专利名称：一种固态快速灭菌微生物反应器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及微生物反应、发酵技术，具体涉及固态微生物反应器。
背景技术：
微生物反应器分为固态反应器和液态反应器，固态物料的原料大都是农副产品的下脚料以及牲畜的粪便等，如玉米棒、麸皮、秸杆、猪粪等，资源丰富，价格便宜，有利于资源的综合利用。目前，使用最多的固态反应器是搅拌式固态反应器，搅拌式固态反应器在反 应罐中安装搅拌装置，将固态物料装入反应罐中，搅拌装置混合搅拌，按照要求加水及其他辅料。这种搅拌式固态反应器的缺陷是由于固态物料和液态物料的最大区别在于固体物料没有流动性，因此，反应罐中即使有搅拌装置，其降温过程也较慢，物料中间部分的热量无法传递出来，物料与冷媒的接触比表面积很小，热交换量小，影响其接种效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种能迅速对固态物料进行加温和冷却的微生物反应器，同时提供该微生物反应器的控制方法。本发明一种固态快速灭菌微生物反应器采用的技术方案是主体部分是圆筒状的罐体，罐体上部设置减速电机，减速电机的输出轴从罐体顶部正中间伸入罐体内腔中且固定连接履带式搅拌器，罐体顶壁上设有均与罐体内腔相通的排气口、顶口、真空排气口和接种口，在罐体内部，履带式搅拌器的底部设置圆板状的蒸汽和冷空气发射装置，蒸汽和冷空气发射装置的四周与罐体的内壁固定连接，沿蒸汽和冷空气发射装置的圆周方向布置有若干扇形通槽，蒸汽和冷空气发射装置上还设有一个与其下部的出料口相连通的通孔，通孔处设有出料控制阀；真空排气口通过管道和真空控制阀连接抽真空装置，抽真空装置上设置真空泵和真空压力表；在罐体内部的蒸汽和冷空气发射装置的下部是一个气体腔，罐体的底壁上开有无菌空气进口和蒸汽进口及出料口，无菌空气进口和蒸汽进口与气体腔相通，无菌空气进口和蒸汽进口处设置进气控制阀；罐体的内腔设置多个温、湿度传感器，控制器分别连接温、湿度传感器、抽真空装置、减速电机及各个控制阀；所述履带式搅拌器包括搅拌轴、桨叶和推料板，搅拌轴的顶端连接减速电机的输出轴，搅拌轴的底部固定连接沿搅拌轴的圆周方向均匀布置的三块推料板，推料板呈弧形，弧形的开口方向与搅拌轴的旋转方向相反；推料板上部的搅拌轴上固定设置桨叶，桨叶沿搅拌轴的轴向螺旋式布置且与搅拌轴相交，自相交处至最远处，桨叶的宽度沿径向逐渐变宽。本发明的固态快速灭菌微生物反应器的控制方法采用的技术方案是具有如下步骤1)控制器控制进气控制阀打开，蒸汽输入气体腔内，经扇形通槽对罐体内向上发射，当罐体内压力达到并保持在0. 11—0. 15Mpa时停止输入蒸汽，维持30— 40分钟；2)将混合好的固态物料加入罐体内，控制器控制抽真空装置开启，并开启履带式搅拌器，边搅拌边对罐体内抽真空7-8分钟，当罐体内的真空度达到-0. 9Mpa -0. 8 Mpa时关闭抽真空装置，然后再次通入蒸汽，当罐体内的真空压力上升到+0. OSMpa时，打开抽真空装置，直至固态物料的温度达到121°c -126时，停止抽真空装置和履带式搅拌器，保温45分钟；3)打开排气口，当罐体内的压力降低至Opa时，启动抽真空装置、履带式搅拌器，无菌空气进口和蒸汽进口使无菌冷空气进入罐体，使固态物料温度降至40°C以下。
本发明全过程采用传感技术及控制技术，罐体中的固态物料在搅拌的过种中通入蒸汽或冷空气，底部采用蒸汽、冷空气发射装置，同时上部采用抽真空装置，使蒸汽或冷空气充分地穿透物料，能在30分钟以内将物料由室温25°C均匀提高到121°C以上，灭菌加热时间整整缩短了 8. 5-9小时；并且能在30分钟以内由121°C以上均匀降到可接种的250C -30°C温度，冷却时间缩短了 16小时；整个工作周期仅为2小时，比现有的反应器缩短了近10倍；节约了大量的能源，生产效率大大提高。
图I是本发明的结构示意图
图2是图I中蒸汽和冷空气发射装置3的俯视 图3是图I中履带式搅拌器5的主视 图4是图3中A-A向视图
图中1.无菌空气进口和蒸汽进口 ；2.出料口 ；3.蒸汽和冷空气发射装置；4.罐体；
5.履带式搅拌器；6.温度传感器；7.控制器；8.抽真空装置；9.减速电机；10.真空排气口；11.接种口 ；12.顶口 ；13.气体腔。
