专利名称：气升发酵罐的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种好氧微生物发酵装置。该装置能够满足好氧微生物的发酵培养，适用于实验室及小型发酵工厂使用。
背景技术：
微生物需氧发酵过程对于反应器(发酵罐)最基本的要求是反应器应具有良好的传热、传质和混合特性。气升发酵罐是靠气体的压力进行能量供应，靠自身的结构特点进行混合、传质。由于无搅拌装置，结构简单，因此造价较低，适合推广。公知的气升式发酵罐应该包括气泵、空气过滤系统、气流分布装置、罐体，尾气排放装置等。
现有的射流式发酵罐在实际应用中主要存在以下几个方面的不足第一，空气过滤系统。在中小型发酵罐中，由于通气量较小，经过密集的过滤填料后气体缺乏足够的压力，疏松的过滤填料又会造成过滤不彻底，发酵液容易污染；第二，传统的气升式发酵罐往往采用圆柱形的筒状设计，这种设计连同附加的倒流装置，可以增加气液接触时间，提高溶氧系数，但是这种设计往往造成发酵罐过高，浪费了材料，尤其是对于小型发酵装置来说，为了灭菌，也必须配备耐高压装置，发酵罐成本提高较多；第三，气升式发酵罐取消了机械搅拌装置，对于通气发酵过程中产生的泡沫没有机械消泡过程，因此必须借助化学消泡剂消泡，而化学消泡剂的添加往往会影响发酵过程中微生物的生长，也为发酵产物产生了安全隐患；第四，发酵罐往往是单个存在，只适合做中试实验，摇床上确定的发酵参数应用在发酵罐上，容易产生误差，不利于发酵参数的优化设计。
发明内容
本实用新型的目的是要提供了一种发酵液不容易污染、结构简单、发酵效果好的气升发酵罐。
为了达到本实用新型的目的所采取的技术方案包括罐体18，与罐体18相连接的空气过滤装置、消泡装置，其特征是，它还至少包括下述一项结构特征1)所述空气过滤装置设置有孔径小于或等于0.22μm的有骨架的耐高温高压滤菌膜16；2)罐体18为圆球形；3)在罐体18上部设置了一个球形消泡瓶9，消泡瓶9上设有排气口10，排气口10的下端延伸至消泡瓶9中，在排气口10的下端开有若干小孔与装置外相通；排气口10的上部有一段与水平面平行的延伸段，其末端开口直径小于3mm。
上述的气升发酵罐中，空气过滤装置包括滤菌器3，与滤菌器3相连的水罐2，在滤菌器3内设有带孔的夹板15，在该夹板15中固定有有骨架耐高温高压滤菌膜16，有骨架耐高温高压滤菌膜16的孔径小于或等于0.22μm。
上述的气升发酵罐中，在排气口10的下端水平方向开有若干小孔与装置外相通。
上述的气升发酵罐中，滤菌器3的腔体中设置有防止气体扩散的垫片。
上述的气升发酵罐中，罐体18包含进气口、上出口、取样口7，空气过滤装置通过一个喷嘴5与罐体18相通，喷嘴5沿罐体18的切向插入罐体18内。
上述的气升发酵罐中，取样口7开口方向与罐体18的切向向下呈45°角。
上述的气升发酵罐中，消泡瓶9的材料为耐热玻璃。
上述的气升发酵罐中，罐体18的材料为耐热玻璃。
上述的气升发酵罐，罐体18及消泡瓶9为一个发酵单元，该发酵单元有多套，它们通过串联或并联的方式与本气升发酵罐的其它部件连接。
上述的气升发酵罐，空气过滤装置带有气泵1，气泵1放置于高出空气过滤装置的水罐2的之液面处，且空气过滤装置放置于高出罐体18之处。
本实用新型的有益效果可通过对上述方案的设计得知。第一，由于采用了微膜滤菌，空气通过滤膜后，对发酵过程有害的微生物完全被除去，而且空气压力损失较小；第二，圆球形的罐体容易清洗，无灭菌死角，还可根据灭菌条件设计适合灭菌器尺寸的发酵罐，罐体最大限度的利用了空间，节省了材料，发酵过程全程可见，发酵罐可通过水浴控制发酵温度；第三，自制消泡装置首先通过扩大气体通道的直径消除体积较大的气泡，再通过小孔径的消泡孔将累积的小泡沫消除，利用重力实现液体回流到发酵罐，解决了污染问题。另外，单元化设计使实验室可以通过发酵罐直接研究发酵过程参数变化，为科学研究提供了新的技术手段，而且，针对小型发酵工厂，在并联操作工艺状况下，个别污染发酵罐可得到及时处理并不影响其它发酵罐的发酵过程，减少损失。所以本实用新型与现有技术相比，具有实质性的技术进步，在科研和生产方面具有显而易见的有益效果。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的空气过滤装置的结构示意图；图3是本实用新型的食用菌培养实例中的菌丝生长曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本实用新型做进一步的说明。
