第12章--發(fā)酵機械與設(shè)備

1、第十二章第十二章 發(fā)酵機械與設(shè)備發(fā)酵機械與設(shè)備 3 發(fā)酵工藝流程 u典型的發(fā)酵生產(chǎn)過程包括： 菌種的選育 確定菌種繁殖和發(fā)酵生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基； 對培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備進行滅菌； 菌種經(jīng)逐級擴大培養(yǎng)后，作為生產(chǎn)種子接種于發(fā)酵罐 中 ; 控制發(fā)酵罐中微生物的生長條件，最大程度地獲得人 們渴望的代謝產(chǎn)物 ; 產(chǎn)物萃取和精制 ; 發(fā)酵過程中廢棄物的處理與回收. 菌種的選育菌種的選育 要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等 方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu) 良的菌種。 怎樣才能得到優(yōu)怎樣才能得到優(yōu) 良的菌種呢？良的菌種呢？ 如果生產(chǎn)的是微生如果生產(chǎn)的是微生 物直接合成的產(chǎn)物物直接合成的產(chǎn)

2、物 可以從自然界中先分離出相可以從自然界中先分離出相 應(yīng)的菌種，再用物理或化學應(yīng)的菌種，再用物理或化學 的方法使菌種產(chǎn)生突變，從的方法使菌種產(chǎn)生突變，從 突變個體中篩選出符合生產(chǎn)突變個體中篩選出符合生產(chǎn) 要求的優(yōu)良菌種。要求的優(yōu)良菌種。 如果生產(chǎn)的是一般微生如果生產(chǎn)的是一般微生 物不能合成的產(chǎn)品物不能合成的產(chǎn)品 可用基因工程、細胞工程的方法可用基因工程、細胞工程的方法 對菌種的遺傳特性進行定向改造，對菌種的遺傳特性進行定向改造， 以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而 達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的 對菌種一般有以下要求：對菌種一般有以下要求： 菌種能在較短的發(fā)

3、酵過程中菌種能在較短的發(fā)酵過程中高產(chǎn)有價值高產(chǎn)有價值的發(fā)酵產(chǎn)品。的發(fā)酵產(chǎn)品。 菌種的發(fā)酵菌種的發(fā)酵培養(yǎng)基培養(yǎng)基應(yīng)應(yīng)價廉價廉，來源充足，被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)，來源充足，被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的效品的效 率高率高。如農(nóng)副產(chǎn)品。如農(nóng)副產(chǎn)品。 菌種對人、動物、植物和環(huán)境菌種對人、動物、植物和環(huán)境不不應(yīng)該應(yīng)該造成危害造成危害，還應(yīng)注意，還應(yīng)注意 潛在的、慢性的、長期的危害，要嚴格防護。潛在的、慢性的、長期的危害，要嚴格防護。 菌種發(fā)酵后，所產(chǎn)不需要的代謝產(chǎn)物少，且產(chǎn)品相對菌種發(fā)酵后，所產(chǎn)不需要的代謝產(chǎn)物少，且產(chǎn)品相對容易容易 地與不需要的物質(zhì)地與不需要的物質(zhì)分離分離，下游技術(shù)下游技術(shù)能用于規(guī)能用于規(guī)模化生產(chǎn)?；a(chǎn)。 菌種

4、菌種的遺傳特性穩(wěn)定的遺傳特性穩(wěn)定，而且易于進行基因操作。，而且易于進行基因操作。 培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的配制 進行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相進行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相 適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意： （1）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。 配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、碳源、氮源、生長因子、 水、無機鹽水、無機鹽等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的 pH、滲透壓等。、滲透壓等。 （

5、2）培養(yǎng)基的）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。，以利于產(chǎn)物的合成。 （3）培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降）培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降 低生產(chǎn)成本，以得到更高的低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益。 滅菌滅菌 發(fā)發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程 中不能混入雜菌中不能混入雜菌。 在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系競爭關(guān)系， 對發(fā)酵過程造成不良影響。對發(fā)酵過程造成不良影響。 例如：在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的例如：

