发酵工程 第八章 发酵设备与反应器.ppt

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1、第八章发酵设备与反应器发酵设备与反应器生物反应器的分类及设计目标和原则微生物细胞反应器——发酵罐发酵罐的放大生物反应器的分类酶催化反应器细胞生物反应器按所用的生物催化剂的不同分类生物反应器的分类按反应器结构特征分类釜式、管式、塔式、膜式等类型生物反应器的分类根据细胞或组织的代谢要求厌氧生物反应器好氧生物反应器光照生物反应器膜生物反应器反应器的设计目标和原则生物反应器具备的特点：1严密的结构；2良好的液体混合性能；3较高的传质、传热性能4结构简单、能耗低5配套而又可靠的检测和控制仪表生物反应器设计遵循的原则生物反应器应具有适宜的径高比应承受一定的压力有搅拌通风装置的反应器应能使气液固

2、三相充分混合，满足物料必须的溶氧需求反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体生长代谢过程中的温度要求反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻底尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰连接处移位，造成污染保证灭菌工作的顺利进行，培养系统中已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通厌氧发酵罐用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌气发酵产品的生产，由于发酵过程中不需供氧，所以设备结构比较简单。嫌气生物反应器也已趋向大容量发展，并实现了自动清洗。啤酒发酵设备传统的啤酒发酵设备是由分别设在发酵间的发酵池和贮酒间内的贮酒罐组成的。目前圆筒体锥底罐（C.C.T)在露天大罐工艺中使用最

3、为普遍．简称露天锥形发酵罐。圆筒体锥底罐（C.C.T)的结构及特点C.C.T发酵最大特点在于大型化，容积从100-600m3(国内也有60m3小型的)。1、设备的外型特点罐体圆柱形，罐顶为椭圆封头，罐底为圆锥形。筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。D：H＝1：1.5-6。增加H有利于加速发酵，降低H有利于啤酒的自然澄清。发酵罐锥底角一般为60-130°考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，以70°为好。2，罐材料大型C.C.T均采用碳钢加涂料或不锈钢两种材料制成。啤酒是酸性液体，能造成铁的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的H2S、SO2对铁材料会造成氧化还原腐蚀。3、冷却夹套先进的C

4、.C.T均采用换热片式,一次性冷媒直接蒸发式换热，(如氨蒸发)。发酵罐内的冷却夹套一般分成三段，上段距发酵液面15cm向下排列，中段在筒体的下部距支撑裙座15cm向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上排列。4，隔热层和防护层绝热层材料应具有：导热系数低、体积质量低、吸水小、不易燃等特性。啤酒C.C.T绝热层常用聚酰氨树脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。采用上述两种绝热材料只需厚度150-200mm。外防护层一般采用0.7-1.5mm厚的合金铝板或0.5-0.7mm的不锈钢板5、罐主要附件在上中下三段冷却介质进口位置下装智能型铂温度传感器。在圆筒形下部装可清洗取样阀。在液面上150mm装

5、有CIP装置。还应装上视镜、灯镜、空气和二氧化碳排出管等装置。锥底有直径500mm的快开人孔。圆筒体锥底发酵罐的优点加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。厂房投资节省。冷耗节省。C.C.T发酵可依赖CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。加强对流：①发酵罐底部产生CO2气泡上升，对发酵液拖曳力大②在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对流。③在发酵时控制罐下部温度高于上部(差1—2℃)，由于温差引起热对流，特别在发酵后期第一、二推动力减小后，温差对流更能发挥作用。圆

6、筒体锥底发酵罐的缺点由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低(只能使用5-6代)；贮酒时，澄清比较困难(特别在使用非凝聚性酵母)，过滤必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要5-7d以上，短期贮酒不能保证温度一致酒精发酵设备满足酒精发酵的工艺要求–满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件–将发酵产生的热量及时移走有利于发酵液的排出，设备的清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。酒精发酵罐的结构1、基本结构酒精发酵罐筒体为圆柱形；底盖和顶盖均为碟形或锥形；罐顶装有废汽回收管，进料管，按种管，压力表、各种测量仪表接口管及供观察清洗和检修罐体内部的人孔；罐

7、底装有排料口和排污口对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔；罐身上下部装有取样口和温度计接口。2，发酵罐的冷却装置–中小型发酵罐：多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却；–大型发酵罐：由于罐外壁冷却面积不能满足冷却要求，所以，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置。–此外，也有采用罐外列管式喷琳冷却的方法，此法具有冷却发酵液均匀、冷却效率高等优点。3、发酵罐的洗涤装置大型酒精发酵罐采用水力喷射洗涤装置好氧发酵设备大多数的生化反应都是需