一种连续性补料分配系统及其应用的制作方法

本发明生物技术领域，具体涉及一种生物发酵培养的设备及应用所述设备的方法。

背景技术

在生物制品发酵领域，补料是一个非常常见的操作。补料过程有两个要点：1、保证补料过程整个管道内环境处于无菌状态，不会给发酵罐引入杂菌。2、按需要补料。发酵过程中，根据不同产品具体的工艺要求，发酵罐在一定的情况下需要补入前体、碳源、氮源、无机盐等物料，用以维持代谢或者提高目标产物的产生。这些原材料的补入可能是一次性补入一定量，也可能是持续在一段时间内按一定的速度补入一定的量。

单个补料罐一次性的补入一个或者多个发酵罐的操作比较简单，目前使用的分配站能够满足操作需求。图1示出了传统的补料分配站结构。在小试情况下，也可以通过任意增加补料瓶和软管来满足发酵罐连续补料的需求。但是，大规模的工业化发酵生产过程中，很多发酵产品，物料补入的过程是不能间断、匀速的，同时补料罐内的物料也不可能是一直足够的，发酵罐的数量、罐号也可能是在不停变化的。发酵罐补料的体积相对比较大，连接补料罐与发酵罐之间的管道直径需求比较大，通常只能使用固定的不锈钢管道，因此也无法通过增加软管的方式实现增加补料罐或者发酵罐的目的。即便是以牺牲生产水平为代价，一定时间之内停止补料，将整个补料管道连同需要新增加的补料罐或者发酵罐的管道同时灭菌后再进行补料，也会造成整个管道系统中的物料排出，造成物料的浪费以及增加污水处理的难度。

技术实现要素：

针对本领域存在的上述问题，本发明提供了一种连续性补料分配系统，可以在一个连续的补料过程中随意的增加补料罐或者待补料发酵罐。

本发明的第二个目的是提出所述系统的应用方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种连续性补料分配系统，包括：蒸汽管道、补料管道、发酵液管道、n个补料罐和m个发酵罐，一个补料罐底部连接一条补料管道，n条补料管道通过n个三通阀门并联连接于所述蒸汽管道；一个发酵罐连接一条发酵液管道，m条发酵液管道通过m个三通阀门并联连接于所述蒸汽管道；第二蒸汽管道存在m+n条支管道分别连接在m条发酵液管道和n条补料管道上；n和m互相独立为1-20的整数；

所述连续性补料分配系统，在系统运行过程中，不影响正在补料的同时可按需要增减补料罐或者增加对新的发酵罐补料；

所述补料管道上设置有补料管道阀门，所述补料管道阀门为带辫子的阀门或，距离所述补料管道阀门10-60mm处设置有排污支阀门；所述发酵液管道上设置有发酵液管道阀门，所述发酵液管道阀门为带辫子的阀门或，距离所述发酵液管道阀门10-60mm处设置有排污支阀门。

其中，所述补料液管道上的排污支阀门位于所述补料管道阀门和连接蒸汽管道的三通阀门之间，所述发酵液管道上的排污支阀门位于发酵液管道阀门和连接蒸汽管道的三通阀门之间，所述排污支阀门连接于地漏。

其中，所述补料管道上，连接三通阀门端设置有废液支阀门，废液支阀门连接于废液收集槽，废液支阀门和三通的距离与补料管道直径的比例为1-4：10。

其中，所述发酵液管道连接蒸汽管道的三通阀门附近设置有废液支阀门，废液支阀门连接于废液收集槽，废液支阀门和三通的距离与发酵液管道直径的比例为1-4：10(这段间距短至20-50mm，可以不用灭菌，减少了操作的复杂程度)。

其中，所述分配站第一蒸汽管道三通阀门末端连接到排污管道，设置排污阀门控制；第二蒸汽管道支管道分支末端连接到排污管道，设置排污阀门控制；两个排污管道连接排污总管道，所述排污总管道上设置有补料分配站排污阀。

本发明述连续性补料分配系统的应用，其特征在于，应用于微生物发酵过程中，当需要对发酵罐进行补料，且补料罐准备好时，可直接通过第一蒸汽管道对补料分配站进行灭操作，操作完成后即可开始补料操作：

灭菌操作：蒸汽阀门开启、补料管道的三通阀门开启、发酵液管道的三通阀门开启、补料管道上的排污支阀门和发酵也管道上的排污支阀门开启，微开排污阀和分配站排污阀开始对管道进行灭菌。

补料操作：完成对管道灭菌后，关闭所有支阀门、排污阀，再关闭蒸汽阀，打开补料管阀门，再打开发酵液管道上的排污支阀门排出蒸汽，待蒸汽排尽、观察到有料液从发酵液管道上的排污支阀门出来时，关闭该排污支阀门，打开发酵液阀门开始补料；

