《发酵设备与反应器》PPT课件

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1、主讲：鲍成满第八章发酵设备与反应器生物反应过程示意图一生物反应器概述二微生物细胞反应器——发酵罐三发酵罐的放大生物反应器：是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统。一生物反应器概述生物反应器的作用：为生物反应提供一个体外优化的物理、化学环境，以获到更多需要地生物量或代谢产物。酶反应器光合生物反应器开发发酵罐二微生物细胞反应器——发酵罐发酵罐：微生物细胞反应器，是为微生物生长和产物形成提供良好环境的容器。按微生物对氧的需求好氧发酵罐厌氧发酵罐（一）好氧发酵罐—机械搅拌式发酵罐机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）大型发酵罐利用机械搅拌器的作用，使空

2、气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总发酵罐的７０－８０％。发酵罐的结构罐体搅拌装置和挡板传热装置通气部分进出料口测量控制系统附属系统1罐体型式：圆柱体、椭圆形或碟形封头焊接而成容积：实验室0.5-50L，中试罐200-500L，生产上0.5m3-600m3.材质：实验室为玻璃钢和不锈钢；工厂为不锈钢与碳钢受压容器：通常灭菌的压力0.25MPa2搅拌装置作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中；增加接触界面；延长气液接触时间；有利于传质传热。搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）

3、两种。轴向式径向式轴向式搅拌器螺旋桨式桨叶式径向式（涡轮式）搅拌器平叶弯叶箭叶相同半径、转速时，功率消耗：平叶＞弯叶＞箭叶相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力：平叶＞弯叶＞箭叶相同搅拌功率下，翻动流体的能力：箭叶式>弯叶>平叶3挡板作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧式中:D—罐的直径Z—挡板数W—挡板宽度通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4-6块即可满足全挡板条件（所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加挡板或其它附件而搅拌功率仍保持不变，漩涡基本消失竖立的列管，排管等也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡

4、板挡板的长度自液面起到罐底为止挡板与罐壁之间的距离为（1/5-1/9）W，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。4轴封作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。安装：旋转轴与设备之间5传热装置作用：实消时预热和冷却，发酵过程中的冷却和加热型式：夹套、竖式蛇管、列管5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却大型发酵罐一般采用蛇管或列管，易腐蚀或磨损穿孔夹套蛇管6通气部分作用：吹入无菌空气，使空气均匀分布形式：单管及环形管等常用的为单管式，管口对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐底的距离约40mm，气速20m/s空气分布器7消泡装置作用：打碎泡沫，防止逃逸长度：

5、约为罐径的0．65倍。安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置最简单实用的是耙式消泡器8进出料口进料口，补料口，罐顶出料口，罐底9测量控制系统传感器10附属系统视镜、取样管等pH电极溶氧电极2气升式发酵罐（ALR）工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时，形成的气液混合物含由于气量多的发酵液密度降低上升，含气量少的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。气升式反应器与机械搅拌通风反应器的不同在于无机械搅拌特点反应溶液分布均匀较高的溶氧速率和溶氧效率剪

6、切力小，对生物细胞损伤小传热良好结构简单，易于加工制造。气升式反应器有多种形式，比较典型的两种形式气升内环流发酵罐气升外环流发酵罐典型的气升环流发酵罐ICI压力循环气升发酵罐自吸式发酵罐吸气原理搅拌器空心叶轮转动时由于离心力把液体甩出，形成真空，产生负压，通过导气管吸入空气发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过导轮（定子）使气液均匀分布甩出，使气液充分混合。3自吸式发酵罐优点：不必配备空气压缩机及其附属设备，节约投资；设备简单，溶氧速率高，能耗较低；用于酵母生产和醋酸发酵生产效率高；设备便于自动化、连续化；缺点：处于负压，因而增加了染菌机会转速高，切

7、断菌丝，影响代谢二厌氧发酵罐密闭厌氧发酵罐要求：能封闭，能承受一定压力，有冷却设备，罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清洗灭菌酒精等都属于嫌气发酵产物，其发酵罐因不需要通入无菌空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好气发酵设备简单得多1啤酒发酵设备近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的方向发展，迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。露天式锥底发酵罐圆筒体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)，已广泛用于发酵啤酒生产。设备外形特点一般置于室外罐体圆柱形，罐顶椭圆封头，锥形体底。锥底角取排出角为73~75˚，对于贮酒罐