[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的裝置與方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010113576.0
• 申請日: 2010-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN101798562A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳洪章;彭小偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;C12M1/38;C12M1/107;C12M1/04;C12P5/02;C12P7/18
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于發(fā)酵領(lǐng)域，特別涉及一種強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的裝置和方法。?

技術(shù)背景

固態(tài)發(fā)酵作為一種古老的發(fā)酵方式已經(jīng)有了幾千年的歷史，在公元前2600年，人們就開始采用固態(tài)發(fā)酵的方式來生產(chǎn)面包，就是在近幾個(gè)世紀(jì)，固態(tài)發(fā)酵在豆豉、腐乳、醬醋等的生產(chǎn)以及青貯和堆肥等方面還有著廣泛的應(yīng)用，可是近年來由于大規(guī)模深層液態(tài)發(fā)酵技術(shù)的廣泛應(yīng)用和巨大成功，固態(tài)發(fā)酵幾乎被完全忽視了。在最近的15～20年里。由于固態(tài)發(fā)酵自身的特點(diǎn)以及液體深層發(fā)酵所不具有的優(yōu)勢而重新受到人們的重視，在工農(nóng)業(yè)廢棄物處理、酶的生產(chǎn)、沼氣、乙醇、丁醇、有機(jī)酸生產(chǎn)以及真菌代謝物或真菌孢子的生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用。固態(tài)發(fā)酵與液態(tài)發(fā)酵相比，具有很多的優(yōu)勢和特點(diǎn)：1)成本低廉，發(fā)酵底物來源廣泛；2)有些發(fā)酵產(chǎn)品只有在固態(tài)發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生，或者在固態(tài)和液態(tài)條件下都產(chǎn)生，但在固態(tài)發(fā)酵條件更有利于發(fā)酵生成產(chǎn)品；3)通過固態(tài)發(fā)酵處理農(nóng)業(yè)廢棄物和城市生活垃圾，有利于保護(hù)環(huán)境，減少有機(jī)固體的排放，同時(shí)可以生產(chǎn)生物能源和生物基化學(xué)品，如乙醇、沼氣、丁二酸、2，3-丁二醇、有機(jī)肥等；4)無“三廢”排放；5)能耗低，投資少。?

但是固態(tài)發(fā)酵也有它的天然缺陷：固態(tài)物料不利于傳質(zhì)、傳熱，且發(fā)酵過程攪拌困難或不宜攪拌，造成發(fā)酵過程難以控制、發(fā)酵效率低、周期長、產(chǎn)品不穩(wěn)定。人們試圖開發(fā)各種固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器來強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱，取得了一定的效果，有的甚至已應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化，如我們開發(fā)了氣相雙動(dòng)態(tài)固態(tài)發(fā)酵方法及其發(fā)酵裝置(專利號(hào)：02100176.6)，將物料置入壓力脈動(dòng)及循環(huán)流動(dòng)空氣的雙動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，這種氣相雙動(dòng)態(tài)技術(shù)和裝置引起三重效應(yīng)：(1)加速微生物新陳代謝，(2)加速營養(yǎng)物與代謝產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)外的傳遞，(3)固態(tài)培養(yǎng)基堆積層內(nèi)顆粒間空隙中氣相與反應(yīng)器內(nèi)氣相主體間的傳質(zhì)與傳熱方式將由分子擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)流擴(kuò)散，該反應(yīng)裝置已經(jīng)100立方米的工業(yè)規(guī)模，應(yīng)用于生物農(nóng)藥和纖?維素酶固態(tài)發(fā)酵，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。但該氣相雙動(dòng)態(tài)以過濾的無菌空氣為流動(dòng)相，對(duì)于厭氧固態(tài)發(fā)酵并不適應(yīng)。吉林大學(xué)佟金、侯哲生也開發(fā)了一種發(fā)酵罐(專利號(hào)200610017078.X)通過貼有壓電片的彈簧組固定連接的柔性壁蠕動(dòng)來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)，這種發(fā)酵罐雖然可以使其中的物料產(chǎn)生位移，但難以放大，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)散出，很難應(yīng)用于工業(yè)化。?

本發(fā)明的特點(diǎn)分析?

本發(fā)明一方面利用固態(tài)發(fā)酵罐內(nèi)壁底部和側(cè)面的氣囊周期鼓動(dòng)，使罐內(nèi)固態(tài)物料產(chǎn)生蠕動(dòng)，不產(chǎn)生剪切力的條件下，達(dá)到攪拌效果，氣囊內(nèi)可以沖水以控制發(fā)酵溫度；另一方面氣體在儲(chǔ)氣罐與發(fā)酵罐中通過空壓機(jī)形成閉路循環(huán)，強(qiáng)化反應(yīng)的傳熱傳質(zhì)，循環(huán)氣體可以是無菌二氧化碳、氮?dú)狻⒄託獾葢?yīng)用于厭氧固態(tài)發(fā)酵，生產(chǎn)乙醇、丁醇、沼氣、丁二酸、2，3-丁二醇等厭氧發(fā)酵產(chǎn)品，循環(huán)氣體也可以是無菌空氣應(yīng)用于好氧固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)微生物油脂、酶制劑、生物農(nóng)藥等。?

發(fā)明內(nèi)容

【本發(fā)明的目的】?

本發(fā)明的目的是針對(duì)固態(tài)發(fā)酵傳熱、傳質(zhì)困難，攪拌能耗高以及強(qiáng)攪拌影響微生物生長的難題，提供一種采用氣囊鼓動(dòng)與氣體循環(huán)流動(dòng)強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵傳熱、傳質(zhì)，強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的方法。?

【技術(shù)方案】?

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：?

一種強(qiáng)化固態(tài)發(fā)酵的裝置和方法，裝置由發(fā)酵罐1、一級(jí)儲(chǔ)氣罐10、二級(jí)儲(chǔ)氣罐101、空壓機(jī)11組成，發(fā)酵罐1是本裝置的核心部件，由罐體、側(cè)壁氣囊2、底部氣囊3、側(cè)壁氣囊進(jìn)氣閥8、側(cè)壁氣囊排氣閥81、側(cè)壁氣囊進(jìn)水閥82、側(cè)壁氣囊排水閥83、底部氣囊進(jìn)氣閥4、底部氣囊排氣閥41、底部氣囊進(jìn)水閥42、底部氣囊排水閥43、罐體進(jìn)氣閥9、排氣閥6、進(jìn)料口5、出料口7和溫控系統(tǒng)組成。?