上述操作所适用的范围为：分配站没有使用时的补料操作。

在微生物发酵应用过程中，当第一个补料罐补料还没有结束的情况下，对第二个补料管道的灭菌操作时，只能同过第二蒸汽管道通入蒸汽对补料管道进行灭菌。具体操作为：开启总蒸汽阀门、第二蒸汽管道上的蒸汽阀门、第二个补料罐补料管道上的排污支阀门、该补料管道三通阀处的废液支阀门，微开第二蒸汽管道排污阀、补料分配站排污阀开始对第二补料管道进行灭菌；

待灭菌结束，关闭所有支阀门、排污阀、再关闭第二蒸汽管道上的蒸汽阀门、关闭总蒸汽阀门，打开第二个补料罐的补料管阀门，打开三通阀处的废液支阀门排出管道内蒸汽，待该支阀门蒸汽排尽、开始有料液排出时关闭；当n＝1的补料罐料液补完后关闭n＝1的三通阀，打开n＝2的三通阀即可实现n＝2的补料罐对发酵罐的补料；

同样地实施n＞2的补料罐的补料操作。

在微生物发酵应用过程中，当存在发酵罐的补料还没结束的情况下，对其它的发酵液管道的灭菌操作时，只能通过第二蒸汽管道通入蒸汽对补料管道进行灭菌。有一个发酵罐正在补料的情况下，对第二条发酵液管道灭菌的具体操作为：开启总蒸汽阀、第二蒸汽管道上的蒸汽阀门、第二发酵液管道上的排污支阀门、发酵液管道三通阀处的废液支阀门，微开第二蒸汽管道排污阀、补料分配站排污阀，开始对第二发酵液管道进行灭菌；

待灭菌结束，关闭所有支阀门、排污阀，再关闭第二蒸汽管道上的蒸汽阀门、关闭总蒸汽阀门，打开第二个发酵液管道三通阀，打开第二个发酵液管道阀处的排污支阀门排出管道内蒸汽，待蒸汽排尽、开始有料液排出时，关闭该支阀门打开第二发酵液管道阀即可实现在n＝1，m＝1的基础上增加m＝2的补料；

同样实施m＞2的发酵罐补料操作。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的系统，能够在同一种原材料连续补料料的过程中，随时增加补料罐和待补料的发酵罐，能够适应连续生产过程中对不同的发酵罐连续补料的需求。

2、通过增加流量计、自控阀、保温层、过滤膜、改变进入补料罐的位置等改动，几乎能够满足任何一种原材料的补料方式，适应更多的生产需求。

3、管道数量、大小没有要求，管道可以固定、有序地安装、排列，能够在大规模的工业化生产中实现规范管理，满足gmp要求。

4、大大地减少了物料浪费。

5、最大限度地避免了物料排放对环境的污染。

附图说明

图1：传统的补料分配站示意图。

图2：本发明补料分配站结构示意图。

图中标记采用的字母s表示补料罐，f表示发酵罐，

图中，s1为第一个补料罐，sn为第n个补料罐，f1为第一个发酵罐，fm为第m个发酵罐，

100为蒸汽总管，101为第一蒸汽管道，102为第二蒸汽管道，200为排污总管道，300为废液收集槽，400为分配站。

具体实施方式

下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是，实施例只用来说明本发明而不是用来限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所用手段均为本领域常规的手段。

实施例1

一种连续性补料分配系统，蒸汽管道、补料管道、发酵液管道、n个补料罐和m个发酵罐，一个补料罐底部连接一条补料管道，n条补料管道通过n个三通阀门并联连接于所述蒸汽管道；一个发酵罐连接一条发酵液管道，m条发酵液管道通过m个三通阀门并联连接于所述蒸汽管道；二蒸汽管道存在m+n条支管道分别连接在m条发酵液管道和n条补料管道上；n和m互相独立为1-20的整数；本实施例中，n＝2，m＝5，管道采用dn100管。第一个补料罐s1的补料液管道7和第n个补料罐sn的补料液管道(图中编号8-14)上均设置有补料管道阀门aa和阀门bb，补料管道必须伸入补料罐底部；距离所述补料管道阀门30mm处设置有排污支阀门；支阀门伸入地漏。第一个发酵罐f1的发酵液管道5及第m个发酵罐的发酵液管道(图中编号1-4)上均设置有发酵液阀门cc，距离发酵液阀门30mm处设置有发酵液管路上的排污支阀门。所述补料液管路上的排污支阀门位于所述补料管道阀门和连接蒸汽管道的三通阀门之间，所述发酵液管路上的排污支阀门位于发酵液管道阀门和连接蒸汽管道的三通阀门之间。所述补料液管路上的排污支阀门连接于地漏，所述发酵液管路上的排污支阀门连接于地漏。

所述补料管道连接蒸汽管道的三通阀门附近设置有废液支阀门1a，废液支阀门连接于废液收集槽300(废液收集槽设置有地漏)，废液支阀门和三通的距离为30mm，补料管道为dn100管。

