多级不锈钢发酵设备是生物工程、制药、食品酿造等多个领域中重要的关键装备。以下是对多级不锈钢发酵设备的详细介绍:
一、结构组成
多级不锈钢发酵设备的结构通常包括以下几个关键部件:
1、罐体:多级不锈钢发酵设备的主体部分,通常由优质不锈钢(如304不锈钢或复合不锈钢板)制成,以满足耐腐蚀和清洁的要求。罐体形状多为圆柱体,顶部和底部可能采用椭圆形或碟形封头进行焊接,以增强结构的稳固性。罐体需具备良好的密封性,以防止菌体被污染,同时需耐受一定的温度和压力。
2、搅拌器:通常位于罐体内部,通过电机驱动进行旋转。搅拌器的主要作用是打碎气泡、加速和提高溶氧,以及促进养分和热量的传递。搅拌器的设计需考虑搅拌效果、能耗和对菌体的影响。
3、挡板:安装在罐体内部,用于防止液面中央形成旋涡,从而增强其湍流和溶氧传质效果。
4、空气分布装置(如Sparger):位于罐体底部,用于吹入无菌空气,并确保空气在发酵液中均匀分布。这对于好气型发酵尤为重要,因为需要向罐中连续通入大量无菌空气以支持菌体的生长。
5、换热装置(如夹套或蛇形管):用于冷却蒸汽灭菌后的培养基和发酵过程中产生的热量,以维持发酵液在适宜的温度范围内。换热装置的选择需根据发酵罐的体积和冷却要求来确定。
6、轴封:用于密封罐顶或罐底与搅拌轴之间的缝隙,防止泄露和污染杂菌。
7、传动装置:用于将电机的动力传递给搅拌器,驱动其进行旋转。
8、控制系统:用于监测和控制发酵过程中的各项参数(如温度、pH值、溶氧量等)。控制系统包括传感器(如pH电极、DO电极等)、控制器和执行机构等部分。
此外,多级不锈钢发酵设备还可能配备有消泡装置(如耙式消泡器)、取样口、接种口、无菌呼吸气孔等附加装置,以满足特定的发酵需求。
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二、工作原理
1、溶氧控制:通过搅拌桨的搅拌作用,将空气分散成微小气泡,使其均匀地分布在发酵液中,增加气液接触面积,从而提高氧气的溶解速度和传质效率。通过调节搅拌速度、通气量和罐压等参数,可以控制发酵液中的溶氧水平,满足微生物生长和代谢的需求。
2、温度控制:多级不锈钢发酵设备通常配备有夹套或盘管等换热装置,通过通入冷水或热水来调节发酵液的温度。温度传感器实时监测发酵液的温度,并将信号反馈给温度控制系统。当温度偏离设定值时,控制系统会自动调节换热介质的流量和温度,使发酵液的温度保持在设定范围内。
3、pH值控制:在发酵过程中,微生物的代谢活动会导致发酵液的pH值发生变化。多级不锈钢发酵设备通常配备有pH传感器和酸碱添加装置,用于实时监测和调节发酵液的pH值。当发酵液的pH值偏离设定范围时,控制系统会自动启动酸碱添加泵,向发酵液中添加适量的酸或碱,使pH值恢复到设定值,以保证微生物的正常生长和代谢以及产物的合成。
4、压力控制:在发酵过程中,罐内会产生一定的压力,主要由通入的气体和发酵产生的气体引起。通过调节排气阀的开度,可以控制罐内的压力。
三、优点
1、材质优良:不锈钢材料确保了设备的耐腐蚀性和耐高温性,适合各种发酵环境。
2、易于清洁:采用先进抛光工艺处理,消毒、灭菌无死角,保证了产品的卫生质量。
3、便于维护:活动密闭组合连接设计,使得设备的清洗、安装、拆卸、运输和维护更加方便。
4、连续生产:设备连接口设计合理,能够实现连续扩大生产,提高生产效率。
5、稳定高效:接种过程不会发生菌液、菌球分离现象,菌球密度均匀一致,确保生产如数完成,且操作污染少,成功率高。
四、应用领域
1、食品与饮料:在酿酒、酸奶、酱油、醋等传统发酵食品的生产中广泛应用。不锈钢材料能够确保食品在发酵过程中不受到外界污染,保持纯净的品质。同时,其高效传热性能能够确保发酵过程中的温度控制,提高产品的口感和品质。
2、医药:用于生产各种生物药品和疫苗。其优质材料和严格生产工艺能够确保生产环境的洁净度,避免交叉污染。此外,发酵罐的自动化控制系统能够精确控制发酵过程中的各项参数,确保产品的稳定性和有效性。
3、农业:用于生产生物肥料和生物农药。通过生物发酵技术,将有机废弃物转化为富含微生物和营养物质的生物肥料,提高废弃物的利用率,促进农作物的生长。同时,生物农药具有低毒、高效、环保的特点,能够减少化学农药的使用,保护生态环境。
4、能源:在生物沼气领域,能够高效地将有机废弃物转化为清洁能源——沼气,实现废弃物的资源化利用。此外,还可用于生产生物柴油、生物乙醇等新型生物能源,为能源的可持续发展提供有力支持。