專利名稱：一種固態(tài)快速滅菌微生物反應器及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微生物反應、發(fā)酵技術，具體涉及固態(tài)微生物反應器。
背景技術：
微生物反應器分為固態(tài)反應器和液態(tài)反應器，固態(tài)物料的原料大都是農(nóng)副產(chǎn)品的下腳料以及牲畜的糞便等，如玉米棒、麩皮、秸桿、豬糞等，資源豐富，價格便宜，有利于資源的綜合利用。目前，使用最多的固態(tài)反應器是攪拌式固態(tài)反應器，攪拌式固態(tài)反應器在反 應罐中安裝攪拌裝置，將固態(tài)物料裝入反應罐中，攪拌裝置混合攪拌，按照要求加水及其他輔料。這種攪拌式固態(tài)反應器的缺陷是由于固態(tài)物料和液態(tài)物料的最大區(qū)別在于固體物料沒有流動性，因此，反應罐中即使有攪拌裝置，其降溫過程也較慢，物料中間部分的熱量無法傳遞出來，物料與冷媒的接觸比表面積很小，熱交換量小，影響其接種效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能迅速對固態(tài)物料進行加溫和冷卻的微生物反應器，同時提供該微生物反應器的控制方法。本發(fā)明一種固態(tài)快速滅菌微生物反應器采用的技術方案是主體部分是圓筒狀的罐體，罐體上部設置減速電機，減速電機的輸出軸從罐體頂部正中間伸入罐體內腔中且固定連接履帶式攪拌器，罐體頂壁上設有均與罐體內腔相通的排氣口、頂口、真空排氣口和接種口，在罐體內部，履帶式攪拌器的底部設置圓板狀的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置的四周與罐體的內壁固定連接，沿蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置的圓周方向布置有若干扇形通槽，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置上還設有一個與其下部的出料口相連通的通孔，通孔處設有出料控制閥；真空排氣口通過管道和真空控制閥連接抽真空裝置，抽真空裝置上設置真空泵和真空壓力表；在罐體內部的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置的下部是一個氣體腔，罐體的底壁上開有無菌空氣進口和蒸汽進口及出料口，無菌空氣進口和蒸汽進口與氣體腔相通，無菌空氣進口和蒸汽進口處設置進氣控制閥；罐體的內腔設置多個溫、濕度傳感器，控制器分別連接溫、濕度傳感器、抽真空裝置、減速電機及各個控制閥；所述履帶式攪拌器包括攪拌軸、槳葉和推料板，攪拌軸的頂端連接減速電機的輸出軸，攪拌軸的底部固定連接沿攪拌軸的圓周方向均勻布置的三塊推料板，推料板呈弧形，弧形的開口方向與攪拌軸的旋轉方向相反；推料板上部的攪拌軸上固定設置槳葉，槳葉沿攪拌軸的軸向螺旋式布置且與攪拌軸相交，自相交處至最遠處，槳葉的寬度沿徑向逐漸變寬。本發(fā)明的固態(tài)快速滅菌微生物反應器的控制方法采用的技術方案是具有如下步驟1)控制器控制進氣控制閥打開，蒸汽輸入氣體腔內，經(jīng)扇形通槽對罐體內向上發(fā)射，當罐體內壓力達到并保持在0. 11—0. 15Mpa時停止輸入蒸汽，維持30— 40分鐘；2)將混合好的固態(tài)物料加入罐體內，控制器控制抽真空裝置開啟，并開啟履帶式攪拌器，邊攪拌邊對罐體內抽真空7-8分鐘，當罐體內的真空度達到-0. 9Mpa -0. 8 Mpa時關閉抽真空裝置，然后再次通入蒸汽，當罐體內的真空壓力上升到+0. OSMpa時，打開抽真空裝置，直至固態(tài)物料的溫度達到121°c -126時，停止抽真空裝置和履帶式攪拌器，保溫45分鐘；3)打開排氣口，當罐體內的壓力降低至Opa時，啟動抽真空裝置、履帶式攪拌器，無菌空氣進口和蒸汽進口使無菌冷空氣進入罐體，使固態(tài)物料溫度降至40°C以下。
