一种微生物培养罐装置的制造方法
【专利摘要】一种微生物培养罐装置，属于生物发酵设备，解决现有培养罐装置存在的pH值控制不均的问题，以优化中和剂添加方式、提高发酵生产效率。本发明包括培养罐、中和剂储罐、循环泵和可编程逻辑控制器；所述培养罐包括罐体、多个搅拌器及中和剂分布器，罐体顶部具有进气管、出气管、进料管和呼吸器，罐体底部具有排料管，所述多个搅拌器在罐体内部沿罐体中轴线分布，多个中和剂分布器在罐体内部沿罐体中轴线分布，且与所述多个搅拌器交叉间隔排列，各中和剂分布器为由不锈钢管构成的闭合圆圈，圆圈底面具有均匀分布的小孔。本发明容易制造、使用方便，提高了中和剂加入精度，避免管道结垢堵塞，保证罐内pH值在可控范围内波动，提高了发酵生产水平。
【专利说明】
一种微生物培养罐装置
技术领域
[0001]本发明属于生物发酵设备，具体涉及一种微生物培养罐装置。
【背景技术】
[0002]包括各种饲料、食品添加剂以及原料药在内的许多重要产品，主要通过发酵生产获得。发酵生产的主要设备是培养罐装置。在绝大多数发酵生产过程中，微生物会分泌出有机酸或碱性代谢物，导致发酵液PH值呈现波动，发酵生产过程中需适时补充中和剂，以维持合适的发酵酸碱度环境。
[0003]现有培养罐装置，主要包括罐体、搅拌器、温控列管、进气管、出气管、进料管、排料管、温度电极、PH电极和溶氧电极。现有培养罐一般通过单根管道将液体或粉末中和剂加入培养罐，由于培养罐往往体积庞大，导致中和剂不能在培养罐中迅速分散开来，引起局部pH值过高或过低，不利于微生物发酵的进行。此外某些固体中和剂添加不易，易导致管道堵塞，也不利于生产的进行。以乳酸发酵生产为例，目前多数厂家采用氢氧化钙作为中和剂，而氢氧化钙有两种添加方式，一种是以悬浊液形式流加，另一种是以固体粉末形式加入。以悬浊液形式加入存在氢氧化钙容易结垢、堵塞管道的问题;而以固体粉末形式加入会导致PH值控制的延迟和不均匀，pH值不易控制。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种微生物培养罐装置，解决现有培养罐装置所存在的pH值控制不均的问题，以优化中和剂添加方式、提高发酵生产效率。
[0005]本发明所提供的一种微生物培养罐装置，包括培养罐、中和剂储罐、循环栗和可编程逻辑控制器(PLC);所述培养罐包括罐体和多个搅拌器，所述罐体具有温度调节结构，用于调节罐体的温度;所述多个搅拌器在罐体内部沿罐体中轴线分布，罐体顶部具有进气管、出气管、进料管，罐体底部具有排料管，罐体的侧壁插入PH电极;所述中和剂储罐底部通过管道与循环栗进口连接，循环栗出口通过管道分别连接控制阀门一端和中和剂送料管，中和剂送料管连通所述中和剂储罐的顶部；所述PH电极通过导线连接可编程逻辑控制器(PLC)的输入端，可编程逻辑控制器(PLC)的输出端通过导线连接控制阀门的控制端;其特征在于:
[0006]其还包括呼吸器以及多个中和剂分布器，所述呼吸器为微孔过滤器，装于罐体顶部，用于进料和排料时罐体与大气相通；
[0007]所述控制阀门另一端通过管道分别连接多个中和剂分布器，所述中和剂分布器为由不锈钢管构成的闭合圆圈，圆圈底面具有均匀分布的小孔，多个中和剂分布器在罐体内部沿罐体中轴线分布，且与所述多个搅拌器交叉间隔排列，各中和剂分布器的圆圈所在平面与罐体中轴线垂直。
[0008]所述的微生物培养罐装置，其特征在于:
[0009 ]所述罐体的温度调节结构为沿罐体的内壁均匀分布有温控列管或者罐体的侧壁具有环绕的空心夹层，温控列管和空心夹层用于通入热介质或冷介质，对罐体升温或降温；
[0010]构成所述中和剂分布器的闭合圆圈直径为罐体直径的1/4?3/4，不锈钢管的内径为0.5cm?30cm。
[0011]所述的微生物培养罐装置，其特征在于:
[0012]所述中和剂储罐为2个，2个中和剂储罐并联，分别用于储备酸性中和剂和碱性中和剂。
