发酵学-第6章-通气与搅拌.ppt

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1、第六章通气与搅拌氧是生物体生存的重要元素细胞的组成成分和各种产物的构成元素生物能量代谢的必需元素好氧微生物在新陈代谢过程中（基质的氧化、菌体的生长、产物的形成）需要氧气，而氧气本身是难溶性的气体，在培养过程中不能像其它的可溶性营养物质一样，一次供应就满足要求，而只能维持很短的时间。◆难溶：25℃、一个大气压，空气中的O2在纯水中的溶解度仅0.25mol/m3。发酵液中含有各种成分，其溶解度更低。◆对于菌体浓度为1015个/m3的发酵液，假定每个菌体的体积为10-16m3，细胞的呼吸强度为2.6×10-3molO2/(kgs)，菌体密度为1000

2、kg/m3，含水量80%，则每立方米培养液的需氧量为：10-16×1015×1000×0.2×2.6×10-3=0.052molO2/(m3·s)◆0.25÷0.052=4.8(s)培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。1.供给微生物生长和代谢所需的氧气。2.使发酵液充分混合，以便形成均匀的微生物悬浮液，促使营养物质从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。生化反应器通气与搅拌目的第一节发酵罐第二节工业发酵过程中氧的需求第三节氧在溶液中的传递第四节影响供氧的因素第五节溶解氧、摄氧率和Kla的测定一、机械搅拌发酵罐二、其他发

3、酵罐第一节发酵罐通风发酵罐的类型机械搅拌发酵罐自吸式发酵罐气升式发酵罐伍式发酵罐文氏管发酵罐罐身轴封消泡器搅拌器挡板空气分布管换热装置一、机械搅拌发酵罐1.罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料一般为不锈钢。罐顶还装有视镜及灯镜。在罐顶上的接管有：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、取样管和测控仪表接口。2.搅拌器搅拌的作用：①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持的空气数量增加。②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。搅拌器有轴

4、向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。轴向式搅拌器桨叶式螺旋桨式径向式（涡轮式）搅拌器平直叶弯叶箭叶3.挡板挡板的作用：改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。一般在容器内壁面均匀安装4块挡板宽度为容器直径的1/12～1/10。4.消泡器消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。5.空气分布装置单管式分布装置：管口正对罐底中央，与罐底的距离约40mm，这样的空气分散效果较好。环形管的分布装置：喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。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

5、，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。填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。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。发酵罐的换热装置换热装置夹套内盘管优先采用夹套，减少容器内构件，便于清洗，不占有效容积。夹套结构夹套在容器外侧，用焊接或法兰连接方式装设各种形状的钢结构，使其与容器外壁形成密闭的空间。此空间内通入加热或冷却介质，可加热或冷却容器内的物料。这种装置的优点是：结构简

6、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，发酵时降温效果差内盘管当反应器的热量仅靠外夹套传热，换热面积不够时常采用内盘管结构特点浸没在物料中，热量损失小，传热效果好，检修较困难。分类螺旋形盘管竖式蛇管螺旋形盘管dDdD对称布置的几组竖式蛇管：传热挡板作用竖式蛇管1.自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。应用：医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、维生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。二、其他发酵罐1）结构自吸式发酵罐罐体的结构大致上

7、与通用式发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的形状和结构不同。2）自吸式发酵罐的充气原理搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。3）自吸式发酵罐特点优点：①  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、总过滤器设备，减少厂房占地面积。②  减少工厂发酵设备投资约30％左右。③  设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力④ 设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。缺点

8、：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。1）工作原理：在罐内中央有一个导流筒，将发酵液分为上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外），在上升区的下部安