6、在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗抗 生素生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡；在青霉素生產(chǎn)過程就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡；在青霉素生產(chǎn)過程 中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶青霉素酶，將合成的青霉，將合成的青霉 素分解掉。素分解掉。 滅菌滅菌 那如何防止雜菌的污染呢？那如何防止雜菌的污染呢？ 要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的 滅菌處理。滅菌處理。 怎樣才算滅菌徹底呢怎樣才算滅菌徹底呢？ 用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢胞體、芽孢 和孢子。和孢子。 擴大培養(yǎng)

7、和接種擴大培養(yǎng)和接種 如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來縮短如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來縮短 生產(chǎn)周期？生產(chǎn)周期？ 經(jīng)過經(jīng)過多次多次的擴大培養(yǎng)。的擴大培養(yǎng)。 如何對菌種進行擴大培養(yǎng)如何對菌種進行擴大培養(yǎng)？ 擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期對數(shù)期的菌體分開，分頭進的菌體分開，分頭進 行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速快速增加，能在增加，能在短時間短時間 里得到大量的菌體。里得到大量的菌體。 擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和接種 擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)不同擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)不同： 擴大培養(yǎng)是為了讓擴大培養(yǎng)是為了讓菌體菌體在短時期內(nèi)在短時期內(nèi)快速增殖快速增殖

8、，而發(fā)酵過程中，而發(fā)酵過程中 的培養(yǎng)是為了獲得的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有 可能不同?？赡懿煌?。 例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速 增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程 中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。 有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，接種過程中要注意防止雜有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，接種過程中要注意防止雜 菌污染菌污染。 發(fā)酵過程發(fā)酵過程 為什么將菌體

9、接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，還需要為什么將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，還需要 對發(fā)酵過程進行檢測和對發(fā)酵條件進行控制？對發(fā)酵過程進行檢測和對發(fā)酵條件進行控制？ 發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長的穩(wěn)定期產(chǎn)生。因此，要在發(fā)酵發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長的穩(wěn)定期產(chǎn)生。因此，要在發(fā)酵 過程中隨時過程中隨時取樣檢測取樣檢測培養(yǎng)液中細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解培養(yǎng)液中細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解 發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基成分發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基成分來延長菌體生長穩(wěn)來延長菌體生長穩(wěn) 定期的時間定期的時間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。同時，還應(yīng)對發(fā)酵，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。同時，還應(yīng)對發(fā)酵 條件進行嚴格控制。條件進行嚴

10、格控制。 發(fā)酵過程發(fā)酵過程 哪些條件能影響菌體的發(fā)酵？哪些條件能影響菌體的發(fā)酵？ 發(fā)酵生產(chǎn)中發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)中發(fā)酵罐內(nèi)部的代謝變化內(nèi)部的代謝變化，如菌體形態(tài)，如菌體形態(tài) 、菌體濃度、營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、溫度、菌體濃度、營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、溫度、pH、溶、溶 氧量、產(chǎn)物濃度、以及發(fā)酵罐氧量、產(chǎn)物濃度、以及發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速等攪拌轉(zhuǎn)速等對發(fā)酵對發(fā)酵 過程都有重大影響。過程都有重大影響。 分離、提純分離、提純 代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物 采用采用離心、過濾、沉淀離心、過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)等方法將菌體從培養(yǎng) 液中分離出來。液中分離出來。 菌體本身，如酵母菌和細菌等菌體本身，如酵母菌和細菌等 采用蒸餾、萃取、離子交換等

11、方法進行提取采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取 。 發(fā)酵罐發(fā)酵罐 概念：概念：指工業(yè)上用來進行微生物發(fā)酵的裝置。其主體一般為指工業(yè)上用來進行微生物發(fā)酵的裝置。其主體一般為 用不銹鋼板制成的主式圓筒，其容積在用不銹鋼板制成的主式圓筒，其容積在1m3至數(shù)百至數(shù)百m3。 發(fā)酵罐的功能：發(fā)酵罐的功能： 按照發(fā)酵過程的要求，保證和控制各種發(fā)酵條件，主要按照發(fā)酵過程的要求，保證和控制各種發(fā)酵條件，主要 是適宜微生物生長和形成產(chǎn)物的條件，促進生物體的新陳代是適宜微生物生長和形成產(chǎn)物的條件，促進生物體的新陳代 謝，使之在低消耗下，獲得較高的產(chǎn)量。謝，使之在低消耗下，獲得較高的產(chǎn)量。 發(fā)酵設(shè)備需要具有的條件

