[发明专利]基于组合搅拌的防贴壁发酵装置

说明书

针对现有技术中高粘度物料发酵装置所存在的问题，本发明提供了基于组合搅拌的防贴壁搅拌系统。所述防贴壁发酵装置包括罐体和设置在罐体内部的搅拌装置和防贴壁系统。所述搅拌装置包括搅拌轴和搅拌桨；所述搅拌桨为螺带式搅拌桨，所述螺带式搅拌桨通过连接杆与搅拌轴连接。所述防贴壁系统的传动杆和导轨均固定设置在罐体顶部。其中，所述传动杆的上端与传动齿轮固定连接，所述传动杆的下端设置双向螺纹，并通过双向螺纹与滑块相连接。所述滑块与导轨滑动连接，所述环状刮刀通过固定撑与滑块固定连接。所述防贴壁搅拌系统在提高发酵罐搅拌效率的同时，降低发酵过程中的剪切力和贴壁的影响，解决了丝状真菌为代表的高粘度物料发酵中传质效率低的问题。

技术领域

本发明属于发酵工程及设备技术领域，涉及一种发酵装置，具体涉及一种基于组合搅拌的防贴壁发酵装置。

背景技术

搅拌是生物发酵的重要步骤，在普通的搅拌生物反应器中，当固体含量高于10％时，就会出现混合、传质、传热及高能耗等方面的问题，导致最终原料转化率低，发酵产物浓度低等缺点。高粘度物料的发酵液通常呈现为糊状，粘稠度高，因此存在多处搅拌盲区，导致不同区域气液界面氧交换效果差别较大，发酵液的轴向运动与径向运动在搅拌区域内、外存在较大区别。基于此，采用现有发酵装置对高粘度物料发酵液进行搅拌，往往存在由于其对空气打碎、分散的能力显著降低，导致空气与发酵液的接触面积减小、发酵液中的溶解氧降低的问题。

其中，丝状真菌是产生抗生素、有机酸、酶、色素、激素等多种代谢产物的重要微生物，是工业发酵产品的主要贡献者之一；其发酵产品广泛应用于食品、医药、农业以及环保等许多领域。现有技术多采用发酵罐液体发酵。一方面，丝状真菌孢子萌发出菌丝及菌丝延长的过程中，在孢子聚集及搅拌桨叶的搅拌作用下菌丝会相互缠绕形成絮状的菌丝团；所述菌丝团会增加发酵液黏度，降低物质、氧气在发酵液中甚至菌体团内部的传递效率，影响发酵产物产量。另一方面，丝状真菌菌体极易粘附于发酵罐内壁上及罐内列管中，而且随着发酵时间的增长，菌体逐步沿发酵罐内壁向上蔓延，贴壁粘附的菌体越积越多，由于贴壁菌体汲取不到液体培养基中的营养，导致传质和供氧均受到较大影响，降低了产物的生产效率。

为了解决上述问题，目前一般采用提高动力条件的方法，包括提高搅拌强度，加大空气流量等。这类方法虽然能够一定程度上增加传质效率，缓解菌体贴壁积累的问题。但是往往导致能耗增高，提高了产品的生产成本，不适用于大规模推广；而且搅拌强度增强大大提高了发酵液中的剪切力，容易导致菌丝断裂，继而形成愈伤组织，导致产物积累受到影响。

发明内容

针对现有技术中高粘度物料发酵装置所存在的问题，本发明提供了基于组合搅拌的防贴壁搅拌系统。所述防贴壁搅拌系统在提高发酵罐搅拌效率的同时，降低发酵过程中的剪切力和贴壁的影响，解决了丝状真菌为代表的高粘度物料发酵中传质效率低的问题。

本发明的技术方案：

基于组合搅拌的防贴壁发酵装置，包括罐体和设置在罐体内部的搅拌装置和防贴壁系统。所述搅拌装置包括搅拌轴和搅拌桨；所述搅拌轴与驱动齿轮固定连接，所述驱动齿轮与所述传动齿轮啮合获取动力。所述搅拌桨为螺带式搅拌桨，所述螺带式搅拌桨通过连接杆与搅拌轴连接。所述连接杆的长度d₁为罐体半径R的0.5-0.8倍。所述螺带式搅拌桨的螺带宽度为5-8cm。所述螺带式搅拌桨的螺距d₂为螺带直径D的0.5-2倍；所述螺带式搅拌桨的转速为20-100rpm。缓慢旋转的螺带式搅拌桨，一方面通过在发酵液中上下翻动形成环流，使物料或发酵液充分混合；另一方面，将气体分布器中逸出的大气泡打散成小的气泡，与周围发酵液充分接触，从而提高了发酵液当中的溶解氧，大大增加生物量和产物的产率。此外，螺带式搅拌桨大大降低了剪切力，减少了菌丝体的断裂和愈伤组织的形成，有利于产物的积累。