微生物工程-05-发酵设备课件.ppt

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1、第五章发酵设备种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备发酵的一般流程第一节发酵设备概述第二节通风发酵设备第三节厌气发酵设备第四节固体发酵设备第一节发酵设备概述一、基本概念发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵中一般指进行微生物深层培养的设备。二、发展过程1）1900年以前，木制容器造酒。2）1900-1940，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机械搅拌开始应用。3）1940-1960，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一系列技术开始应用，计算机用于发酵控制，产物分离纯化

2、商业化。4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用。5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。三、发酵设备的类型固体发酵盘曲、帘曲——曲盘、帘子等，自然通风发酵池、窖、地缸——相对密闭不通风厚层通风制曲——曲箱，机械通风旋转培养——转鼓型发酵罐，机械通风液体发酵厌气发酵——厌气发酵罐，密闭不通风好气发酵密闭通风机械搅拌通风通风搅拌非循环式循环式通风式发酵罐自吸式发酵罐伍式发酵罐，内循环文式发酵罐，外循环非循环式

3、循环式——空气带升式发酵罐鼓泡式发酵罐塔式发酵罐第二节通风发酵设备机械搅拌通风发酵罐气升式发酵罐自吸式发酵罐高位塔式发酵罐通风发酵罐——又称好气性发酵罐，需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。通入发酵液中的气泡越小，气泡与液体的接触面积就越大，液体中的氧的溶解速率也越快。类型包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏罐等类型的发酵罐。一、机械搅拌发酵罐1、发酵罐的基本条件机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空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、发酵所需的氧气。又称通用式发酵罐。6）、轴封应严密，尽量减少泄漏。1）、适宜的径高比。[

4、高：直径约为2.5～4]2）、能承受一定的压力。[水压试验（1.5倍）]3）、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O2的利用率。4）、应具有足够的冷却面积。[代谢产热]5）、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。[避免积污、染菌]2、发酵罐的基本要求：发酵罐是一种圆柱形的容器，容量从几升到几百万升不等。发酵罐应用广泛：可用于味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸等的生产。发酵罐上面连接有通气、搅拌、接种、加料、冷却、pH检测等装置。通用式发酵罐的主要部件罐体搅拌器挡板轴封空气分布管消泡器冷却管（或夹套）联轴器中间轴承人孔管路等1234567891011

5、12131415161718192021温度计接口3、发酵罐的结构（1）罐体：由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。材料为碳钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。封头封头切割（2）搅拌器：作用：使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使氧溶解于发酵液中。大型搅拌器一般做成两半型，用螺栓连成整体装配于搅拌轴上，便于拆卸。径向式（涡轮式）轴向式（推进式）平叶式、弯叶式和箭叶式螺旋桨式、浆叶式形式浆叶式螺旋桨式涡轮式搅拌器推进式搅拌器弯叶式箭叶式平

6、叶式径向式搅拌器——优点：气体分散能力强；——缺点：功耗较大,作用范围小。轴向式搅拌器——优点：轴向混合性能较好，功耗低，作用范围大；——缺点：对气体的控制能力弱。怎么样实现高效搅拌？通常采用径向式搅拌器和轴向式搅拌器组合实现高效搅拌混合和节能降耗。对于组合形式，根据发酵罐一般是下部通气的特点，下层搅拌器选择径向式搅拌器，上层搅拌器采用轴向式搅拌器。（3）挡板挡板的作用：——改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。——防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不到搅拌作用。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。挡板与罐壁之间的距离：(1/5-1/8)D，避免形

7、成死角，防止物料与菌体堆积。挡板空气分布器（4）消泡器：发酵液中含有蛋白质等发泡物质，通气搅拌是会产生气泡，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，增加杂菌污染的机会。消泡方法：化学法——天然油脂、聚醚类、高级醇类等。物理法——机械消泡装置，常用耙式消泡器。消泡器的作用：将泡沫打破。消泡器位于液面上10cm，长度约为0.65D。耙式消泡器（5）联轴器及轴承：用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的刚性联接。为了减少震动，中型发酵罐装有底轴承，大型发酵罐装有中间轴承。（6）空气分布装置空气分布装