1通风发酵设备

10发酵设备FermentationEquipment什么是发酵设备？包括那些设备？在发酵过程中具有什么用途和意义？种子制备设备主发酵设备过程掌握设备关心设备〔无菌空气和培育基制备〕发酵液预处理设备产品提取与精巧设备废物回收处理设备大影响。生物反响器设计的目标和原则生物反响器应具备的条件更快更好地生长，并得到更多需要的生物量或代谢产物。严密的构造良好的液体混合性能高的传质和传热速率灵敏的检测和掌握仪表器受到的外压略大于内压时，要防止液体和空气从反响器外流入器内。推断标准效率。生物反响器设计的重要方面能是设计的一个重要因素。改善生物催化剂；好的过程掌握；好的无菌条件；抑制速度限制因素〔物质、热量、质量传递〕等。设计原则在培育系统的已灭菌局部与未灭菌局部之间不能直接连通；污染；的固体物质的场所；易于修理；反响器可保持小的正压。生物反响器开发的趋势和将来方向开发活性高、选择性好及寿命长的生物催化剂细胞的固定化技术改进生物反响器的传质、传热的方法动化检测和掌握系统掌握使反响器在最正确条件下操作成为可能植物细胞培育的工业反响器，固体发酵反响器、边发酵边分别反响器等的开发研制已获得广泛重视降低设备投资方面，对连续过程更加重视。连续生物反响器的主要问题是产物浓度低。随着生物催化剂比活力的提高，这个问题将得到弥补。为了抑制发酵生物反响器的分类按所用的生物催化剂的不同分：酶催化反响器和细胞生物反响器式生物反响器按反响器构造特征分：釜式、管式、塔式、膜式等按能量的输入方式分：括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。包括循环式的气提式、液提式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反响器等按生物催化剂在反响器中的分布方式分：生物团块反响器、生物膜反响器生物膜反响器〔MBR反响器。这是一类仅适合于生化反响的反响器。等多种型式的生物反响器填充床型反响器(PBR)：把催化剂填充在固定床〔填充床〕中的反响器叫做固定床型反响器。这是使用最广泛的固定化酶反响器，单位体积催化剂负荷量高、构造简洁、简洁放大、剪切力小、催化效率高。流化床型反响器(FBR)：装有较小颗粒的垂直塔式反响器。底物以肯定流物、压降较小等优点，也很适于需排气供气的反响。按反响物系在反响器内的流淌和混合状态分：全混流型生物反响器、活塞流型生物反响器〔通气发酵罐〕和厌氧微生物反响器〔嫌气发酵罐。微生物反响器依据反响是否需要氧气为基准，微生物反响器可分为需氧微生物反响器〔通气发酵罐〕和厌氧微生物反响器〔嫌气发酵罐。厌氧微生物反响器，除了必需具pH掌握便利，那么，这种反响器的设计和操作还是比较简洁的。对于设计需氧微生物反响器，除了考虑应付杂菌污染和温度、pH简洁掌握外，还要求尽量降低动力费用和提高溶解氧KLa。通常，可先设计出试验室规模的各种型式的反响器，但真能应用到工业上的悬浮在培育基中的，统称为深层发酵罐的形式。第一章通风发酵设备中，微生物在适当的环境中进展生长、陈代谢和形成发酵产物。通气搅拌罐是最常用的需氧微生物反响器。反响器主体用不锈钢制造，搅拌而工业规模反响器则装配两挡以上的搅拌器。安装搅拌轴的轴承必需无菌密封。4～6块挡板。无菌空气从分布器或喷咀吹进；罐温用夹套或蛇管调整。操作时，为要使气体和气泡能停留在反响器的液面上部空间，液体装量只能装到70～80％。培育液简洁产生泡沫，须用机械方法破泡或加消泡剂消泡。如培育液直接在罐内用蒸汽灭菌，则蛇管需有相应的传热面积，以协作灭菌后冷却需要。反响过程中所产生的热量来自微生物反响热和抑制搅拌粘性应力所消耗的能量。对间歇操作，则以前者为主，可以微生物反响热的最大值作为设计基准。通气搅拌罐有以下优点：⑴pH和温度简洁掌握⑵尺寸放大的方法大致已确定⑶适用于连续通气搅拌培育等。反之，也有以下缺点：⑴搅拌功率消耗大丝易被切断，细胞易受损伤。常用通风发酵罐有以下几种类型：机械搅拌发酵罐伍式发酵罐自吸式发酵罐文氏管发酵罐气升式发酵罐机械搅拌发酵罐机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂最常用类型。它是利用机械搅拌器的作用，酵所需要的氧气。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，增加比外表积。③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加了传氧速率。ReND2。发酵罐的根本条件一共性能优良的机械搅拌通风发酵罐必需满足以下根本要求：越高，氧的利用率较高。力〔气压和液压〕和温度，所以罐体各局部要能承受肯定的压力。③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必需的溶解氧。热量必需通过冷却来调整不同发酵阶段所需的温度。⑤发酵罐应尽量削减死角，避开藏垢积污，灭菌能彻底。⑥搅拌器轴封应严密，尽量削减泄漏。发酵罐罐体的尺寸比例1.7～4倍左右，型的高位罐高：径=10以上，其优点使大大提高了空气的利用率，但压缩空气的压力需要较高，料液不易混合均匀。s约为搅拌器直径的三倍。大型发酵罐，可安装三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器与风管出口较近为好，与罐c一般等于搅拌器直径D i