[0013]pH电极位于罐体合适的位置实时测量发酵液pH值，并提供数据给可编程逻辑控制器(PLC);可编程逻辑控制器(PLC)通过数据线与远程监控中心相连接，进行数据处理并控制控制阀门的开关；中和剂储罐，罐体采用坚固耐腐蚀的材质，如不锈钢材质或塑料材质，以防中和剂腐蚀、泄露;循环栗依据实际工艺需要选择，以便将中和剂压入培养罐内并使中和剂流动防止沉淀。
[0014]当发酵生产开始后，启动循环栗，使中和剂在管道内循环流动，随着发酵进行，发酵液的PH值改变，通过pH电极、可编程逻辑控制器(PLC)及控制阀门组成的自控系统，控制种子或发酵液的PH值为设定参数，根据设定的pH值参数，控制阀门开启或关闭，向培养罐中栗入中和剂，以中和不断产生的有机酸或碱性物质，实现发酵液PH值自动调节至设定参数。
[0015]许多大吨位的发酵生产产品主要依靠产量取胜，生产装置和生产工艺只有做到精细化才能将降低生产成本，产生较好的经济效益。本发明在培养罐中设置多层中和剂分布器，可通过循环流动系统将中和剂随时均匀送入罐内各个部位，提高了中和剂加入精度，避免氢氧化钙等中和剂转化为碳酸钙而在管道中结垢堵塞管道，保证罐内PH值在可控范围内波动，提高了发酵生产水平，适用于采用细菌和酵母等单细胞微生物为生产菌的发酵生产。
【附图说明】
[0016]图1是本发明发酵装置组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]如图1所示，本发明包括培养罐100、中和剂储罐200、循环栗300和可编程逻辑控制器(PLC)400;所述培养罐100包括罐体110和多个搅拌器130，所述罐体110具有温度调节结构，用于调节罐体110的温度;所述多个搅拌器130在罐体110内部沿罐体中轴线分布，罐体110顶部具有进气管111、出气管112、进料管113，罐体110底部具有排料管114，罐体110的侧壁插入pH电极410;所述中和剂储罐200底部通过管道与循环栗300进口连接，循环栗300出口通过管道分别连接控制阀门310—端和中和剂送料管320，中和剂送料管320连通所述中和剂储罐200的顶部;所述pH电极410通过导线连接可编程逻辑控制器(PLC)400的输入端，可编程逻辑控制器(PLC)400的输出端通过导线连接控制阀门310的控制端；
[0019]其还包括呼吸器140以及多个中和剂分布器150，所述呼吸器为微孔过滤器，装于罐体110顶部，用于进料和排料时罐体110与大气相通；
[0020]所述控制阀门310另一端通过管道分别连接多个中和剂分布器150，所述中和剂分布器150为由不锈钢管构成的闭合圆圈，圆圈底面具有均匀分布的小孔，多个中和剂分布器150在罐体110内部沿罐体中轴线分布，且与所述多个搅拌器130交叉间隔排列，各中和剂分布器的圆圈所在平面与罐体中轴线垂直。
[0021]实施例1，罐体容积500m3，所述罐体110的内壁均匀分布有温控列管120，用于通入热介质或冷介质，对罐体升温或降温，呼吸器140为0.2μπι的微孔过滤器；
[0022]中和剂储罐200为I个，储备碱性中和剂;构成所述中和剂分布器的闭合圆圈直径为罐体110直径的1/4，不锈钢管的内径为30cm。
[0023]使用该装置采用乳酸细菌进行乳酸发酵生产，采用耐高温厌氧乳酸细菌(干酪乳酸杆菌Lactobacillus casei B9232)进行发酵培养。将培养罐用蒸汽灭菌消毒后加入已灭菌的培养基，使用温控列管将培养基温度控制在40°C ;再将种子加入到培养罐100中，在中和剂储罐200中加入已消毒灭菌的氢氧化钙悬浊液，打开循环栗300，使氢氧化钙悬浊液在中和剂送料管320内循环流动以免沉降结垢。使用可编程逻辑控制器(PLC)400依据pH电极410检测数据，通过控制阀门310控制中和剂氢氧化钙的添加，最终使发酵培养过程中的pH值稳定在6.5。约37小时左右，发酵结束放罐，放罐乳酸浓度178g/L，发酵时间缩短，乳酸产量提尚O
