一种有氧发酵系统及工艺的制作方法

文档序号:24240081发布日期:2021-03-12 13:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种有氧发酵系统,其特征在于,包括:

发酵罐,用以使用指定菌种对物料进行发酵,所述发酵罐包括:设置在下方,用以装载发酵原料和发酵菌种并为二者的发酵提供反应空间的全混流生化反应区以及设置在上方,用以对发酵后物料进行输送以及气液分离的平推流生化反应区;

分离罐,其与所述发酵罐相连,用以对所述发酵罐输出的物料进行分离,以生成气态菌种和发酵液;

微界面发生器,其设置在所述全混流生化反应区内的指定位置,将气体的压力能和/或液体的动能转变为气泡表面能并传递给无菌空气,使无菌空气破碎形成直径≥1μm、<1mm的微米级气泡以提高发酵原料与无菌空气间的传质面积,减小液膜厚度,降低传质阻力,并在破碎后将发酵原料与微米级气泡混合形成气液乳化物,以在预设操作条件范围内强化氧化原料与空气间反应效率;

回流管,其分别与所述发酵罐和分离罐相连,用以对发酵罐输出的物料进行预热并在预热后将物料回流至发酵罐或输出至分离罐。

2.根据权利要求1所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述微界面发生器包括:

第一微界面发生器,其为一气动式微界面发生器,所述第一微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区底部,用以将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡并在破碎完成后将微气泡输出至发酵罐、并与发酵罐内物料混合形成气液乳化物;

第二微界面发生器,其为液动式或气液联动式微界面发生器,所述第二微界面发生器设置在所述全混流生化反应区内并位于反应区顶部,用以接收所述回流管输出的物料,使用物料卷吸所述活塞流生化反应区内未充分使用的无菌空气并将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡,并将微气泡与物料混合形成气液乳化物以输出至全混流生化反应区以与所述第一微界面发生器输出的气液乳化物进行对冲,从而延长微气泡在全混流生化反应区内的停留时间。

3.根据权利要求1所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述发酵罐中全混流生化反应区包括:

格栅,其设置在所述发酵罐内部,用以过滤物料中的不可溶颗粒物;

ph调节液进料口,其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅上方,用以输送ph调节液以调节物料的ph值;

发酵原料进料口,其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述格栅下方,用以输送发酵原料;

发酵菌种进料口,其设置在所述发酵罐侧壁并位于所述发酵原料进料口下方,用以向发酵罐内部输送指定菌种并对发酵原料进行发酵;

第一气相进料管道,其设置在所述发酵罐侧壁并与所述微界面发生器相连,用以将无菌空气从侧面输送至所述发酵罐内的微界面发生器中;

残渣出口,其设置在所述发酵罐底部,用以将发酵后的残渣排出系统;

隔板,其设置于所述发酵罐内壁并位于所述格栅下方,用以阻挡所述发酵原料进口输出的发酵原料和所述发酵菌种进料口输出的细菌产生的波动。

4.根据权利要求1所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述平推流反应区包括:

排气管道,其设置在所述发酵罐顶端,用以在发酵罐中物料发酵完成后将尾气排出系统;

第二气相进料管道,其设置在所述发酵罐内,且所述第二进料管底端与所述第二微界面发生器相连,第二进料管顶端位于发酵罐内液面上方,用以将发酵罐顶部未使用的无菌空气卷吸至所述发酵罐内的微界面发生器中以使微界面发生器对无菌空气进行破碎;

出料口,其设置在所述发酵罐侧壁,用以将发酵完成的物料输出发酵罐;

回流进料管道,其设置在所述发酵罐侧壁,用以将所述回流管输出的部分物料输出至发酵罐内的微界面发生器。

5.根据权利要求1所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述回流管包括:

循环泵,其与所述发酵罐相连,用以输出发酵罐中发酵完成的物料;