本發(fā)明全過程采用傳感技術及控制技術，罐體中的固態(tài)物料在攪拌的過種中通入蒸汽或冷空氣，底部采用蒸汽、冷空氣發(fā)射裝置，同時上部采用抽真空裝置，使蒸汽或冷空氣充分地穿透物料，能在30分鐘以內將物料由室溫25°C均勻提高到121°C以上，滅菌加熱時間整整縮短了 8. 5-9小時；并且能在30分鐘以內由121°C以上均勻降到可接種的250C -30°C溫度，冷卻時間縮短了 16小時；整個工作周期僅為2小時，比現(xiàn)有的反應器縮短了近10倍；節(jié)約了大量的能源，生產(chǎn)效率大大提高。


圖I是本發(fā)明的結構示意圖
圖2是圖I中蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的俯視 圖3是圖I中履帶式攪拌器5的主視 圖4是圖3中A-A向視圖
圖中1.無菌空氣進口和蒸汽進口 ；2.出料口 ；3.蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置；4.罐體；
5.履帶式攪拌器；6.溫度傳感器；7.控制器；8.抽真空裝置；9.減速電機；10.真空排氣口；11.接種口 ；12.頂口 ；13.氣體腔。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的主體部分是罐體4，罐體4為圓筒狀，在罐體4的上部設置減速電機9,減速電機9的輸出軸從罐體4頂部正中間伸入罐體4內腔中,減速電機9輸出軸的中心與罐體4的中心共線。在罐體4內腔中的減速電機9的輸出軸上固定連接履帶式攪拌器5。在罐體4的頂壁上開有均與罐體4內腔相通的排氣口(圖中未標出)、頂口 12、真空排氣口 10和接種口 11，在排氣口處設置排氣閥，頂口 12作為固態(tài)物料進口或作為觀察孔，真空排氣口 10通過管道和真空控制閥連接抽真空裝置8，抽真空裝置8上安裝真空泵和真空壓力表等。在罐體4內部，在履帶式攪拌器5的底部設置蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3為一圓板，其四周與罐體4的內壁緊密相連接。如圖2所示，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3上開有一個通孔3-1，在該通孔3-1處安裝了出料控制閥，通過管道與其下部的出料口 2相連通，罐體4內部的物料通過該通孔3-1以及出料口 2排出。在蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的其余部位開有扇形通槽3-2，扇形通槽3-2沿蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的圓周方向布置有若干個。在罐體4內部，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的下部是一個氣體腔13，在罐體4的底壁上開有無菌空氣進口和蒸汽進口 I以及出料口 2，無菌空氣進口和蒸汽進口 I處設置進氣控制閥，無菌空氣進口和蒸汽進口 I與氣體腔13相通，無菌空氣或蒸汽通過無菌空氣進口和蒸汽進口 I進入氣體腔13中，再經(jīng)蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3上的扇形通槽3-2呈發(fā)射狀向上向罐體4內部發(fā)射。