12、：發(fā)酵設(shè)備需要具有的條件： （1）良好的傳遞性能來傳遞動量、質(zhì)量、熱量；）良好的傳遞性能來傳遞動量、質(zhì)量、熱量； （2）能量消耗低；）能量消耗低； （3）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于控制；）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于控制； （4）便于滅菌和清洗，能維持不同程度的無菌度；）便于滅菌和清洗，能維持不同程度的無菌度； （5）能適應(yīng)特定要求的各種發(fā)酵條件，以保證微生物正常）能適應(yīng)特定要求的各種發(fā)酵條件，以保證微生物正常 的生長代謝的生長代謝 一、發(fā)酵罐的發(fā)展史一、發(fā)酵罐的發(fā)展史 發(fā)酵罐的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段：發(fā)酵罐的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段： 第一階段第一階段1900年以前年以前 人們用木制容器來制造酒。這是現(xiàn)代發(fā)

13、酵罐的人們用木制容器來制造酒。這是現(xiàn)代發(fā)酵罐的 雛形，它帶有簡單的溫度和熱交換儀器。雛形，它帶有簡單的溫度和熱交換儀器。 第二階段第二階段19001940年年 出現(xiàn)了鋼制的發(fā)酵罐，開始使用空氣分布器，出現(xiàn)了鋼制的發(fā)酵罐，開始使用空氣分布器， 在小型的發(fā)酵罐中，開始使用機械攪拌。在小型的發(fā)酵罐中，開始使用機械攪拌。 第三階段第三階段19401960年年 第一個大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)青霉素的工廠于第一個大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)青霉素的工廠于1944年年1 月月30日在美國日在美國Terre Haute投產(chǎn)，其發(fā)酵罐的體投產(chǎn)，其發(fā)酵罐的體 積積 54m3。 此階段隨著以青霉素為代表的抗生素工業(yè)的興此階段隨著以青霉素為

14、代表的抗生素工業(yè)的興 起，引起了工業(yè)發(fā)酵的一場變革。起，引起了工業(yè)發(fā)酵的一場變革。 第四階段第四階段19601979年年 發(fā)酵罐的容積增大到發(fā)酵罐的容積增大到80150m3。出現(xiàn)了壓力循環(huán)出現(xiàn)了壓力循環(huán) 和壓力噴射型的發(fā)酵罐，這種發(fā)酵罐可以克服氣和壓力噴射型的發(fā)酵罐，這種發(fā)酵罐可以克服氣 體交換和熱交換上的問題。體交換和熱交換上的問題。 第五階段第五階段1979年至今年至今 大規(guī)模的發(fā)酵罐應(yīng)運而生。大規(guī)模的發(fā)酵罐應(yīng)運而生。 如廢水處理的發(fā)酵罐容積達到如廢水處理的發(fā)酵罐容積達到27,000m3， 英國英國 帝國化學公司單細胞蛋白生產(chǎn)罐有帝國化學公司單細胞蛋白生產(chǎn)罐有30層樓高，達層樓高，達 10

15、0m，罐容近罐容近3500m3，且自動化程度越來越高。且自動化程度越來越高。 二、發(fā)酵罐的類型二、發(fā)酵罐的類型 1. 按微生物生長代謝需要分為：按微生物生長代謝需要分為： 通風發(fā)酵罐通風發(fā)酵罐如抗生素、酶制劑、氨基酸、如抗生素、酶制劑、氨基酸、 維生素等產(chǎn)品的生產(chǎn)維生素等產(chǎn)品的生產(chǎn) 嫌氣發(fā)酵罐嫌氣發(fā)酵罐如酒精、啤酒、丙酮、丁醇等如酒精、啤酒、丙酮、丁醇等 產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn) 2. 按發(fā)酵罐設(shè)備的特點分為：按發(fā)酵罐設(shè)備的特點分為： 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐如通用式發(fā)酵罐、自如通用式發(fā)酵罐、自 吸式發(fā)酵罐、伍氏發(fā)酵罐等。吸式發(fā)酵罐、伍氏發(fā)酵罐等。 非機械攪拌通風發(fā)酵罐非機械攪拌通風發(fā)