如图1、图2所示，1为气泵，2为空气过滤装置的水罐，3为空气过滤装置的滤菌器，4为转子流量计，5为喷嘴，它沿切向插入罐体18内，6为水槽，7为取样口，8为塑料夹，9为圆球形的消泡瓶，10为排气口，11为螺栓和螺母，12为滤菌器3的外壳，15为固定在外壳12内的夹板，13为夹板15与外壳12之间的空间，14为聚四氟乙烯垫片，其作用是防止气体扩散，16为有骨架耐高温高压滤膜，其孔径小于或等于0.22μm，17为设在夹板15上的小孔，18为罐体。
在图1所示的实施例中，有骨架耐高温高压滤膜16的孔径为0.22μm，滤膜材料选用聚四氟乙烯，它镶嵌在夹板15中。球形消泡瓶9设置在罐体18的上部，二者的材料都为耐热玻璃。消泡瓶9上的排气口10的下端延伸至消泡瓶9中，排气口10的下端水平方向开有若干小孔与装置外相通，当然，这些小孔也可以开在排气口10的下端垂直方向；排气口10的上部有一段与水平面平行的延伸段，其末端开口直径小于3mm，这种结构实现了本装置的物理消泡功能。
在排气口10的下端开有若干小孔与装置外相通；参照图1，在本实施例中，空气从气泵1泵出后经过水罐2，进行加湿同时可以除去空气中的悬浮颗粒，加湿后的气体可以保持发酵罐中水分的含量，也可以延长滤菌膜的使用寿命。空气经过装有0.22μm滤膜的滤菌器3后即为无菌空气，无菌空气的流量可通过转子流量计4显示和调整，无菌空气从喷嘴5通入发酵罐之后沿发酵罐切向高速喷向罐体18的下壁面，气流将发酵液充分混匀，从上部经过消泡瓶9排出，发酵过程中，水槽6中装有恒温水保持发酵液的温度，可以通过取样口7随时取样。取样口7的开口方向与罐体18的切向向下呈45°角，防止取样时产生回流污染。发酵罐的罐体18和消泡瓶9之间使用塑料夹8固定。发酵过程中产生的气泡可进入消泡瓶9，体积较大的气泡由于通道直径的加大而破裂，液体沿消泡瓶内壁面流回发酵罐的罐体18内，较小的气泡则会逐渐累积，最终在排气口10的下方被小孔打碎流回发酵罐，实现气液完全分离后空气排出。
如图1所示，本实用新型在使用时，为防止突然断电事故可能造成的液体回流事故，需要将空气过滤装置放置于高出罐体18之处，并将气泵1放置于高出空气过滤装置的水罐2的液面处。
参照图2，本实用新型的空气过滤装置包括滤菌器3和与其相连接的水罐2，滤菌器3的结构主要包括外壳12、固定在外壳内的夹板15两部分，其中有骨架耐高温高压滤膜16固定在夹板15中，起到过滤空气的作用。在本实施例中，夹板15直径为49mm，中间留有一个直径为45mm的大孔，四周分布8个直径为3mm的小孔17；夹板15的外径与外壳12的内径一致，在夹板15与外壳12接触的两个面上分别放置了厚度为2mm的聚四氟乙烯垫片14，起到密封的作用。外壳12的前后两部分通过均匀分散的四个螺栓和螺母11加以固定。固定完成后，空气过滤装置连同发酵罐罐体18一同放入灭菌锅灭菌。
下面结合具体实例对本实用新型作进一步说明1.配制灰树花液体菌种培养基(/L)葡萄糖20g，马铃薯200g，KH2PO42g，MgSO41g，蛋白胨3g。
2.将4L培养基装入罐体18中，采用两个发酵单元并联，当然也可以采用串联形式，连同空气过滤装置，消泡器放入灭菌锅，121℃灭菌40分钟。
3.待灭菌物冷却至室温，在无菌条件下，每罐接入150-200ml摇床培养的一级菌种。通过气泵通入空气。室温培养120小时，发酵过程菌丝体干重变化情况见图3。
发酵终了得到干菌丝1.17g/100ml发酵液，发酵过程菌丝生长曲线明显，结果令人满意，见图3。