0.8D i

。H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)=1.5~2.5或(s/d)=1~2发酵罐的构造及部件等。罐体发酵罐的罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和的手孔。中大型发酵罐则装没有快开入孔及清洗用的快开手孔。罐顶还装有视镜及灯镜。在发酵罐的罐顶上的接收有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。1-2搅拌通风发酵罐的构造示意图搅拌器搅拌器有轴向式〔桨叶式、螺旋桨式〕和径向式〔涡轮式〕两种。轴向式搅拌器：桨叶式、螺旋桨式径向式〔涡轮式〕搅拌器〔Discturbine：平直叶、弯叶、箭叶，国外多用箭叶式，KLa较小，混合较好，适合于菌丝体发酵液，由于剪切力小，弯叶式介于二者之间。1-3径向式〔涡轮式〕搅拌器的构造示意图挡板转变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体猛烈翻动，(0.1~0.2)D6~4块即可满足全挡板条件。指在肯定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要到达全挡板条件必需满足下式要求：与罐壁之间的距离为(1/5-1/8)W，避开形成死角，防止物料与菌体积存。消泡器10~200.65倍。联轴器轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。轴承为了削减震惊，中型发酵罐—般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调整。罐内轴承不能加润滑油，应承受液体润滑的塑料轴瓦()，轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7％。为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。变速装置圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。轴封常用的轴封有填料函和端面轴封两种。旋转轴到达密封的效果。填料室的宽度可依据轴封的直径打算，其宽度为：S〕

d－转轴直m〕H4S～6S〔mm〕渗漏及染菌；轴的磨损状况较严峻；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，常常修理，耗工时多。1-4填料函式轴封的构造示意图称机械轴封。密封作用是靠弹性元件〔弹簧、波浪管等〕的密封。1-5端面式轴封的构造示意图面式轴封的优点：清洁；密封牢靠；无死角，可以防止杂菌污染；使用寿命长；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；小。∴在工厂得到广泛应用。端面式轴封的缺点：构造比填料函密封简单，装拆不便；对动环及静环的外表光滑度及平直度要求高，否则易泄漏。发酵罐的换热装置①夹套式换热装置这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度比静止液面高度缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差，②竖式蛇管换热装置这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，根53以上的发酵罐多用这种换热装置。这种装置的优点是：冷却水在管内的流速大；传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵40¢ªC，影响发酵产率，因此应承受冷冻盐水或③竖式列管(排管)换热装置这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。其优点是：加工便利，适用于气温较高，水源充分的地区。这种装置的缺点是：传热系数较蛇管低，用水量较大。空气分布装置空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式40mm，这样的空气分散效果较好。距离过大，分散效果较差，这可依据溶氧状况适当调整。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增0.8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。这种空气分布装置的空气分散效果不如单管式。同时由于喷孔简洁堵塞，现已很少承受。通常风管内空气流速取20msec。通风量在0.02~0.5mlsec时，气泡的直径与空气喷口直径的13次方成正比，分布装置的分布效果并不低于环形管。伍式发酵罐1，构造伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。1-9伍式发酵罐的构造示意图2，通气原理简单，清洗套筒较困难，消耗功率较高。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1450/0.07vvm分别细小，均匀地接触，吸入的空气中70～80％的氧被利用，使酒精转化为醋酸的转化率达96～97％，每吨醋酸发酵液耗电量约为1KW h。C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。1，自吸式发酵罐的构造〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕5〕消泡器。1-7自吸式发酵罐的构造示意图2，自吸式发酵罐的工作原理由箱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。转子的形式叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。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。图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，气液在叶轮四周形成猛烈的混合流〔湍流，使刚离开叶轮的空气马上在循因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。1-8自吸式发酵罐的导轮的构造示意图及充气原理3，自吸式发酵罐的类型依据通气的型式不同，自吸式发酵罐可分为三个类型：回转翼片式自吸式发酵罐；具有转子及定子的自吸式发酵罐；喷射式自吸式发酵罐。4，自吸式发酵罐的优点：总过滤器等设备，削减厂房占地面积。30％左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，30~50克。设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，削减劳动力。酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分别酵母后的废液量少。设备构造简洁，溶氧效果高，操作便利。缺点：由于罐压较低，对某些产品生产简洁造成染菌。文氏管发酵罐其原理是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。这种设备的优点是：吸氧的效率高，气、液、固三相均匀混合，设备简洁，无须空气压缩机及搅拌器，动力消耗省。据试验证明：收缩段中液体的雷诺准数在Re6104以上时，气体的吸取率最之比降低，对于耗氧量较大的微生物发酵不适宜。此设备已适用于宇宙飞船的密封舱中，利用藻类的光合作用将气体中的CO2复原成氧。假设氮气中含有4％CO2，利用文氏管装置只要一个循环就可使其中的CO22％。此外，在污水处理和石油发酵中也正在争论使用。1-10文氏管发酵罐的构造示意图气升式发酵罐机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风，靠机械搅拌作用使气泡分割细碎，与培育基充分混合，亲热接触，以提高氧的吸取系数；设备构造比较简单，动力其特点是：构造简洁，冷却面积小；50％，节约钢材；操作无噪音；料液可布满达80～90％，而不需加消泡剂；修理、操作及清洗简便，削减杂菌感染。缺点：不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低。气升式发酵罐