第四章 发酵设备

第四章生物反应器生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一大型发酵罐搅拌装置机械搅拌生物反应器动物细胞反应器固体生物反应器酱油发酵池李锦记集团酱油发酵池厌氧发酵罐一个优良的培养装置应具有：严密的结构良好的液体混合性能高的传质和传热速率灵敏的检测和控制仪表根据反应是否需要氧气为基准微生物反应器可分为:需氧微生物反应器（通气发酵罐）厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）酒精发酵罐酵母将糖转化为酒精高转化率条件(1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件(2)一定的生化反应时间(3)及时移走在生化反应过程中将释放的生物热厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）酒精发酵罐的结构要求满足工艺要求，有利于发酵物的排出从结构上有利于发酵液的排出有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。酒精发酵罐筒体结构为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口；罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。啤酒发酵设备

厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）§1.通气搅拌罐通气搅拌罐有下列优点：⑴pH和温度容易控制⑵尺寸放大的方法大致已确定⑶适用于CSTR等。通气搅拌罐的缺点：⑴搅拌功率消耗大⑵因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染。此外，虽装有无菌密封装置，但在轴承处还会发生杂菌污染。⑶培养丝状菌时，常用搅拌桨叶的剪切力致使菌丝易被切断，细胞易受损伤。一、机械搅拌发酵罐搅拌的作用：①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持的空气数量增加，实际上是增加了传质量。②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比表面积。③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加了传氧速率。1．

发酵罐的基本条件①

发酵罐应具有适宜的高径比（一般高度与直径之比为1.7～4倍）②

发酵罐能承受一定的压力：③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。④发酵罐应具有足够的冷却面积。这是因为微生物生长代谢过程放出大量的热量必须通过冷却来调节不同发酵阶段所需的温度。⑤发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底。⑥

搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。标准发酵罐的几何尺寸

H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)2=1.5~2.5(s/d)3=1~2

2、发酵罐的部分部件①搅拌器和挡板搅拌器分平叶式、弯叶式、箭叶式三种，国外多用平叶，我国多用弯叶。其作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。挡板的作用：改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。全挡板条件是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。达到全挡板条件的要求，须满足：

②消泡器消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10～20mm。③空气分布装置单管式分布装置：管口正对罐底中央，与罐底的距离约40mm，这样的空气分散效果较好。环形管的分布装置：以环径为搅拌器直径的0.8倍较有效，喷孔直径为φ5～8mm，喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。空气流速取：20m/s④轴封

填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：①死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和灭菌②轴的磨损较严重③填料压紧后摩擦功率消耗大④寿命短端面式轴封又叫机械轴封。优点：①清洁②密封可靠，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏③无死角，可以防止杂菌污染④使用寿命长，质量好的可用2～5年不需维修。⑤摩擦功率耗损小，一般为填料函式的10～50％。⑥轴或轴套不受磨损⑦它对轴的精度和光洁度没有填料函那么要求严格，对轴的震动敏感性小。二、自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。应用：医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、力复霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。

文氏管发酵罐工作原理：用泵将发酵液压入文氏管中，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体混合，增加发酵液中的溶解氧。自吸式发酵罐优点：①

节约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、总过滤器设备，减少厂房占地面积。②

减少工厂发酵设备投资约30％左右。③

设备便于自动化、连续化，降低老定强度，减少劳动力。④

设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。工作原理：自吸式发酵罐的构件主要使自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子。转子由罐底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。在转子启动前，先用液体将转子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，若转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大，则流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也愈大，排出的风量也越大。当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此大气的空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮周围形成强烈的混合流（湍流），使刚离开叶轮的空气立即在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合，翻腾，扩散到整个罐中，因此自吸式充气装置