固态物料拌料、灭菌、冷却与发酵系统的制作方法

本发明涉及固态发酵装置的，特别涉及一种固态物料拌料、灭菌、冷却与发酵系统。

背景技术：

1、固态发酵是我国很早创立的传统发酵技术，广泛应用于制曲、酿酒、酿醋、制酱、腐乳、酸菜、豆豉、纳豆、肉制品等食品和调味品以及有机堆肥、发酵饲料的生产，近代逐渐扩大至益生活菌制剂、生物杀虫剂、酶制剂、抗生素、生物能源和一些生物化工产品的制造，也用于餐余废弃物、城镇垃圾和工业废渣的处理。

2、固态发酵由于能耗低，无废水或很少废水排放，所得产物浓度高，后处理较容易，而具备了液体发酵所没有的成本和环保优势，所以近年来有加速发展的趋势。但传统的固态发酵技术主要靠浅盘(好氧)或隔板(好氧)或大缸(厌氧)或装袋(兼性厌氧)或堆积(兼性厌氧)操作，而且拌料、灭菌与发酵分开进行，造成劳动强度大，发酵环境的无菌度和均匀度难以控制，发酵速度慢，耗时长，产品质量的一致性也得不到保证，成为其进一步发展的制约因素。

3、所有这些制约因素，主要是由于缺乏好的固态发酵设备所造成的。近年来，虽然出现过一些可用于单批或连续发酵的固态发酵罐设计，在克服上述传统固态发酵缺点方面做出了一些有益的尝试，但这些设计或结构复杂，或混料和温湿度控制不均匀，或存在物料静止的死角，或严寒与酷暑季节温湿度难以控制，或不能进行纯种操作，或能耗大，因而市场的认可度并不高，迄今没有一种获得广泛推广应用；

4、故迫切需要开发新的结构简单，混料均匀，方便灭菌，能严格进行纯种操作，能一年四季精确控制温湿度，操作过程节能，好氧与厌氧发酵、单批与连续发酵均适用的新型固态发酵罐。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种固态物料拌料、灭菌、冷却与发酵系统，能严格进行纯种操作，能一年四季精确控制温湿度，操作过程节能，好氧与厌氧发酵、单批与连续发酵均适用的新型固态发酵罐；解决了酵速度慢，耗时长，产品质量的一致性也得不到保证等问题。

2、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

3、一种固态物料拌料、灭菌、冷却与发酵系统，包括立式的罐体、固定安装在所述罐体顶部的罐顶盖、设在所述罐顶盖上的搅拌装置、设在所述搅拌装置上的通气函、与所述通气函相连通的无菌进气系统以及设在所述罐体侧壁上的调温装置；所述罐顶盖上设有进料装置，所述罐体底部设有出料装置，所述搅拌装置的搅拌部位于罐体内；

4、所述调温装置包括设在所述罐体外壁的夹套；夹套的底部设有夹套进水管；所述夹套的上部设有夹套回水管；所述夹套内充满调温用的液体。

5、进一步的，所述罐体的顶部以及所述罐顶盖底面均设有罐顶法兰；两个所述罐顶法兰之间设有罐顶法兰密封垫圈；

6、所述搅拌装置包括减速电机、联轴器、旋转通气管、偏心螺旋搅拌叶片以及锚式搅拌器；

7、所述罐顶盖上设有电机支架，所述减速电机安装在所述电机支架上；所述减速电机的输出端与旋转通气管顶端通过联轴器连接；

8、所述锚式搅拌器固定连接在所述旋转通气管的底端；

9、旋转通气管的中部设有偏心螺旋搅拌叶片；

10、所述通气函位于所述电机支架内；所述旋转通气管贯穿所述通气函；所述旋转通气管与所述通气函之间设有密封装置。

11、进一步的，所述通气函包括通气函圆筒体、与所述通气函圆筒体顶部固定连接的上法兰以及与所述通气函圆筒体底部固定连接的下法兰；

12、所述密封装置包括上密封结构和下密封结构；

13、所述罐顶盖的顶部焊接有支撑法兰；所述通气函通过下密封结构与所述支撑法兰连接；

14、所述上密封结构包括设在所述上法兰上的上密封槽、安装在所述上密封槽内的密封静环、用于压紧所述密封静环的密封动环、设在所述密封动环上方的压紧法兰以及设在所述密封动环和压紧法兰之间的弹簧；所述压紧法兰与所述上法兰通过压紧螺栓固定连接；

