《制药设备与工艺设计》发酵设备课件(PPT 34页)

1、13.2 发酵设备第1页，共34页。23.2 发酵设备发酵的操作过程发酵罐的设计要求常用发酵罐机械搅拌式发酵罐自吸式发酵罐气升式发酵罐塔式发酵罐第2页，共34页。3什么是发酵生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵微生物生理学：有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为“发酵”发酵的菌种微生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体第3页，共34页。4什么是酵母一种单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌有氧气的环境中，酵母菌将葡萄糖转化为水和二氧化碳无氧的条件下，将葡萄糖分解为二氧化碳

2、和酒精C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (放出能量:118 kJ/mol) 酿酒过程中，乙醇被保留下来烤面包或蒸馒头的过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发第4页，共34页。5发酵罐的操作和设计要求气-液接触浓度的在线检测混合传热泡沫控制营养物或控制pH用的试剂的加入结构可靠良好的气液接触和液固混合性能减少机械搅拌和通气所消耗的动力良好的传热性能设置有效的消泡沫装置必要和可靠的监测及控制仪表第5页，共34页。6间歇发酵罐第6页，共34页。7发酵罐的设计要求第7页，共34页。8发酵罐型式按搅拌和通气的能量输入方式可分为机械搅拌式外部液体循环式空气喷射提升式第8页，共

3、34页。9机械搅拌式第9页，共34页。10外部液体循环式第10页，共34页。11空气喷射提升式第11页，共34页。12常用发酵罐机械搅拌式发酵罐自吸式发酵罐气升式发酵罐塔式发酵罐第12页，共34页。13机械搅拌式发酵罐机械搅拌压缩空气通气装置第13页，共34页。14机械搅拌式发酵罐主要组成部件罐体-1搅拌装置-2传热装置-4通气装置-7传动机构-6第14页，共34页。15罐体组成 圆筒形筒身上下两个椭圆形封头几何尺寸比例H/D=1.73；d/D=1/21/3W/D=1/81/12；B/D=0.81s/d=1.52.5 (2); s/d=12 (3)发酵罐的公称容积V0为筒身部分容积Vc和底封头

4、容积Vb之和，即V0=Vc+Vb实际装料量 V=0V0;0是装料系数，0.70.8 V= （0.70.8）V0第15页，共34页。16罐体接管和接口 冷却水、给排气、取样、放料、接种、消泡剂、酸、碱等工艺接管视镜、仪表等接口材料 不锈钢钢板或复合不锈钢板以保证罐内培养液清洁和壁面光滑 压力容器用钢强度 能承受灭菌蒸汽的压力和温度第16页，共34页。17搅拌装置采用圆盘涡轮式搅拌器配置2-3个搅拌器 有利于液体本身的混合及气液和液固之间的混合改善传质和传热有助于氧的溶解第17页，共34页。18通气装置将无菌空气导入罐内的装置单孔管单孔管的出口位置正下方开口向下第18页，共34页。19传热装置发酵

5、过程中发酵液产生热量最适宜培养温度冷却水导出部分热量发酵罐的传热装置有夹套和蛇管第19页，共34页。20机械消末装置发酵过程中，由于发酵液中含有大量蛋白质等发泡物质，在强烈的通气搅拌下将产生大量泡沫消除发酵液泡沫 消泡剂(天然油脂、聚醚类、硅类、高碳醇)机械消泡装置第20页，共34页。21耙式消泡桨消泡桨安装于搅拌轴上，与轴同转，齿面略高于液面，消泡桨直径约为罐径的0.80.9当少量泡沫上升时，如果泡沫的机械强度较小，耙齿可把泡沫打碎。第21页，共34页。22封闭式涡轮消泡桨尺寸消沫器直径约为罐径的1/2安装涡轮消沫器直接安装于搅拌轴上，由于搅拌轴转速太低效果不佳下伸轴发酵罐，罐顶安装，涡轮轴

6、高速旋转工作过程泡沫直接被涡轮打碎，或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎第22页，共34页。23自吸式发酵罐不需空气压缩机自吸入空气的生物反应器第23页，共34页。24自吸式发酵罐的形式形式叶轮和导轮自吸入式发酵罐喷射自吸式反应器文丘里管反应器共同特点:利用特殊转子或喷射器或文丘里管所形成的负压，将空气从外界吸入第24页，共34页。25文氏管的原理文氏管的原理把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区。当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用 第25页，共34页。26自吸式发酵罐的优点节约了空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐等设备，减少占地

7、面积可减少发酵设备投资约30%左右发酵总动力消耗比通用式低第26页，共34页。27自吸式发酵罐的缺点必须采用高效率、低阻力的空气除菌装置用于无菌要求较低的醋酸和酵母的发酵生产中不适用于对剪切作用敏感的微生物的发酵第27页，共34页。28气升式发酵罐第28页，共34页。29工作原理利用空气喷嘴喷出250300m/s高速的空气，空气以气泡形式分散于液体中，使平均密度下降；在不通气一侧，因液体密度较大，与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液体的环流喷嘴第29页，共34页。30类型第30页，共34页。31气升式发酵罐的特点能耗低、液体中的剪切作用小、结构简单氧传递能力比机械搅拌发酵罐高不适于高黏度或含大量固体的培养液第31页，共34页。32塔式发酵罐利用通入培养液中的空气泡的上升，从而带动液体运动，产生混合效果，并供给微生物生长繁殖所需要的氧第32页，共34页。33高位筛板塔式发酵罐结构高度与直径比约为7左右罐内装有若干块筛板1工作原理进料压缩空气由罐