[發(fā)明專利]用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器及酵母連續(xù)發(fā)酵方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310596551.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103614293A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設計）人: 洪厚勝;蔡子金;李軍慶;張志強;張慶文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京匯科生物工程設備有限公司
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/04;C12M1/02;C12N1/16
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 郭百濤;周海斌

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器，以及采用該反應器的高密度酵母連續(xù)發(fā)酵方法，屬于生物發(fā)酵工程技術(shù)領域。

背景技術(shù)

酵母是一種單細胞真菌，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素，同時還含有豐富的酶系及多種高附加值的生理活性物質(zhì)，例如，可用于生化藥物和生化試劑的輔酶A、輔酶I、輔酶Q、卵磷脂、核糖核酸等。

目前用于生產(chǎn)酵母的設備主要有鼓泡式發(fā)酵罐、機械攪拌式發(fā)酵罐以及自吸式發(fā)酵罐。這些發(fā)酵罐分別存在以下缺點：鼓泡式發(fā)酵罐能耗較高，生產(chǎn)效率不高；機械攪拌式設備成本高，能耗利用率較差，生產(chǎn)效率不佳；自吸式發(fā)酵罐底部的吸氣結(jié)構(gòu)復雜，較難維修及清洗，容易染菌。

氣升式反應器在目前所有反應器中結(jié)構(gòu)較簡單且效率較高，此類反應器分為兩類：一類是氣升式內(nèi)環(huán)流反應器，另一類是氣升式外環(huán)流反應器。其中，氣升式內(nèi)環(huán)流反應器的溶氧傳質(zhì)效率較高，傳熱性能較好，能耗利用率較高。

氣升式內(nèi)環(huán)流反應器是由鼓泡塔改進而來的氣-液、氣-液-固多相流反應器。該反應器以空氣為推動力來實現(xiàn)流體循環(huán)流動，不需要機械攪拌和泵來提供推動力，具有結(jié)構(gòu)簡單、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等特點，廣泛應用于生物、化工及環(huán)境等工業(yè)領域。

氣升式內(nèi)環(huán)流反應器在鼓泡塔的基礎上添加了內(nèi)導流筒，其工作原理是通過噴嘴或噴孔將無菌空氣噴射進發(fā)酵液中，通過高度湍流的氣液混合作用使空氣泡充分破碎，由于液體中混合了大量氣泡使其密度降低而向上運動，同時氣液相間存在速度差，較高速的氣泡帶動液體向上運動，到達頂部液面后，部分氣體離開液體，另一部分小氣泡與液體一起經(jīng)反應器的下降管作下沉運動，形成循環(huán)流動。這一過程中由于氣液相間的速度差，強化了氣液傳質(zhì)，實現(xiàn)混合和溶氧傳質(zhì)的雙重作用。

在間歇式發(fā)酵時，微生物在同一罐內(nèi)完成4個培養(yǎng)階段，最前和最后兩個階段屬于非旺盛生長，生長時間較長，而每完成一批發(fā)酵后需要清洗、滅菌以及培養(yǎng)基準備等工作才能繼續(xù)下一批發(fā)酵，因此間歇式發(fā)酵存在發(fā)酵周期長，設備利用率低下等問題。與之相比，連續(xù)發(fā)酵是一種能夠高效率生產(chǎn)并保持產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量穩(wěn)定的發(fā)酵方式，具有發(fā)酵周期短，設備利用率高，節(jié)約勞動力和能耗等特點。

然而，據(jù)申請人所知，目前還沒有用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器，可滿足高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的要求。此外，還提供采用該反應器的高密度酵母連續(xù)發(fā)酵方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器，包括具有進氣口、進料口和出料口且縱向布置的罐體，所述罐體內(nèi)設有導流筒；其特征是，所述罐體進氣口、進料口分別與氣液分布器連通，所述氣液分布器位于罐體底部；所述罐體周向外側(cè)設有一組上下排布的外盤冷卻管，相鄰外盤冷卻管的覆蓋區(qū)域彼此相接或重疊，所述各外盤冷卻管分別具有外盤管冷卻水進口和外盤管冷卻水出口；所述導流筒周向外側(cè)設有一組上下排布的冷卻夾套，相鄰冷卻夾套的覆蓋區(qū)域彼此相接或重疊，所述各冷卻夾套分別具有伸出罐體的夾套冷卻水進口和夾套冷卻水出口；所述導流筒內(nèi)還設有內(nèi)盤冷卻管，所述內(nèi)盤冷卻管覆蓋區(qū)域的上緣和下緣分別平齊于或超出導流筒的上端和下端，所述內(nèi)盤冷卻管具有伸出罐體的內(nèi)盤管冷卻水進口和內(nèi)盤管冷卻水出口。

申請人經(jīng)深入實踐研究發(fā)現(xiàn)，上述結(jié)構(gòu)的氣升式內(nèi)環(huán)流反應器采用內(nèi)外三層換熱結(jié)構(gòu)及多層次進出水方式，可穩(wěn)定控制反應器內(nèi)發(fā)酵液溫度，并使反應器上下區(qū)域及不同流動區(qū)域的溫度分布保持均勻；此外，該反應器可獲得較高的氣液循環(huán)速度，氣含率適度，且冷模實驗測得溶氧傳質(zhì)速率較攪拌式和自吸式發(fā)酵罐高，反應器內(nèi)各個區(qū)域的傳質(zhì)系數(shù)基本恒定。這樣才使得本發(fā)明反應器可用于高密度酵母連續(xù)發(fā)酵，并獲得良好地發(fā)酵效果。

本發(fā)明反應器進一步完善的技術(shù)方案如下：

優(yōu)選地，所述各外盤管冷卻水進口位于對應外盤冷卻管的下部，所述各外盤管冷卻水出口位于對應外盤冷卻管的上部；所述各夾套冷卻水進口位于對應冷卻夾套的下部，所述各夾套冷卻水出口位于對應冷卻夾套的上部；所述內(nèi)盤管冷卻水進口和內(nèi)盤管冷卻水出口位置平齊、且高于導流筒上緣，所述內(nèi)盤冷卻管還包括直線管道和螺旋管道，所述內(nèi)盤管冷卻水進口與直線管道一端連通，所述直線管道另一端延伸至罐體底部并與螺旋管道下端連通，所述螺旋管道上端與內(nèi)盤管冷卻水出口連通。更優(yōu)選地，所述外盤冷卻管和冷卻夾套數(shù)量相同且一一對應，各對應的外盤冷卻管和冷卻夾套上下邊緣分別平齊。