[0024]实施例2，罐体容积8L，所述罐体110的侧壁具有环绕的空心夹层，用于通入热介质或冷介质，对罐体升温或降温，呼吸器140为0.2μπι的微孔过滤器；
[0025]中和剂储罐200为2个，2个中和剂储罐200并联，分别用于储备酸性中和剂和碱性中和剂;构成所述中和剂分布器的闭合圆圈直径为罐体110直径的3/4，不锈钢管的内径为0.5cm0
[0026]使用该装置采用酵母菌进行发酵生产活性酵母菌丝体，使用无糖酵母菌株(面包酵母Saccharomyces cerevisiae CICC 1525)进行发酵培养。将培养罐用蒸汽灭菌消毒后加入已灭菌的培养基，使用空心夹层将培养基温度控制在32°C;再将种子加入到培养罐100中，采用流加糖蜜的方式补料培养。在两套并联的中和剂储罐200中，分别加入已灭菌的30 %的硫酸和30 %的碳酸钠溶液。在发酵前期，发酵液pH值有下降趋势，打开循环栗300，先使30%的碳酸钠溶液在中和剂送料管320内循环流动，使用可编程逻辑控制器(PLC)400依据PH电极410检测数据，通过控制阀门310控制中和剂碳酸钠溶液的添加，使发酵培养过程中的PH值稳定在4.3;发酵后期，发酵液pH值有上升趋势，将中和剂送料管320内碳酸钠溶液排出，将30 %的硫酸加入到中和剂送料管320内，使发酵培养过程中的pH值稳定在4.3。约20小时左右，发酵液湿重达到200g/L，酵母的发酵活力达到预定指标650结束发酵放罐，发酵时间缩短，酵母产量提高。
【主权项】
1.一种微生物培养罐装置，包括培养罐(100 )、中和剂储罐(200)、循环栗(300)和可编程逻辑控制器(400);所述培养罐(100)包括罐体(110)和多个搅拌器(130)，所述罐体(110)具有温度调节结构，用于调节罐体(110)的温度;所述多个搅拌器(130)在罐体(110)内部沿罐体中轴线分布，罐体(110)顶部具有进气管(111)、出气管(112)、进料管(130)，罐体(110)底部具有排料管(114)，罐体(110)的侧壁插入pH电极(410);所述中和剂储罐(200)底部通过管道与循环栗(300)进口连接，循环栗(300)出口通过管道分别连接控制阀门(310)—端和中和剂送料管(320)，中和剂送料管(320)连通所述中和剂储罐(200)的顶部;所述pH电极(410)通过导线连接可编程逻辑控制器(400)的输入端，可编程逻辑控制器(400)的输出端通过导线连接控制阀门(310)的控制端;其特征在于: 其还包括呼吸器(140)以及多个中和剂分布器(150)，所述呼吸器为微孔过滤器，装于罐体(110)顶部，用于进料和排料时罐体(110)与大气相通； 所述控制阀门(310)另一端通过管道分别连接多个中和剂分布器(150)，所述中和剂分布器(150)为由不锈钢管构成的闭合圆圈，圆圈底面具有均匀分布的小孔，多个中和剂分布器(150)在罐体(110)内部沿罐体中轴线分布，且与所述多个搅拌器(130)交叉间隔排列，各中和剂分布器的圆圈所在平面与罐体中轴线垂直。2.如权利要求1所述的微生物培养罐装置，其特征在于: 所述罐体(110)的温度调节结构为沿罐体的内壁均匀分布有温控列管(120)或者罐体的侧壁具有环绕的空心夹层，温控列管和空心夹层用于通入热介质或冷介质，对罐体升温或降温； 构成所述中和剂分布器的闭合圆圈直径为罐体(110)直径的1/4?3/4，不锈钢管的内径为0.5cm ?30cm。3.如权利要求1或2所述的微生物培养罐装置，其特征在于: 所述中和剂储罐(200)为2个，2个中和剂储罐(200)并联，分别用于储备酸性中和剂和碱性中和剂。
【文档编号】C12M1/36GK105838594SQ201610321215
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】卢正东, 龚道夷, 陈情, 夏炜铠, 张磊, 余龙江
【申请人】湖北广济药业股份有限公司, 湖北普信工业微生物应用技术开发有限公司, 华中科技大学