16、酵罐如氣提式、液提式、如氣提式、液提式、 噴射式等。噴射式等。 3. 按容積分為：按容積分為： 實驗室發(fā)酵罐實驗室發(fā)酵罐100L以下以下 中試發(fā)酵罐中試發(fā)酵罐1001000L 生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐1000L以上以上 4. 按操作方式分為：按操作方式分為： 分批發(fā)酵的發(fā)酵罐分批發(fā)酵的發(fā)酵罐 連續(xù)發(fā)酵的發(fā)酵罐連續(xù)發(fā)酵的發(fā)酵罐 在這些眾多的發(fā)酵罐中，主要給同學們介紹目前在這些眾多的發(fā)酵罐中，主要給同學們介紹目前 在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用最多的一種發(fā)酵罐在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用最多的一種發(fā)酵罐通用式發(fā)通用式發(fā) 酵罐酵罐。 （一）、通風發(fā)酵設(shè)備（一）、通風發(fā)酵設(shè)備 通風固相發(fā)酵設(shè)備通風固相發(fā)酵設(shè)備 自吸式發(fā)

17、酵罐自吸式發(fā)酵罐 氣升環(huán)流發(fā)酵罐氣升環(huán)流發(fā)酵罐 機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌發(fā)酵罐 常用通風發(fā)酵罐常用通風發(fā)酵罐 大多數(shù)的生化反應(yīng)都是需氧的，故通氣發(fā)酵設(shè)備大多數(shù)的生化反應(yīng)都是需氧的，故通氣發(fā)酵設(shè)備 是需氧生化反應(yīng)設(shè)備的核心和基礎(chǔ)。是需氧生化反應(yīng)設(shè)備的核心和基礎(chǔ)。 設(shè)備需要具有的特點：設(shè)備需要具有的特點： （1）良好的傳質(zhì)和傳熱性能、結(jié)構(gòu)嚴密、防雜菌污染；）良好的傳質(zhì)和傳熱性能、結(jié)構(gòu)嚴密、防雜菌污染； （2）培養(yǎng)基流動與混合良好、有配套的檢測與控制、設(shè)）培養(yǎng)基流動與混合良好、有配套的檢測與控制、設(shè) 備較簡單；備較簡單； （3）設(shè)備較簡單、方便維護檢修以及能耗低等特點。）設(shè)備較簡單、方便維護檢修以及能

18、耗低等特點。 通風發(fā)酵罐 v 機械攪拌發(fā)酵罐 工作原理 結(jié)構(gòu)及幾何尺寸 溶氧速率、通氣與攪拌 熱量傳遞 v 氣升式發(fā)酵罐 工作原理 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐 典型的氣升式發(fā)酵罐 v 自吸式發(fā)酵罐 機械攪拌自吸式 噴射自吸式 溢流噴射自吸式 機械攪拌發(fā)酵罐(TRC) 工作原理：工作原理： 利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分 混合促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物混合促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物 生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 (1) 具有適宜的徑高比；具有適宜的徑高比； (2) 能夠承擔一定壓力；能夠承擔一定壓力； (

19、3) 保證必需的溶解氧；保證必需的溶解氧； (4) 具有足夠的冷卻面積；具有足夠的冷卻面積； (5) 盡量減少死角，滅菌徹底，避免染菌；盡量減少死角，滅菌徹底，避免染菌； (6) 軸封嚴密。軸封嚴密。 之機械攪拌發(fā)酵罐 發(fā)酵罐的基本條件：發(fā)酵罐的基本條件： 之機械攪拌發(fā)酵罐 大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu) 2 3 1軸封軸封 ； 2、20人孔；人孔； 3梯；梯； 4聯(lián)軸；聯(lián)軸； 5中間軸承；中間軸承； 6溫度計接口；溫度計接口； 7攪拌葉輪；攪拌葉輪； 8進風管；進風管； 9放料口；放料口； 10底軸承；底軸承； 11熱電偶接口；熱電偶接口；12冷卻管；冷卻管； 13攪拌軸；攪拌軸； 14取樣管

