，盘管通过加劲钢板固定在发酵罐内部，第一盘管上活动置放第一浅盘，第二盘管上活动置放第二浅盘，第三盘管上活动置放第三浅盘。
[0015]其中，所述的浅盘为铁制托盘，浅盘底部均匀钻有数个小孔；其中，优选小孔的孔径为2mm，孔间距为2cm。
[0016]其中，所述的盘管为不锈钢管道，俯视形状为蛇形，盘管的进水口和出水口分别于发酵罐外的进水管道和出水管道连通，通入冷水可对罐体进行冷却，通入热水即可对物料进行干燥。
[0017]其中，所述的二流体喷嘴系统优选包括4个喷嘴、第一二流体喷嘴管路和第二二流体喷嘴管路，4个喷嘴采用并联的方式同时与第一二流体喷嘴管路和第二二流体喷嘴管路连通；无菌水管路和蒸汽管路相互并联，再与第一二流体喷嘴管路串联；种子液管路和气体管路相互并联，再与第二二流体喷嘴管路串联；无菌水管路上设有第一液体过滤器和第二液体过滤器，蒸汽管路上设有蒸汽发生器，种子液管路外接接种瓶，气体管路上设有第一气体过滤器和第二气体过滤器；无菌水管路和种子液管路上分别设有气体流量计，蒸汽管路和气体管路上分别设有气体流量计。
[0018]其中，4个喷嘴在发酵罐内可以提供扇形喷雾模式。
[0019]上述固态发酵反应器在培养好氧微生物、厌氧微生物以及兼性厌氧微生物进行固态发酵中的应用。
[0020]其中，上述固态发酵反应器的使用方法为:
[0021]装料:打开罐体左端活动顶盖，取出浅盘将固体物料混合后均匀地分布于浅盘上。
[0022]灭菌:通过夹套入蒸汽加热罐体后由二流体喷嘴通入蒸汽到达罐体内部进行灭菌，根据需要控制灭菌温度、压力、时间；灭菌结束后，同时从夹套、盘管输入冷却水，降低罐体和物料温度，并通入气体对罐体进行保压；
[0023]发酵:温度、湿度适应后，由负压接入种子液，开启接种管道阀门，将种子液喷洒于物料表面，完成接种。发酵过程中，控制温度、湿度、通气量稳定。
[0024]干燥:根据实际应用需要干燥物料的，可从盘管通入热水干燥物料至合适水分。
[0025]卸料:打开活动顶盖，取出浅盘，卸下物料。
[0026]有益效果:
[0027]本发明的一种集原位灭菌、发酵、干燥一体化的固态发酵反应器，灭菌彻底、发酵过程稳定、操作简单，可应用于农业肥料、微生物菌剂、动物饲料等领域，不论是哪种应用，该固体发酵反应器都具有以下优点或效果:
[0028]1、操作简单、功能齐全:本发明中的固态发酵反应器可直接完成灭菌、发酵、干燥过程，大大降低了生产过程中的劳动强度。
[0029]2、传质散热效率高:一般的发酵罐内部气体很难分布均匀，致使物料下层营养难以被微生物利用，而且发酵过程中产生的大量的热量，难以散发出去，造成发酵温度过高不利于微生物生产。本发明中的二流体喷嘴在浅盘的每一层都能形成气流，而且浅盘底部开有小孔，可有效流过气体、穿过物料，使浅盘下层物料与氧气接触充分，有利于发酵，同时流动的气体能较好地带走发酵过程中散发出的热量，降低了冷却带来的能力消耗。
[0030]3、保温保湿效果好:本发明中的夹套、盘管可在发酵过程中同时启动循环水，能快速地调节温度，保持温度的稳定；二流体喷嘴喷洒出的无菌水成雾化状，能均匀地喷洒到物料表面及内部，起到加湿的作用。
[0031]4、二流体喷嘴功能强大:本发明中的二流体喷嘴集加湿、接种、通气、蒸汽管道功能于一身，免去了多重管道带来罐体结构的繁琐。
[0032]5、此外，本发明中加湿所用的无菌水是经过液体过滤器制备的，较传统的灭菌方法简单，同时节约灭菌所耗费的能源。
【附图说明】
[0033]图1是固态发酵反应器装置的主视图。
[0034]图2是固态发酵反应器装置的侧视图。
[0035]图3是固态发酵反应器装置中的盘管平面示意图。
[0036]图4是固态发酵反应器装置中的二流体喷嘴系统示意图。
[0037]图面说明:发酵??? -1 ;加劲钢板-1-2 ;第一活动顶盖-2-1 ;第二活动顶盖-2_2 ；第一支架-3-1 ;第二支架-3-2 ;底座-3 ;夹套-4-1 ;蒸汽进口 4-2 ;蒸汽出口 4_3 ;第一盘管-5-1 ;第二盘管-5-2 ;第三盘管-5-3 ;进水口 -5-4 ;出水口 _5_5 ;二流体喷嘴系统_6 ;喷嘴-6-1、第一二流体喷嘴管路-6-2 ;第二二流体喷嘴管路-6-3 ;蒸汽发生器-6-4 ;第一液体过滤器-6-5 ;第二液体过滤器-6-6 ;第