在罐體4的內腔多處設置多個溫、濕度傳感器6，溫、濕度傳感器6連接控制器7，控制器7還分別連接抽真空裝置8、減速電機9以及各個控制閥。如圖3-4所示，履帶式攪拌器5包括攪拌軸5-3、槳葉5_1和推料板5_2，攪拌軸5-3的頂端連接減速電機9的輸出軸，攪拌軸5-3的底部固定連接三塊推料板5-2，推料板5-2沿攪拌軸5-3的圓周方向均勻布置，并且推料板5-2呈弧形，推料板5-2弧形的開口方向與攪拌軸5-3的旋轉方向相反，這樣，攪拌軸5-3旋轉帶動槳葉5-1旋轉時，可使底部的物料被弧形的推料板5-2推至罐體4的側壁四周。在推料 板5-2上部的攪拌軸5-3上固定設置槳葉5-1，槳葉5-1沿攪拌軸5-3的軸向螺旋式布置，并且與攪拌軸5-3相交，自相交處至最遠處，槳葉5-1的寬度沿徑向逐漸變寬，即位于槳葉5-1與攪拌軸5-3相交處的槳葉5-1寬度最小，距離攪拌軸5-3最遠處的槳葉5-1的寬度最寬，槳葉5-1整體呈DNA單鏈型式結構。這樣，推料板5-2不僅能出料，還能將罐底部物料從中間向四周推動，協(xié)助槳葉5-1將物料進行翻動和攪動，槳葉5-1與物料接觸面成切線狀，物料在槳葉5-1的推動下，達到軸向整體攪拌的目的，而非徑向局部攪拌。對本發(fā)明微生物反應器進行控制操作時，控制器7先控制無菌空氣進口和蒸汽進口 I處的控制閥打開，將蒸汽從外部輸入氣體腔13內，蒸汽經(jīng)蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的扇形通槽3-2對著罐體4內向上發(fā)射，蒸汽從罐體4頂部的排氣口排出，調整罐體4頂部的排氣閥，使罐體4內壓力達到并保持0. 11—0. 15Mpa時停止，維持時間30—40分鐘，進行有效滅菌。將混合好的固態(tài)物料從頂口 12加入罐體4內，密封頂口 12，控制器7控制真空排氣口 10的控制閥打開，開啟抽真空裝置8，由罐體4上部抽真空，并開啟履帶式攪拌器5進行攪拌，邊攪拌邊對罐體4內抽真空7-8分鐘，當罐體4內的真空度達到-0. 9Mpa -0. 8Mpa時關閉抽真空裝置8以及控制真空排氣口 10的控制閥。通過蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3再次通入蒸汽，此時，履帶式攪拌器5繼續(xù)攪拌，蒸汽能穿透固體物料，使固體物料迅速加溫。當罐體4內的真空壓力上升到+0. 08Mpa時，打開抽真空裝置8對罐體4內抽真空，使罐體4內壓力控制在I. 5Mpa左右。直至罐體4內固態(tài)物料的溫度達到121-126°C時?？刂破?通過溫、濕度傳感器6檢測到固態(tài)物料的溫度達到121-126°C，控制器7控制抽真空裝置8以及履帶式攪拌器5停止，使罐體4內的固態(tài)物料處于保溫狀態(tài)，保溫時間控制在45分鐘。保溫時間到后，控制器7控制排氣口處的排氣閥打開，當壓力傳感器檢測到罐體4內的壓力降低至Opa時，此時打開無菌空氣進口和蒸汽進口 I，使無菌冷空氣進入罐體4，啟動履帶式攪拌器5攪拌，控制器7啟動抽真空裝置8，無菌冷空氣穿透固體物料，使固體物料迅速冷卻，固態(tài)物料溫度降至40°C以下，采取差壓接種方式通過接種口 11對固體物料進行接種。裝料系數(shù)為0. 6，履帶式攪拌器5的攪拌功率均為11KW，攪拌速度均為lOrpm，抽
真空裝置8的真空泵功率為4KW。出料前，由控制器7控制蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置3的通孔3-1處的控制閥打開，由通孔3-1經(jīng)出料口 12出料，此時，履帶式攪拌器5的攪拌轉速控制在2rpm左右即可。
權利要求
1.一種固態(tài)快速滅菌微生物反應器，主體部分是圓筒狀的罐體(4)，罐體(4)上部設置減速電機(9)，減速電機(9)的輸出軸從罐體(4)頂部正中間伸入罐體(4)內腔中且固定連接履帶式攪拌器(5)，罐體(4)頂壁上設有均與罐體(4)內腔相通的排氣口、頂口(12)、真空排氣口(10)和接種口(11)，其特征是在罐體(4)內部，履帶式攪拌器(5)的底部設置圓板狀的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置(3)，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置(3)的四周與罐體(4)的內壁固定連接，沿蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置(3)的圓周方向布置有若干扇形通槽(3-2)，蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置(3)上還設有一個與其下部的出料口(2)相連通的通孔(3-1)，通孔(3-1)處設有出料控制閥；真空排氣口( 