20、；取樣管； 15軸承座；軸承座； 16傳動皮帶；傳動皮帶； 17電機；電機； 18壓力表；壓力表； 19取樣口；取樣口； 21進料口；進料口； 22補料口；補料口； 23排氣口；排氣口； 24回流口；回流口； 25視鏡；視鏡； 圖圖12.1 大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖 機械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)機械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 之機械攪拌發(fā)酵罐 機械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu) 圖圖12.2 小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖 之機械攪拌發(fā)酵罐 圖圖12.3 自動玻璃發(fā)酵罐自動玻璃發(fā)酵罐 圖圖12.4 玻璃攪拌發(fā)酵罐玻璃攪拌發(fā)酵罐 圖圖12.5 不銹鋼攪拌發(fā)酵罐不銹鋼攪拌發(fā)酵罐 由圓柱體及橢圓形或碟形封

21、頭焊接而成，材料為碳由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料為碳 鋼或不銹鋼。為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力和溫度鋼或不銹鋼。為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力和溫度 下操作，罐為一個受壓耐溫容器，通常要求耐受下操作，罐為一個受壓耐溫容器，通常要求耐受130 和和0.25MPa(絕對壓力絕對壓力)。 之機械攪拌發(fā)酵罐 罐 體 受內(nèi)壓的壁厚：受內(nèi)壓的壁厚： )( 230 1 mmC p pD )( 200 2 mmC pDy 受外壓的壁厚：受外壓的壁厚： )(11 2400 3 mmC HDp HpD 之機械攪拌發(fā)酵罐 攪拌器和擋板 攪拌器：攪拌器： 有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進式等；其作用是有

22、平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進式等；其作用是 打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中，從攪拌程度來說，以平葉渦打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中，從攪拌程度來說，以平葉渦 輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。為了拆輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。為了拆 裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。 圖圖12.6 發(fā)酵罐攪拌葉輪結(jié)構(gòu)圖發(fā)酵罐攪拌葉輪結(jié)構(gòu)圖 1-六直葉渦輪式；六直葉渦輪式；2-推進式推進式3- Lightnin A-315式式 圖圖12.7 不同攪拌器的流型不同攪拌器的流型 擋板：擋板： 改變液流的方向，由徑向流改

23、為軸向流，促使液改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液 體激烈翻動，增加溶解氧。通常擋板寬度取體激烈翻動，增加溶解氧。通常擋板寬度取( (0.1 0.12)D，裝設(shè)，裝設(shè)46塊即可滿足全擋板條件。塊即可滿足全擋板條件。 所謂所謂“全擋板條件全擋板條件”是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi) 附件而軸功率仍保持不變。附件而軸功率仍保持不變。 要達到全擋板條件必須滿足下式要求：要達到全擋板條件必須滿足下式要求： 5 . 0 12. 01 . 0 n D D n D b 之機械攪拌發(fā)酵罐 無擋板的攪拌器形成的流型無擋板的攪拌器形成的流型 有擋板的攪拌器形成的流型有擋板的攪拌器形成的

24、流型 之機械攪拌發(fā)酵罐 軸 封 填料函軸封填料函軸封：由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和 壓緊螺栓待零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達到密封的效果。壓緊螺栓待零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達到密封的效果。 作用：作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封， 防止泄露和污染雜菌。防止泄露和污染雜菌。 端面式軸封又稱機械軸封：端面式軸封又稱機械軸封：密封作用是靠彈性元件（彈密封作用是靠彈性元件（彈 簧、波紋等）的壓力使垂直軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相簧、波紋等）的壓力使垂直軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相 互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。互貼合，并作相

25、對轉(zhuǎn)動而達到密封。 常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。 壓緊螺栓壓緊螺栓 填料箱體填料箱體 圖圖12.10 填料函填料函 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 填料壓蓋填料壓蓋 銅環(huán)銅環(huán) 填料填料 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 圖圖12.11 端面封軸端面封軸 動環(huán)動環(huán) 靜環(huán)靜環(huán) 堆焊硬質(zhì)堆焊硬質(zhì) O形環(huán)形環(huán) 圖圖12.12 雙雙 端面封軸端面封軸 密封環(huán)密封環(huán) 攪拌軸攪拌軸 罐體罐體 齒輪箱齒輪箱 傳動齒輪箱傳動齒輪箱 之機械攪拌發(fā)酵罐 空氣分布器的作用：吹入無菌空氣，并使空氣均勻空氣分布器的作用：吹入無菌空氣，并使空氣均勻 分布。分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等，常用的分分布。分布裝置的形式有單管

