微生物工程(发酵)第五章-发酵设备课件.ppt

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1、第五章发酵设备思考题：好氧型发酵罐的主要类型及其主要特征（气升氏、自吸式、伍氏、文氏管发酵罐）通用式搅拌罐的基本结构及主要部件的作用；生物反应器（Bioreactor）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，它是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等；发酵工程中的反应器即发酵罐；5.1发酵罐的概述发酵罐是发酵工厂中主要的设备，它提供了一个适应微生物生命活动和生物代谢的场所；由于微生物分为需氧和厌氧两大类，故供微生物生存和代谢的发酵罐也分为厌氧型发酵罐与通风型发酵罐；不论厌氧或通风发酵设备，除了满足微生物培养所必要的工艺要求外，

2、还得考虑材质的要求以及加工制造难易程度等因素厌氧型发酵罐（酒精、啤酒、沼气发酵）通风发酵罐又称好气（氧）型发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等发酵用的发酵罐好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧好氧型发酵罐的类型顶搅拌轴封底搅拌磁传动气鼓式（鼓泡式）内循环外循环管道式反应器：流动代替搅拌填充床（液体循环）流化床（通气搅拌）自吸式发酵罐：不需要空气压缩机，在搅拌过程中自吸入空气伍式发酵罐：多用于纸浆废液发酵生产酵母重组菌生物反应器通用式搅拌罐(满足供氧、通气、搅拌)气升式发酵罐循环式固定化发酵罐大型发酵罐四十年代中期，青霉素的工业化生产以及深层通风培养

3、技术的出现，标志近代好氧型发酵工业的开始在深层通风培养技术中，好氧型发酵罐是关键设备机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它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、发酵所需要的氧气5.2通用式搅拌罐及其结构5.2.1发酵罐的基本结构5.2.2罐体5.2.3搅拌装置5.2.4挡板5.2.5消泡器5.2.6换热装置机械搅拌发酵罐是密封式受压设备，主要部件包括：罐身搅拌器轴封消泡器联轴器中间轴承空气吹泡管(或空气喷射器)挡板换热装置人孔以及管路等5.2.1发酵罐的基本结构5.2.2罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵

4、罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一般为不锈钢为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐则装设有快开人孔及清洗用的快开手孔。罐顶装有视镜及灯镜。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在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口罐体的尺寸比例罐的高度与直径之比一般为1.7~4。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的三倍。对于大型发酵罐以及液体深度HL较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离C一般等于搅拌器直径Di，不宜小于0.8Di，否则会影响液体的循环。

5、最常用的发酵罐各部分的比例尺寸如图。H/D=1.7－4H—筒身高度HL/D=2－2.5HL按照装料VL=70%V总计算d/D=1/3－1/2d—搅拌器直径W/D=1/12－1/10（一般0.1）W—档板宽度B/d=0.8－1.0B—下搅拌器距底间距1.5≤s/d≤2s—搅拌器间距5.2.3搅拌装置打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中；产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间；造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度；动量传递，有利于混合及固体物料保持悬浮状搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种搅拌器类型：轴向式：桨叶式螺旋桨式径向式：涡轮式叶片形状：平直叶弯叶

6、箭叶在相同的搅拌功率下，粉碎气泡能力：平>弯>箭翻动流体能力：箭>弯>平5.2.4挡板挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。5.2.4挡板通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设4~6块可满足全挡板条件全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：5.2.5消泡器消泡器的作用是将泡沫打破；常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米；消泡器的长度约为罐径的0.65倍；5.2.6换热装置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稍高即可

7、，无须进行冷却面积的设计。优点：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清洁灭菌工作，有利于发酵。其缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差，竖式蛇管换热装置竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，四组、六组或八组不等，根据管的直径大小而定，容积5米3以上的发酵罐多用这种换热装置。优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。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，则发酵时降温困难，发酵温度超过40˚C，会影响发酵产率，因