由上述可知，本实用新型主要采取如下技术措施来实现发明目的第一，空气过滤单元采用自制的过滤装置，内含网孔尺寸小于或等于0.22μm的有骨架耐高温高压滤菌膜；第二，发酵罐体18采用耐热玻璃制的圆球形设计，进气口沿球形罐体18切向进气，取代了气流分布装置；第三，自制机械消泡装置，该装置置于气体出口部分，完全实现气液分离。第四，罐体与消泡瓶组成独立的发酵单元，多个发酵单元可通过并联或者串联方式连接。即可以通过进气管分流进行多发酵单元并联或者将排气口10与下一发酵单元的喷嘴5进行多发酵单元串联。空气过滤装置连同流量计、水罐构成过滤单元，可根据气体流量选择多组并联或者单个过滤单元。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种气升发酵罐，包括罐体(18)，与罐体(18)相连接的空气过滤装置、消泡装置，其特征是，它还至少包括下述一项结构特征1)所述空气过滤装置设置有孔径小于或等于0.22μm的有骨架的耐高温高压滤菌膜(16)；2)罐体(18)为圆球形；3)在罐体(18)上部设置了一个球形消泡瓶(9)，消泡瓶(9)上设有排气口(10)，排气口(10)的下端延伸至消泡瓶(9)中，在排气口(10)的下端开有若干小孔与装置外相通；排气口(10)的上部有一段与水平面平行的延伸段，其末端开口直径小于3mm。
2.根据权利要求1所述的气升发酵罐，其特征在于，空气过滤装置包括滤菌器(3)，与滤菌器(3)相连的水罐(2)，在滤菌器(3)内设有带孔的夹板(15)，在该夹板(15)中固定有有骨架耐高温高压滤菌膜(16)，有骨架耐高温高压滤菌膜(16)的孔径小于或等于0.22μm。
3.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，在排气口(10)的下端水平方向开有若干小孔与装置外相通。
4.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，滤菌器(3)的腔体中设置有防止气体扩散的垫片。
5.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，罐体(18)包含进气口、上出口、取样口(7)，空气过滤装置通过一个喷嘴(5)与罐体(18)相通，喷嘴(5)沿罐体(18)的切向插入罐体(18)内。
6.根据权利要求5所述的气升发酵罐，其特征在于，取样口(7)开口方向与罐体(18)的切向向下呈45°角。
7.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，消泡瓶(9)的材料为耐热玻璃。
8.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，罐体(18)的材料为耐热玻璃。
9.根据权利要求1或2所述的气升发酵罐，其特征在于，罐体(18)及消泡瓶(9)为一个发酵单元，该发酵单元有多套，它们通过串联或并联的方式与本气升发酵罐的其它部件连接。
专利摘要本实用新型公开了一种好氧微生物发酵装置，具体是一种气升发酵罐，技术方案包括罐体(18)，与罐体(18)相连接的空气过滤装置、消泡装置，其特征是，它还至少包括下述一项结构特征1)所述空气过滤装置设置有孔径小于或等于0.22μm的有骨架的耐高温高压滤菌膜(16)；2)罐体(18)为圆球形；3)在罐体(18)上部设置了一个带有排气口(10)的球形消泡瓶(9)，排气口(10)的下端延伸至消泡瓶(9)中，在排气口(10)的下端开有若干小孔与装置外相通；排气口(10)的上部有一段与水平面平行的延伸段，其末端开口直径小于3mm。本实用新型具有发酵液不容易污染、结构简单、发酵效果好、装置易清洗等优点。
文档编号C12M1/21GK2853797SQ2005201451
公开日2007年1月3日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者高振江, 马浩, 吴薇 申请人:中国农业大学