CN1293182C - 一种规模化发酵用的移动式侧向通气厚层发酵设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于微生物固态发酵生物反应器技术领域。提供一种规模化固态好氧发酵需要的、节约空间、人力和能耗，能实现连续生产的移动式侧向通风厚层固态发酵罐(箱)。该反应器由立式筒型罐(或方形箱)主体、罐(箱)内的垂直通气圆管、移动装置及罐(箱)底出料口4部分组成。罐(箱)外壁和罐(箱)内通气管上皆有均匀分布的圆形通气孔，可从罐(箱)内、外两面向罐(箱)内固态发酵料层中自然(发酵初期)和加压(发酵高峰期)供氧、排出CO₂和散热。该反应器上有连接装置，可使多个反应器串联，由牵引车拖动在装料、发酵及干燥车间之间运行，实现好氧菌大规模固态发酵流水作业；该反应器用于真菌、放线菌等微生物制品的固态好气发酵。

Description

一种规模化发酵用的移动式侧向通气厚层发酵设备及工艺

技术领域

本发明属于微生物固态发酵生物反应器技术领域。主要涉及一种能满足大规模固态好氧发酵需要、节约生产空间、人力和能耗，能实现连续生产的固态移动式侧向通气生物反应器。

背景技术

固态发酵具有设备投入少、管理要求低、能耗少等液态发酵不可替代的优点，在纤维素酶等酶制剂制备、单细胞蛋白质饲料发酵、微生物肥料等真菌及放线菌类微生物制品生产中有十分重要的意义。但固态发酵存在传热传质难度高，搅拌困难，手工操作劳动强度大，生产场所空间利用率低及生产规模小等缺点，难以达到工业生产所需连续化和规模化的要求。固态发酵的反应器种类较多，传统的简单反应器主要有浅盘法和曲池法等，较先进的有转鼓式和气相双动态固态发酵装置等，但对日处理量200～300吨的大规模固态发酵生产而言，现有的固态发酵装置均难以满足要求。适用于大规模连续生产的固态好氧生物反应器的改进仍是固态发酵领域亟待解决的重大问题。

我国年产苹果约2000万t，苹果汁加工每年排出苹果渣约100万t。目前，除少量果渣被用作饲料外，绝大部分被遗弃。苹果渣含水量高(70％～82％)，且存在大量可溶性营养物质，为微生物滋生提供了有利条件，故苹果渣废弃时极易腐烂发臭，严重污染环境且造成资源浪费。以果渣为原料，利用微生物发酵生产蛋白饲料，对解决我国蛋白饲料资源短缺、提高水果种植及加工业效益，减少环境污染均有重要的应用价值。据不完全统计，我国现有苹果汁厂60余家，日产渣200～300吨的果汁厂很多，利用传统的浅盘和曲池发酵及较先进的转鼓等设备均无法满足日处理200～300吨果渣的要求。苹果渣单细胞蛋白饲料发酵周期2～3天，利用传统的曲池法进行厚层通风发酵占用空间大(400～1000余吨原料同时发酵)，难以进行连续生产。适合于大规模工业化连续生产的固态好氧发酵设备已成为苹果渣等固态大体积原料发酵生产的限制因素。

发明内容

本发明提供一种移动式侧向通气厚层发酵设备及其工艺。该新型好氧固态生物反应器适用于利用苹果渣发酵生产单细胞蛋白饲料、利用水稻小麦秸秆等农产品下脚料生产纤维素酶及其它类似产物的大规模固态发酵。

本新型生物反应器包括主体容器(1)、通气管(5)、移动装置(11)、主体容器下部的排料口(8)4部分组成。

①反应器主体容器(1)：为圆柱形罐体(或正方形箱体)，直径或边长1～1.5米，高2m，罐(箱)外壁上均匀分布直径2cm的通气孔(4)，孔间距4cm；罐(箱)上口加可打开的带孔桶盖(3)，下底面倾斜形成排料口(8)(说明书附图1)。