26、及環(huán)形管等，常用的分 布裝置有單管式。布裝置有單管式。 空氣由分布管噴出上升時，被攪拌器打碎成小氣空氣由分布管噴出上升時，被攪拌器打碎成小氣 泡，并與發(fā)酵液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。泡，并與發(fā)酵液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。 環(huán)形管的分布裝置的空氣分散效果不及單管式分環(huán)形管的分布裝置的空氣分散效果不及單管式分 布裝置。同時由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。布裝置。同時由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。 通常通風管的空氣流速取通常通風管的空氣流速取20m/s。 為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐 底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補底

27、腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補 強?？裳娱L罐底壽命強?？裳娱L罐底壽命 空氣分布器空氣分布器 之機械攪拌發(fā)酵罐 消泡裝置消泡裝置 消泡裝置就是安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動軸的上部或安裝在發(fā)酵罐消泡裝置就是安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動軸的上部或安裝在發(fā)酵罐 排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài)排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài) 兩相的裝置，從而達到消泡的目的。兩相的裝置，從而達到消泡的目的。 兩種消泡方法兩種消泡方法: (1) 加入化學消泡劑；加入化學消泡劑；(2)使用機械消泡裝置使用機械消泡裝置 化學消泡劑：植物油脂，如玉米油、豆油等；動物油脂，如化學消泡劑：植物

28、油脂，如玉米油、豆油等；動物油脂，如 豬油等；高分子化合物。豬油等；高分子化合物。 機械消泡裝置：最簡單實用為耙式消泡器，此外還有渦輪消機械消泡裝置：最簡單實用為耙式消泡器，此外還有渦輪消 泡器、旋風離心式和葉輪式離心消泡器、泡器、旋風離心式和葉輪式離心消泡器、碟片式消泡器和刮板碟片式消泡器和刮板 式消泡器式消泡器等。等。 旋風離心式旋風離心式 葉輪離心式葉輪離心式 耙式消泡器耙式消泡器 碟片式消泡器碟片式消泡器 刮板式消泡器刮板式消泡器 之機械攪拌發(fā)酵罐 大型發(fā)酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用大型發(fā)酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用 聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。聯(lián)軸器使上下攪拌軸成

29、牢固的剛性聯(lián)接。 之機械攪拌發(fā)酵罐 聯(lián)軸器及軸承 小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接。 常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。 聯(lián)軸器 法蘭 中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承；中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承； 大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。 罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)采用液體罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)采用液體 潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚 四氟乙烯等）。四氟乙烯等）。 之機械攪拌發(fā)酵罐 軸 承 底軸承 中間軸承 之機械攪拌發(fā)酵罐 冷卻裝置冷卻裝置 夾套冷卻夾套冷卻豎式蛇管冷卻豎式蛇

30、管冷卻豎式列管冷卻豎式列管冷卻 適 用 范 圍 5m3以下小發(fā)酵罐以下小發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐 大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐 氣溫較高的地區(qū)氣溫較高的地區(qū) 優(yōu) 點 結(jié)構(gòu)簡單，加工容結(jié)構(gòu)簡單，加工容 易，罐內(nèi)死角少，易，罐內(nèi)死角少， 容易清洗滅菌容易清洗滅菌 流速大，傳熱系數(shù)流速大，傳熱系數(shù) 大，降溫效果較好。大，降溫效果較好。 加工方便，提高加工方便，提高 傳熱推動力的溫傳熱推動力的溫 差。差。 缺 點 傳熱壁較厚，冷卻傳熱壁較厚，冷卻 水流速低，降溫效水流速低，降溫效 果差。果差。 冷卻水較高時，降冷卻水較高時，降 溫困難，彎曲位置溫困難，彎曲位置 易腐蝕。易腐蝕。 用水量較大。用水量較大。 在