15、所述下密封结构与上密封结构相同。

16、进一步的，所述通气函圆筒体侧壁固定连通有无菌通气管；所述旋转通气管位于所述通气函内的部分设有通气孔；所述旋转通气管位于所述罐体内的部分依次设有若干通气支管，所述通气支管为l形，所述通气支管出口朝下。

17、进一步的，所述无菌进气系统包括与无菌通气管固定连通的空气转换三通、与空气转换三通固定连通的无菌通气中间管、分别与无菌通气中间管连通的空气过滤器和蒸汽过滤器以及分别与所述空气过滤器和蒸汽过滤器连通的鼓风机。

18、进一步的，所述偏心螺旋搅拌叶片一侧紧贴罐体内壁，另一侧与罐体内壁之间留有一定的空隙。

19、进一步的，所述罐体的高径比随罐体容积的增加而由2︰1到5︰1渐进加大。所述立式罐体的夹套或外盘管，应尽量包裹整个罐体，在其中通入冷、热水，可对罐内物料进行加热、冷却和发酵过程控温。为了确保有效的传热面积，罐体应有足够的高径比，根据容积的大小，高径比可由2︰1到5︰1，例如，0.5m3及以下容积的罐体，可以为2︰1，0.5～1.5m3的，可以为2.5︰1，1.5～3.0m3的，可以为3︰1，3～6m3的，可以为3.5︰1，依次类推。

20、进一步的，所述密封装置为填料轴封或端面轴封或皮碗轴封或涨圈轴封或迷宫轴封或其他机械轴封。

21、进一步的，所述进料装置包括与所述罐顶盖垂直固定连通的固态物料进料管以及固定在所述固态物料进料管顶部的密封盖，所述密封盖上设有接种装置、开盖把手和排气阀门。

22、进一步的，所述出料装置包括与所述罐体底部固定连通的卸料阀；所述卸料阀直径与固态物料进料管相等。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、在所述冷热水进水管最低位置，设有放水阀，以便必要(如罐内物料灭菌)时将夹套或外盘管内的水放空。在所述夹套或外盘管的上端，设有冷热水回水管和冷热水出口调节阀，可通过调节冷水或热水的流量来控制罐内物料的温度，而从夹套或外盘管流出的冷热水则分别回到冷热水储罐，进行再冷却或再加热后循环使用。所述外盘管内的水流方向与罐内物料的搅拌移动方向相反，已达到更好的传热效果；

25、通过设置的所述通气函，是作为无菌空气或灭菌蒸汽通过旋转通气管进入罐体的密封函体，它固定在所述罐顶盖上方中心位置，由上下法兰和小圆筒体组成，其中下法兰与所述罐顶盖连成一体，侧面设有开孔，与无菌空气和蒸汽管相连。所述无菌空气管和蒸汽管，可以是独立的两根管道，也可以是共用的一根管道；通气函的结构特点使无菌空气能够进入旋转的通气管；

26、本系统既可用于固态物料的拌料、灭菌和冷却，又可用于好氧、兼性厌氧和厌氧固态发酵。使用单台设备时，以上操作可以顺序间歇进行，实施批次发酵；使用多台设备串联时，则以上操作可以顺序连续进行。

27、而带支管、螺旋搅拌叶和锚式搅拌器的旋转通气管，不仅能对固态物料进行全方位无死角的搅拌，而且因向物料内部旋转通气，使通气更加均匀，并对固态物料起到一定的疏松作用，防止结团、结块而影响细胞的分散和生长，从而缩短发酵时间。

28、由于实施向固态物料内部通气，使本发明的固态发酵系统可不受装料量的限制，达到满罐发酵，从而大幅度提高了设备利用率。

29、用调节阀对通入夹套或外盘管内的冷热水流量进行调节，可以一年四季精确地控制发酵温度，使发酵不受季节的影响。冷热水的循环利用，可大幅度节约用水和能源。

30、通过补料阀在发酵过程中向固态物料补水和补料，可灵活调节物料湿度及营养和代谢强度，适应不同发酵阶段对湿度和营养的不同需求。

31、由于罐体密封性能好，可在发酵过程中保持正压，避免外界空气中的杂菌侵入，实现纯种发酵，确保发酵所得产品的一致性。

32、采用鼓风机通气和通气管的低速间歇搅拌或变频搅拌，可以大幅度减少动力消耗，降低发酵成本。

33、由于整个拌料、灭菌、冷却、发酵过程实现了机械化，以及发酵过程的自动控制，与传统固态发酵相比较，可以大幅度节省劳动力，提高劳动生产率。