具体实施例方式如图I所示，本发明的主体部分是罐体4，罐体4为圆筒状，在罐体4的上部设置减速电机9,减速电机9的输出轴从罐体4顶部正中间伸入罐体4内腔中,减速电机9输出轴的中心与罐体4的中心共线。在罐体4内腔中的减速电机9的输出轴上固定连接履带式搅拌器5。在罐体4的顶壁上开有均与罐体4内腔相通的排气口(图中未标出)、顶口 12、真空排气口 10和接种口 11，在排气口处设置排气阀，顶口 12作为固态物料进口或作为观察孔，真空排气口 10通过管道和真空控制阀连接抽真空装置8，抽真空装置8上安装真空泵和真空压力表等。在罐体4内部，在履带式搅拌器5的底部设置蒸汽和冷空气发射装置3，蒸汽和冷空气发射装置3为一圆板，其四周与罐体4的内壁紧密相连接。如图2所示，蒸汽和冷空气发射装置3上开有一个通孔3-1，在该通孔3-1处安装了出料控制阀，通过管道与其下部的出料口 2相连通，罐体4内部的物料通过该通孔3-1以及出料口 2排出。在蒸汽和冷空气发射装置3的其余部位开有扇形通槽3-2，扇形通槽3-2沿蒸汽和冷空气发射装置3的圆周方向布置有若干个。在罐体4内部，蒸汽和冷空气发射装置3的下部是一个气体腔13，在罐体4的底壁上开有无菌空气进口和蒸汽进口 I以及出料口 2，无菌空气进口和蒸汽进口 I处设置进气控制阀，无菌空气进口和蒸汽进口 I与气体腔13相通，无菌空气或蒸汽通过无菌空气进口和蒸汽进口 I进入气体腔13中，再经蒸汽和冷空气发射装置3上的扇形通槽3-2呈发射状向上向罐体4内部发射。
在罐体4的内腔多处设置多个温、湿度传感器6，温、湿度传感器6连接控制器7，控制器7还分别连接抽真空装置8、减速电机9以及各个控制阀。如图3-4所示，履带式搅拌器5包括搅拌轴5-3、桨叶5_1和推料板5_2，搅拌轴5-3的顶端连接减速电机9的输出轴，搅拌轴5-3的底部固定连接三块推料板5-2，推料板5-2沿搅拌轴5-3的圆周方向均匀布置，并且推料板5-2呈弧形，推料板5-2弧形的开口方向与搅拌轴5-3的旋转方向相反，这样，搅拌轴5-3旋转带动桨叶5-1旋转时，可使底部的物料被弧形的推料板5-2推至罐体4的侧壁四周。在推料 板5-2上部的搅拌轴5-3上固定设置桨叶5-1，桨叶5-1沿搅拌轴5-3的轴向螺旋式布置，并且与搅拌轴5-3相交，自相交处至最远处，桨叶5-1的宽度沿径向逐渐变宽，即位于桨叶5-1与搅拌轴5-3相交处的桨叶5-1宽度最小，距离搅拌轴5-3最远处的桨叶5-1的宽度最宽，桨叶5-1整体呈DNA单链型式结构。这样，推料板5-2不仅能出料，还能将罐底部物料从中间向四周推动，协助桨叶5-1将物料进行翻动和搅动，桨叶5-1与物料接触面成切线状，物料在桨叶5-1的推动下，达到轴向整体搅拌的目的，而非径向局部搅拌。对本发明微生物反应器进行控制操作时，控制器7先控制无菌空气进口和蒸汽进口 I处的控制阀打开，将蒸汽从外部输入气体腔13内，蒸汽经蒸汽和冷空气发射装置3的扇形通槽3-2对着罐体4内向上发射，蒸汽从罐体4顶部的排气口排出，调整罐体4顶部的排气阀，使罐体4内压力达到并保持0. 11—0. 15Mpa时停止，维持时间30—40分钟，进行有效灭菌。将混合好的固态物料从顶口 12加入罐体4内，密封顶口 12，控制器7控制真空排气口 10的控制阀打开，开启抽真空装置8，由罐体4上部抽真空，并开启履带式搅拌器5进行搅拌，边搅拌边对罐体4内抽真空7-8分钟，当罐体4内的真空度达到-0. 9Mpa -0. 8Mpa时关闭抽真空装置8以及控制真空排气口 10的控制阀。通过蒸汽和冷空气发射装置3再次通入蒸汽，此时，履带式搅拌器5继续搅拌，蒸汽能穿透固体物料，使固体物料迅速加温。当罐体4内的真空压力上升到+0. 08Mpa时，打开抽真空装置8对罐体4内抽真空，使罐体4内压力控制在I. 5Mpa左右。直至罐体4内固态物料的温度达到121-126°C时。控制器7通过温、湿度传感器6检测到固态物料的温度达到121-126°C，控制器7控制抽真空装置8以及履带式搅拌器5停止，使罐体4内的固态物料处于保温状态，保温时间控制在45分钟。保温时间到后，控制器7控制排气口处的排气阀打开，当压力传感器检测到罐体4内的压力降低至Opa时，此时打开无菌空气进口和蒸汽进口 I，使无菌冷空气进入罐体4，启动履带式搅拌器5搅拌，控制器7启动抽真空装置8，无菌冷空气穿透固体物料，使固体物料迅速冷却，固态物料温度降至40°C以下，采取差压接种方式通过接种口 11对固体物料进行接种。装料系数为0. 6，履带式搅拌器5的搅拌功率均为11KW，搅拌速度均为lOrpm，抽
