发酵罐的设计与放大.ppt

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1、第九章发酵罐的设计与放大发酵罐：微生物深层培养的生物反应器规模：实验室5-100L;中试：50-10000L；工厂>5000L发酵罐的作用①使物料混合均匀；②使气体在液相中很好分散；③使固体颗粒在液相中均匀悬浮；④使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化；⑤强化相间的传质⑥强化传热对于均匀相反应主要是①、⑥两点，目前已广泛地用于制药、味精、酶制、食品行业等。发酵罐的组成主要包括釜体、搅拌装置、传热装置、轴封装置。还根据需要加其他的附件，如各种接管(为了便于检修内件及加料、排料)，安装温度计、压力表、视镜、安全泄放装

2、置(为了操作过程中有效地监视和控制物料的温度、压力)等。釜体是由筒体和两个封头组成。作用：为物料进行化学反应提供一定的空间。搅拌装置是由传动装置、搅拌轴和搅拌器组成，作用：参加反应的各种物料均匀混合，使物料很好地接触而加速化学反应的进行。传热装置是在釜体内部设置蛇管或在釜体外部设置夹套，它的作用是使控制物料温度在反应所需要范围之内。轴封装置为搅拌罐和搅拌轴间的密封，以防止反应物料的逸出和杂物的渗入。通常采用填料密封或机械密封。发酵罐的特点必须具备足够的强度、密封性、耐蚀性及稳定性。发酵罐的工作要求清洁卫生；反应

3、过程能保持恒定的温度，以利于发酵菌很好地进行发酵；搅拌器使物料混合均匀、加快反应速度、缩短发酵周期、强化传热；将发酵过程中产生的热量及时带走，保证反应正常进行。发酵罐的设计依据发酵罐的容积、最大工作压力、工作温度、工作介质及腐蚀情况、传热面积、搅拌形式、转速及功率、配装那些管口等工艺要求。发酵罐的设计要求设计严格按照《钢制压力容器》的规定选材、设计、制造、检验、验收；同时力求经济、合理，从选材、制造各环节来省材。本章内容发酵罐的分类通用式发酵罐的设计与放大发酵罐电机的选配一、发酵罐的分类1按微生物生长代谢需要分

4、类好氧和厌氧两大类。抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸、维生素等产品是好氧发酵罐中进行的；丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸采用厌氧发酵罐。差别：对无菌空气的需求不同，前者需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的体积氧传递系数KLα，后者则不需要通气。2.按照发酵设备特点分类机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐。前者包括循环式，如伍式发酵罐、文氏管发酵罐、以及非循环式的通风发酵罐和自吸式发酵罐。后者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。特点：采用不同的手段使发酵罐内的气、固、液三相充分

5、混合，从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求。3.按容积分类一般认为，500L以下的实验室发酵罐，500～5000L是中试发酵罐，5000L以上是生产规模的发酵罐。4.按微生物生长环境分类发酵罐内存在两种系统，即悬浮生长系统和支持生长系统。一般说来，大多数发酵罐都有这两种系统。悬浮生长系统中的微生物细胞是浸泡在培养液中且伴随着培养液一起流动；在支持生长系统中，微生物细胞生长在与培养液接触的界面形成一层薄膜，然而实际上悬浮生长系统的容器内壁上和上部的罐壁上也会生长着一层菌体膜，在支持生长系统中也有菌体分散在培养液

6、之中。5.按操作方式分类分为分批发酵和连续发酵，不是所有的发酵罐可以同时适用于这两种发酵系统。分批发酵时，发酵工艺条件随营养液的消耗和产物的形成而变化。每批发酵结束，要放罐清洗和重新灭菌，再开始新一轮的发酵。分批发酵系统是非稳定态的过程。分批发罐的主要优点是污染杂菌的比例小，操作灵活性强，可用来进行几种不同产品的生产。其缺点是发酵罐的非生产停留时间所占比重大，非稳态工艺过程的设计和操作困难。连续发酵的主要的优点是可连续运行几个月的时间，非生产时间很短；缺点是容易染菌，它适用于不易染菌的产品如丙酮、丁醇、酒精、啤

7、酒发酵等。6.其他类型超滤发酵罐已开始在未来发酵中崭露头角。在进行时，成熟的发酵液通过一个超滤膜使产物能透过膜进行提取，酶可以通过管道返回发酵罐继续发酵，新鲜的底物可以源源不断地加入罐内。常见的发酵罐类型通用式发酵罐气升式发酵罐自吸式发酵罐伍式发酵罐文氏管发酵罐固定化式发酵罐管道式发酵罐1.1自吸式发酵罐特点：不需其他气源提供压缩空气，搅拌器带有中央吸气口。搅拌过程中自吸入过滤空气，适用于需氧低的发酵。与通用发酵罐的主要区别①有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；②没有通气管。设备便于自动化、连续化，降低

8、劳动强度，减少劳动力；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、总过滤器等设备，减少厂房占地面积。减少工厂发酵设备投资约30％左右，酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。设备结构简单，溶氧效果高，能保证发酵所需的空气，并能使气液分离细小，均匀地接触，吸入空气中70-80%的氧被利用。操作方便。耗电量小采用不同型式、容积的自吸式发酵罐生产葡萄糖酸钙