【发酵工程_第九章_发酵罐放大与设计ppt课件.ppt

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1、发酵工程FermentationEngineering太原科技大学环境与安全学院徐宏英第九章发酵罐放大与设计本章内容一、发酵罐的概念二、发酵罐的类型三、发酵罐的结构三、通用式发酵罐的设计与放大（一）发酵罐设计基本原则和要求（二）发酵罐放大设计四、重组菌生物反应器发酵罐：进行微生物深层培养的反应器统称为发酵罐一、发酵罐的概念大型发酵罐发酵罐的类型与发酵类型、工艺类型和产物类型有关。顶搅拌轴封底搅拌磁传动气鼓式（鼓泡式）内循环无菌压缩空气作为提升力外循环管道式反应器：发酵液通过管道流动代替搅拌填充床（液体循

2、环）流化床（同通气搅拌）自吸式发酵罐：不需要空气压缩机，在搅拌器自吸入空气伍式发酵罐：发酵罐内设套筒，多用于纸浆废液发酵生产酵母通用式搅拌罐(满足供氧、通气、搅拌)气升式发酵罐循环式固定化发酵罐二、发酵罐的类型带有中央吸气口1.外形、结构及几何尺寸要求H/D=1.7－3H—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=1/12－1/8（取0.1，并留1—2cm间隙，以防死角）W—档板宽度B/D=0.8－1.0B—下搅拌器距底间距1.5≤s/d≤2

3、s—搅拌器间距2.搅拌装置搅拌的目的打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑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，KL↑有利于混合及固体物料保持悬浮状态搅拌的效果:原生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏，V次∝n2搅拌效果评价：传质、传热及混合效果搅拌器的形式：通用式发酵罐大多采用涡轮式搅拌器，而又以圆盘涡轮搅拌器为主。桨叶类型：圆盘涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种。叶片数量：至少三个，通常六个，多至八个

4、。α：弯>平>箭；β：弯>箭>平在相同的搅拌功率PG下，粉碎气泡能力：平>弯>箭翻动流体能力：箭>弯>平综合传质和混合能力：弯叶最好搅拌桨的层数：根据H/D及（s/d）n的要求进行计算。一般3—4层，底层搅拌最重要，占轴功率的40%，所具叶片数最多（6~8片）。联轴器大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。轴承为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中

5、间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)。轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7％。为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。变速装置试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动、圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置。其中以三角皮带变速传动较为简便。轴封轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。1）填料函式轴封填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料

6、压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。2）端面式轴封端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。3.挡板挡板的作用：改变液流方向，由径向流→轴向流，促使流体翻动，增加传质和混合。档板宽：W/D=1/12-1/8(取0.1)全档板条件：指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加档板或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失,即要满足下式：（W/D）•Z=0.4Z—档板数说明竖立的蛇管、列管、排管，可起

7、档板作用，此外不另加档板。一般装4块档板，可满足全档板条件。档板长度：自液面起，至罐底封头上部（圆柱底）为止。档板与罐壁间留缝隙，距离为（0.2—0.4）W，目的是去除死角。4.消泡器作用：破碎气泡，改善供氧，防止污染。消泡桨形式慢速：锯齿，梳状，孔板式（孔径10-20mm）。快速：对底搅拌可在罐顶装半封闭涡轮消沫器，单用电机。旋风分离叶轮离心式消泡桨直径：L=（0.8-0.9）D，以不妨碍旋转为原则与消泡剂合用内部外部适于不易染菌的发酵工艺5.空气分布器作用：吹入无菌空气，并使其分布均匀型式：单孔管：

8、开口朝下，防止堵塞；管口距罐底约40mm环形管：适用于细度极小且易溶于水的固体发酵原料）6.换热装置夹套式(结构简单、易加工、易清洁，热交换差)5T以下用外夹套式，K传热系数=400-600kJ/m2hr•℃竖式蛇管(热交换强、蛇管设于罐内，不易清洁)5T以上；K传热系数=1200-1890kJ/m2•hr•℃竖式列管（排管）：传热系数较蛇管低，但冷却水流速较蛇管大，适用于气温较高，水源充足的地区。1.发酵罐设计的基本原则发酵罐能否适合于生