真空装置8的真空泵功率为4KW。出料前，由控制器7控制蒸汽和冷空气发射装置3的通孔3-1处的控制阀打开，由通孔3-1经出料口 12出料，此时，履带式搅拌器5的搅拌转速控制在2rpm左右即可。
权利要求
1.一种固态快速灭菌微生物反应器，主体部分是圆筒状的罐体(4)，罐体(4)上部设置减速电机(9)，减速电机(9)的输出轴从罐体(4)顶部正中间伸入罐体(4)内腔中且固定连接履带式搅拌器(5)，罐体(4)顶壁上设有均与罐体(4)内腔相通的排气口、顶口(12)、真空排气口(10)和接种口(11)，其特征是在罐体(4)内部，履带式搅拌器(5)的底部设置圆板状的蒸汽和冷空气发射装置(3)，蒸汽和冷空气发射装置(3)的四周与罐体(4)的内壁固定连接，沿蒸汽和冷空气发射装置(3)的圆周方向布置有若干扇形通槽(3-2)，蒸汽和冷空气发射装置(3)上还设有一个与其下部的出料口(2)相连通的通孔(3-1)，通孔(3-1)处设有出料控制阀；真空排气口( 10)通过管道和真空控制阀连接抽真空装置(8)，抽真空装置(8)上设置真空泵和真空压力表；在罐体(4)内部的蒸汽和冷空气发射装置(3)的下部是一个气体腔(13)，罐体(4)的底壁上开有无菌空气进口和蒸汽进口(I)及出料口(2)，无菌空 气进口和蒸汽进口( I)与气体腔(13)相通，无菌空气进口和蒸汽进口( I)处设置进气控制阀；罐体(4)的内腔设置多个温、湿度传感器(6)，控制器(7)分别连接温、湿度传感器(6)、抽真空装置(8)、减速电机(9)及各个控制阀；所述履带式搅拌器(5)包括搅拌轴(5-3)、桨叶(5-1)和推料板(5-2 )，搅拌轴(5-3 )的顶端连接减速电机(9 )的输出轴，搅拌轴(5-3 )的底部固定连接沿搅拌轴(5-3)的圆周方向均匀布置的三块推料板(5-2)，推料板(5-2)呈弧形，弧形的开口方向与搅拌轴(5-3)的旋转方向相反；推料板(5-2)上部的搅拌轴(5-3)上固定设置桨叶(5-1)，桨叶(5-1)沿搅拌轴(5-3)的轴向螺旋式布置且与搅拌轴(5-3)相交，自相交处至最远处，桨叶(5-1)的宽度沿径向逐渐变宽。
2.一种如权利要求I所述的固态快速灭菌微生物反应器的控制方法，其特征是具有如下步骤 1)控制器(7)控制进气控制阀打开，蒸汽输入气体腔(13)内，经扇形通槽(3-2)对罐体(4)内向上发射，当罐体(4)内压力达到并保持在0. 11—0. 15Mpa时停止输入蒸汽，维持30—40分钟； 2)将混合好的固态物料加入罐体(4)内，控制器(7)控制抽真空装置(8)开启，并开启履带式搅拌器(5)，边搅拌边对罐体(4)内抽真空7-8分钟，当罐体(4)内的真空度达到-0. 9Mpa -0. 8 Mpa时关闭抽真空装置(8)，然后再次通入蒸汽，当罐体(4)内的真空压力上升到+0. 08Mpa时，打开抽真空装置(8)，直至固态物料的温度达到121°C -126时，停止抽真空装置(8)和履带式搅拌器(5)，保温45分钟； · 3 )打开排气口，当罐体(4 )内的压力降低至Opa时，启动抽真空装置(8 )、履带式搅拌器(5)，无菌空气进口和蒸汽进口(I)使无菌冷空气进入罐体(4)，使固态物料温度降至40°C以下。
全文摘要
本发明公开一种固态快速灭菌微生物反应器及其控制方法，在罐体内部履带式搅拌器的底部设置圆板状的蒸汽和冷空气发射装置，真空排气口通过管道和真空控制阀连接抽真空装置，在罐体内部的蒸汽和冷空气发射装置的下部是一个气体腔，罐体的底壁上开有与气体腔相通的无菌空气进口和蒸汽进口，固态物料在搅拌的过种中通入蒸汽或冷空气，底部采用蒸汽、冷空气发射装置，同时上部采用抽真空装置，使蒸汽或冷空气充分地穿透物料，能在30分钟以内将物料由室温25℃均匀提高到121℃以上，并且能在30分钟以内由121℃以上均匀降到25℃-30℃温度，节约了大量的能源，生产效率大大提高。
文档编号C12M1/34GK102634454SQ201210127278
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者吴伊光, 张立平, 李国 , 李红兵, 魏燕舞 申请人:镇江江工生物工程成套设备有限公司