②通气管(5)：直径20cm，通气管(5)中心轴线与罐(箱)状反应器中心轴线重合(说明书附图1)。通气管壁上也均匀分布直径2cm通气孔，孔间距4cm，用于向料层侧向供氧、排出CO₂和散热；通气管顶部有一双层锥形通气阀门(2)，锥形通气阀门(2)的上层为通气阀门固定盘(10)，下层为通气阀门活动盘(9)，活动盘(9)由通气阀门(7)控制：旋转通气阀门(7)可以控制通气管上部通气阀门(2)的开放与关闭(说明书附图1)。

在发酵初期，需氧量少，打开通气阀门(2)，利用通气管(5)内空气的自然流动和通气管上的通气孔向反应器(1)内的固态发酵料层侧向扩散供氧、排出CO₂和散热，增加固态物料与空气的接触面积；在发酵旺盛的中期阶段，微生物大量生长繁殖，需氧量大，固态料层中供氧不足、CO₂含量过高及发酵料温急剧上升，单靠自然供氧不能满足微生物的需氧量和散热需要，故当料温大于28～30℃时，关闭通气阀门(2)，通入加压加湿净化空气，使通气管内加压空气通过管壁上的通气孔加速侧向通过料层，经罐体外壁气孔排出，达到强化侧向供氧、排出料层中CO₂及降低料温的目的。

③移动装置(11)：为带有4个滚轮(12)的反应器底座，反应器固定在该底座上(说明书附图2)。该装置沿固定轨道(13)运行，用于固态发酵反应器从高压蒸气灭菌柜向装料间、发酵间及烘干间移动

④出料口(8)：位于主体容器(1)的下方，用于发酵结束后发酵产物在重力作用下自动排出(说明书附图1)。

具体实施方式。

本新型生物反应器的应用实例1(大规模粗放式原料不灭菌发酵)：以果汁厂苹果渣为原料发酵生产单细胞蛋白饲料为例加以说明。

苹果榨汁前已经过水洗等多道工序，果面较为干净；果渣中有较多的野生酵母和可溶糖等营养物质；果渣pH呈弱酸性，对真菌生长有利。在实际生产中，可通过加大发酵剂用量控制杂菌生长，以实现用鲜果渣不经灭菌直接发酵、节省能源的目的。过程如下：

①果汁生产线上下来的果渣与发酵剂及其它配料在搅拌器中充分混匀，进入储料斗；

②移动式发酵罐(1)(箱)在牵引车拖动下停放在储料斗正下方，打开主体容器(1)的桶盖(3)；

③储料斗阀门打开，接入发酵剂的发酵原料从加料口徐徐落入移动式发酵罐(1)中，保持自然蓬松态。发酵原料装满时加上发酵罐桶盖(3)，打开通气管顶部通气阀门(2)，让空气沿通气管(5)流动，利于罐内发酵原料通过发酵罐(箱)内通气管上的气孔和罐(箱)外壁换气；

④装料结束后移动式发酵罐(箱)在牵引车作用下进入发酵车间控温控湿发酵。

发酵车间环境洁净，能调温调湿换气。发酵车间设有若干条通风管道，每条管道上设置多个出风口和开关，每个移动式发酵罐的通气管道下端进气口(6)可与发酵车间通气管道的出风口连接。发酵初期，打开通气阀门(2)，依靠发酵罐(箱)外璧和罐(箱)内通气管道(5)上的通气孔自然供氧换气；在发酵高峰期，关闭通气管的通气阀门(2)，将移动式发酵罐(箱)的通气管道(5)下端进气口(6)与发酵车间通气管的出风口连接，通过加压通风达到供氧、排除CO₂及降温的目的。发酵后期需氧量降低时可停止加压供氧，打开通气管道上端通气阀门(2)让空气自由流通，再次通过通气管道和发酵罐(箱)外壁上的气孔换气。

⑤发酵结束后，移动式发酵罐(箱)在牵引车作用下进入干燥车间。干燥车间的进料口位于发酵罐(箱)运行轨道的正下方，低于发酵罐(箱)底部1～2m。打开发酵罐(箱)底部的出料口(8)，罐(箱)内发酵产物在重力作用下落入干燥器进料口，经传送带送入干燥设备脱水干燥，然后进入下道工序。