10)通過管道和真空控制閥連接抽真空裝置(8)，抽真空裝置(8)上設置真空泵和真空壓力表；在罐體(4)內部的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置(3)的下部是一個氣體腔(13)，罐體(4)的底壁上開有無菌空氣進口和蒸汽進口(I)及出料口(2)，無菌空 氣進口和蒸汽進口( I)與氣體腔(13)相通，無菌空氣進口和蒸汽進口( I)處設置進氣控制閥；罐體(4)的內腔設置多個溫、濕度傳感器(6)，控制器(7)分別連接溫、濕度傳感器(6)、抽真空裝置(8)、減速電機(9)及各個控制閥；所述履帶式攪拌器(5)包括攪拌軸(5-3)、槳葉(5-1)和推料板(5-2 )，攪拌軸(5-3 )的頂端連接減速電機(9 )的輸出軸，攪拌軸(5-3 )的底部固定連接沿攪拌軸(5-3)的圓周方向均勻布置的三塊推料板(5-2)，推料板(5-2)呈弧形，弧形的開口方向與攪拌軸(5-3)的旋轉方向相反；推料板(5-2)上部的攪拌軸(5-3)上固定設置槳葉(5-1)，槳葉(5-1)沿攪拌軸(5-3)的軸向螺旋式布置且與攪拌軸(5-3)相交，自相交處至最遠處，槳葉(5-1)的寬度沿徑向逐漸變寬。
2.一種如權利要求I所述的固態(tài)快速滅菌微生物反應器的控制方法，其特征是具有如下步驟 1)控制器(7)控制進氣控制閥打開，蒸汽輸入氣體腔(13)內，經(jīng)扇形通槽(3-2)對罐體(4)內向上發(fā)射，當罐體(4)內壓力達到并保持在0. 11—0. 15Mpa時停止輸入蒸汽，維持30—40分鐘； 2)將混合好的固態(tài)物料加入罐體(4)內，控制器(7)控制抽真空裝置(8)開啟，并開啟履帶式攪拌器(5)，邊攪拌邊對罐體(4)內抽真空7-8分鐘，當罐體(4)內的真空度達到-0. 9Mpa -0. 8 Mpa時關閉抽真空裝置(8)，然后再次通入蒸汽，當罐體(4)內的真空壓力上升到+0. 08Mpa時，打開抽真空裝置(8)，直至固態(tài)物料的溫度達到121°C -126時，停止抽真空裝置(8)和履帶式攪拌器(5)，保溫45分鐘； · 3 )打開排氣口，當罐體(4 )內的壓力降低至Opa時，啟動抽真空裝置(8 )、履帶式攪拌器(5)，無菌空氣進口和蒸汽進口(I)使無菌冷空氣進入罐體(4)，使固態(tài)物料溫度降至40°C以下。
全文摘要
本發(fā)明公開一種固態(tài)快速滅菌微生物反應器及其控制方法，在罐體內部履帶式攪拌器的底部設置圓板狀的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置，真空排氣口通過管道和真空控制閥連接抽真空裝置，在罐體內部的蒸汽和冷空氣發(fā)射裝置的下部是一個氣體腔，罐體的底壁上開有與氣體腔相通的無菌空氣進口和蒸汽進口，固態(tài)物料在攪拌的過種中通入蒸汽或冷空氣，底部采用蒸汽、冷空氣發(fā)射裝置，同時上部采用抽真空裝置，使蒸汽或冷空氣充分地穿透物料，能在30分鐘以內將物料由室溫25℃均勻提高到121℃以上，并且能在30分鐘以內由121℃以上均勻降到25℃-30℃溫度，節(jié)約了大量的能源，生產(chǎn)效率大大提高。
文檔編號C12M1/34GK102634454SQ201210127278
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權日2012年4月27日
發(fā)明者吳伊光, 張立平, 李國 , 李紅兵, 魏燕舞 申請人:鎮(zhèn)江江工生物工程成套設備有限公司