换热器,其与所述循环泵相连,用以对循环泵输出的物料进行换热以使物料达到指定温度。

6.根据权利要求5所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述换热器的输出端设有分流管,所述分流管分别与所述发酵罐和所述分离罐相连,用以分别对物料进行回流以及将物料输出至分离罐。

7.根据权利要求1所述的有氧发酵系统,其特征在于,所述分离罐为一密封罐,包括:

进料口,其设置在所述分离罐顶端,用以将所述回流管输出的物料输送至分离罐内部;

排气口,其设置在所述分离罐顶端,用以输出气态菌种;

出料口,其设置在所述分离罐底端,用以输出分离后的发酵液并将发酵液输送至下一工段。

8.一种有氧发酵工艺,其特征在于,包括:

步骤1:通过所述发酵原料进料口将指定种类的发酵原料输送至所述发酵罐中的全混流生化反应区内,并通过所述发酵菌种进料口将指定种类的菌种输送至发酵罐内;

步骤2:通过所述第一气相进料管道向所述第一微界面发生器输送无菌空气,第一微界面发生器将无菌空气破碎成微米尺度的微气泡并将微气泡输出至所述发酵罐中的发酵原料中,通过微气泡与发酵原料充分混合以为细菌提供有氧环境;

步骤3:细菌与发酵原料在有氧环境下发生反应,发酵完成后,发酵罐将发酵后物料输送至所述平推流生化反应区,物料流经所述格栅,格栅会将物料中残渣滤除,滤除后残渣会沉降至发酵罐底部并通过所述残渣出口排出发酵罐;

步骤4:过滤后物料会在所述平推流生化反应区内沿指定方向流动,当物料流动至发酵罐顶部时,物料中的气体会通过排气管道输出发酵罐,物料会通过第一出料口输出至所述回流管;

步骤5:所述回流管将所述发酵罐中的物料抽出,并在预热后进行分流,将一部分预热后物料回流至所述第二微界面发生器以调节所述全混流生化反应区内的温度,并将另一部分输出至所述分离罐以进行分离;

步骤6:预热后物料在回流后通过回流进料管道进入所述第二微界面发生器,所述第二微界面发生器通过所述第二气相进料管道将发酵罐顶部未使用的无菌空气卷吸至第二位界面发生器,使用物料将无菌空气破碎形成微米尺度的微气泡并将微气泡与物料混合形成气液乳化物,形成气液乳化物后,第二微界面发生器将气液乳化物输出至所述全混流生化反应区以在重复使用物料的同时调节全混流生化反应区内的温度;

步骤7:预热后物料输出至所述分离罐后,分离罐会对物料进行气液分离,形成气态菌种和发酵液,分离后,气态菌种通过所述排气口排出分离罐,发酵液通过第二出料口排出分离罐并输送至下一工段。

9.根据权利要求8所述的有氧发酵工艺,其特征在于,在所述系统运行时,所述ph调节液进料口会输送ph调节液,用以调节所述发酵罐内物料的ph值。


技术总结
本发明涉及一种有氧发酵系统及工艺,包括:发酵罐,用以使用指定菌种对物料进行发酵、分离罐、至少两个微界面发生器和回流管。与传统方法相比,本发明通过破碎空气使其形成微米尺度的微气泡,使微气泡与原料混合形成气液乳化物,以增大气液两相的相界面积,并达到在较低预设操作条件范围内强化传质的效果;同时,微气泡能够与原料充分混合形成气液乳化物,通过将气液两相充分混合,能够保证系统中的细菌能够充分吸收物料中的氧气,从而防止副产物的生成,进一步提高了所述系统的发酵效率。

技术研发人员:张志炳;周政;张锋;李磊;孟为民;王宝荣;杨高东;罗华勋;杨国强;田洪舟
受保护的技术使用者:南京延长反应技术研究院有限公司
技术研发日:2019.09.11
技术公布日:2021.03.12
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