本新型生物反应器的应用实例2(原料灭菌发酵)：以饲用纤维素酶粗酶制剂发酵为例加以说明。

①将小麦或稻草秸秆粉与麸皮等原料按特定比例混匀，120℃高温蒸汽处理30min，冷却后按比例加入发酵剂充分混匀，通过加料口徐徐加到已通过高温蒸汽灭菌的移动式发酵罐(箱)(1)中，保持自然蓬松度。

②装料结束后移动式发酵罐(箱)(1)在牵引车作用下进入发酵车间。保温发酵管理与苹果渣饲料相同。

③在发酵间培养至预定时间后，将发酵罐(箱)移至干燥车间打开出料口(8)自动出料。发酵产物经低温脱水粉碎装袋即为成品。纤维素酶发酵原料为疏松度很高的农作物秸秆粉碎物，自身通气性好，用该固态发酵罐(箱)效果好。

本新型生物反应器的主要优点：

1.节省生产空间：将传统的水平厚层曲池式固态发酵改为厚层侧向双面侧向通气固态发酵，该反应器高度为2m，生产场所的单位面积利用率高，可节省大量生产空间；

2.可移动，能够实现生产连续化：将固定式曲池改为移动式固态反应器后，多个反应器串联后通过牵引车在专用轨道上按一定速度运行，通过特定位置的装料口时装料(发酵原料与发酵剂混匀后在装料口装入该反应器)，然后通过专用轨道送入发酵间，发酵结束后再进入干燥间，以实现大规模连续生产。

3.节省场地和人力。不需人工装料、搅拌翻料，可利用重力自动出料，可节省人力及能源消耗。

4.可实现大规模生产。按每个反应器装料1.5吨计算，日处理300吨原料仅需200个反应器即可。按发酵周期2～3天计算，600～700个反应器即可满足日处理量为300吨果渣的流水线生产要求。

5.自然通气与强化通气结合，在保证通气量的情况下节省能源。发酵初期需氧量少，可利用反应器外壁和反应器中心通气管道上的通气孔自然供氧；在发酵中期，微生物大量生长繁殖，需氧量大，温度快速升高，CO₂大量产生，单靠自然供氧不能满足微生物的需氧量和散热需要，通过向反应器中心的通气管道中通入加湿净化空气加压换气，可使加压空气经过通气管上的气孔向料层侧向扩散，最终经反应器外壁上的通气孔排出，同时起到供氧、排出CO₂和降温的作用。

Claims (3)

1.一种用于大规模连续生产的移动式侧向通气厚层固态发酵罐或箱，其特征在于：该反应器由圆筒型罐或方形箱主体、罐或箱内的垂直圆形通气管道、移动装置及罐或箱底出料口4部分组成；该反应器的圆筒型罐或方形箱外壁和罐内通气管道上皆有均匀分布的圆形通气孔，从内、外两面向罐或箱内的固态发酵料层供氧、排出CO₂和散热；反应器可以沿特定轨道从灭菌间、加料车间移动到发酵车间及干燥车间；主要用于好氧微生物的大规模固态发酵工业化连续生产。

2.根据权利要求1所述的移动式侧向通气厚层固态发酵罐或箱，其特征在于反应器的罐或箱下底为斜面，形成位于罐或箱侧的排料口，供发酵结束时在重力作用下自动排放出固态发酵产物。

3.根据权利要求1所述的移动式侧向通气厚层固态发酵罐或箱，其特征在于罐或箱正中心沿罐或箱纵轴方向设一通气管道，通气管上端口设通气阀门，控制通气管的开关，通气管道顶端的通气阀门在发酵初期打开，使空气通过通气管道向反应器中的固态料层中侧向扩散，增加固态物料与空气的接触面积；发酵旺盛阶段固态料层中供氧不足、温度过高及CO₂含量过高时关闭通气管顶端的通气阀门，通过通气管道底部的进气口通入净化加湿的加压空气，使通气管内加压空气通过管壁上的气孔加速侧向通过料层，经罐体外壁气孔排出，达到强化供氧、降温及排出CO₂的目的。

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