所述发酵液管道连接蒸汽管道的三通阀门附近设置有废液支阀门2e，废液支阀门连接于废液收集槽，废液支阀门和三通的距离为30mm，发酵液管道为dn100管。

所述连接于所述蒸汽管道的m+n个三通阀门集成于分配站400，进入所述分配站的蒸汽总管100设置蒸汽总阀d，蒸汽总阀后面的蒸汽管道分为第一蒸汽管道101和第二蒸汽管道102，所述第二蒸汽管道102通过支线连接于第1个至第n条补料管道和第1个至第m条发酵液管道，每个支线上均有一个支线蒸汽阀门(图2中阀门a-g)，各支线阀门与其对应的第n个补料罐的补料液管道ln或与其对应的第m个发酵罐的发酵液管道lm的距离为30mm(图2为了清楚，这段距离较大)。

所述分配站连接有排污总管道200，该排污总管道是第一排污管道和第二排污的汇集；

在所述的分配站400一端连接蒸汽管道、一端连接排污管道，两端均有阀门控制且阀门外侧有支阀门，如图中阀门e、阀门f所示(即：阀门e为蒸汽入口端、阀门f为蒸汽出口端(排污)，且阀门e、f均为带支阀门的阀门，支阀门在三通阀门集成的分配站外侧)。整个分配站设置有总蒸汽阀门d，排污总管道200上设置整个分配站的总排污阀门c，连入地漏。

发明中所提到的补料均是通过压缩空气调节补料罐的压力，使补料罐的压力高于发酵罐的压力，当补料罐与发酵罐连通后，罐压压差会将料液从补料罐压入发酵罐中实现对发酵罐的补料。该操作为传统的补料方式，因此本发明只描述补料罐与发酵罐相连的管道的灭菌和连通过程，连通了即表示实现补料操作了。

应用本系统的操作为：

一、发酵过程中，分配站没有补料在进行，需要s1对f1进行补料时：如图所示：打开蒸汽阀门d、e，打开三通阀1b、2e，微开排污阀f、c，微开阀门aa处的排污支阀门、微开阀门cc处的排污支阀门，微开阀门e、f处的支阀门，使管道内保持一定的蒸汽压力开始对管道灭菌。待管道灭菌完毕，关闭排污阀f、c，关闭阀门aa处的排污支阀门，关闭e、f处的支阀门，关闭阀门cc处的排污支阀门，关闭蒸汽阀门e、d，打开补料管道阀aa、打开阀门cc处的排污支阀门排出管道内蒸汽同时补料罐s1的料液进入管道，待有料液从发酵液管道阀cc的排污支阀门排出时，关闭该支阀门，打开发酵液管道阀cc，实现s1对f1的补料。

二、第一个补料罐s1在对第一个发酵罐f1进行补料时，补料罐里面的物料快要补完了，需要新增加一个补料罐sn，以便s1内的料液补完以后可以迅速使用sn内的料液进行补料。如图2所示：打开蒸汽总阀d和第二蒸汽管道102上的蒸汽阀门a，打开第二蒸汽管道支管道上的蒸汽阀门a，微开补料罐sn的补料管道阀bb附近的排污支阀门，微开三通阀门1a附近的废液支阀门1a，微开蒸汽阀门e附近的支阀门、微开排污管道f附近的支阀门、微开排污管道阀门b、c，使管道内保持一定的蒸汽压力开始对sn的补料管道6进行灭菌。灭菌完成后，关闭排污阀b、c，关闭bb处的排污支阀门，关闭1a处的废液支阀门1a，阀门e、f处的支阀门，关闭蒸汽管道阀门a、a、d。打开补料管道阀bb，打开1a处的废液支阀门1a排出管道内蒸汽的同时补料罐sn内的料液进入补料管道，待1a有料液排出关闭1a。待s1内的料液补完后，关闭三通阀1b、打开三通阀1a即可实现sn对发酵罐进行补料。

三、当s1在对f1进行补料时，有发酵罐fm也需要补料，此时只需要参照实例二中对补料管道6的灭菌方式对fm的发酵液管道进行灭菌即可。灭菌完成后只需要关闭所有支阀门，排污阀，蒸汽阀门，打开其管道连接的三通阀，再打开发酵液管道上的排污支阀门排尽蒸汽，待料液流出时关闭该排污支阀门即可使发酵罐处于待补料状态，待发酵罐需要补料时仅需要打开其发酵液管道阀即可开始补料。

四、在补料分配站运行过程中，个别发酵罐补料完成后，不需要再补料时，或者个别补料罐补料完成后不再补料时，只需关闭其三通阀，按照实例操作二中对补料管道灭菌的方式即可清洁补料管道或发酵液管道。

文中所述的微开排污阀是开启5％-10％，表示有蒸汽通过即可。

实施例2

本实施例中，n＝2，m＝5。

其他设置和操作同实施例1。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。