31、罐外安裝板式或螺旋板式熱交換器，采用無菌空氣使發(fā)酵液在罐外安裝板式或螺旋板式熱交換器，采用無菌空氣使發(fā)酵液 進行循環(huán)冷卻。進行循環(huán)冷卻。 圖12.13 機械攪拌通風發(fā)酵罐 的幾何尺寸 5 . 37 . 1 DH3121DDi 0 . 18 . 0 i DC12181 DB 52 i DS2 0 DH Di D B 之機械攪拌發(fā)酵罐 機械攪拌通風發(fā)酵罐的幾何尺寸及體積 體積 尺寸 DhDhDhDV bab 6 1 4 6 4 222 1 橢圓形封頭體積： 發(fā)酵罐的總體積： DhHDV b 6 1 2 4 2 0 近似為： 22 0 15. 0 4 DHDV 之機械攪拌發(fā)酵罐 機械攪拌發(fā)酵罐的熱量

32、傳遞 發(fā)酵過程的熱量計算 生物合成熱量計算法生物合成熱量計算法 冷卻水帶出熱量計算法冷卻水帶出熱量計算法 發(fā)酵液溫升測量計算法發(fā)酵液溫升測量計算法 4321 QQQQQt L 12 V TTW Q C t L 2211 2 V Tcmcm Qt 攪拌器軸功率的計算（單只攪拌槳） 不通氣條件下的軸功率P0計算 魯士頓(Rushton J. H.)公式： 5 i 3 0 DNP LP P0無通氣攪拌輸入的功率（W）； NP功率準數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)ReM的函數(shù)； 渦輪轉(zhuǎn)速（r/s）； L液體密度（kg/m3）； 液體粘度（N.s/m2）； D 渦輪直徑（m）； 圓盤六平直葉渦輪 NP6 圓盤六彎葉渦輪

33、 NP4.7 圓盤六箭葉渦輪 NP3.7 之機械攪拌發(fā)酵罐 機械攪拌發(fā)酵罐的特點：機械攪拌發(fā)酵罐的特點： （1）機械攪拌作用獲得的溶氧系數(shù)較高，一般體）機械攪拌作用獲得的溶氧系數(shù)較高，一般體 積溶氧系數(shù)為積溶氧系數(shù)為1001000L/h，適合于各種發(fā)酵的溶，適合于各種發(fā)酵的溶 氧要求；氧要求； （2）罐內(nèi)液體和空氣的混合效果較好，不易產(chǎn)生）罐內(nèi)液體和空氣的混合效果較好，不易產(chǎn)生 沉淀，可適應(yīng)有固形物存在的場合，因此又叫全沉淀，可適應(yīng)有固形物存在的場合，因此又叫全 混式發(fā)酵罐；混式發(fā)酵罐； （3）攪拌作用形成的液體流型使氧氣的利用率較）攪拌作用形成的液體流型使氧氣的利用率較 高，所需要的通風量較

34、小；高，所需要的通風量較??； （4）既有通風，又有攪拌，投資成本較大；）既有通風，又有攪拌，投資成本較大； （5）單位溶氧功耗較大，操作費用高；）單位溶氧功耗較大，操作費用高； （6）結(jié)構(gòu)復雜，清洗及維修不便。）結(jié)構(gòu)復雜，清洗及維修不便。 自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮 機提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機械攪機提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機械攪 拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無 菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì) 的發(fā)酵罐。的發(fā)酵罐。 應(yīng)用：應(yīng)用： 醫(yī)藥工業(yè)、酵母工業(yè)、生產(chǎn)葡萄糖酸醫(yī)藥工業(yè)、酵母工

35、業(yè)、生產(chǎn)葡萄糖酸 鈣、力復霉素、維生素鈣、力復霉素、維生素C、酵母、蛋白酶、酵母、蛋白酶 等。等。 一、定義一、定義 自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 充氣原理：充氣原理： 攪拌器由罐底向上伸入的主軸攪拌器由罐底向上伸入的主軸 帶動。帶動。 葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片不斷排開周圍葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片不斷排開周圍 的液體使其背側(cè)形成真空，由的液體使其背側(cè)形成真空，由 導氣管吸入罐外空氣。吸入的導氣管吸入罐外空氣。吸入的 空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉 輪末端排出，并立即通過導輪輪末端排出，并立即通過導輪 向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向 液面，均勻分布。液面，均勻分布。 之自

36、吸式發(fā)酵罐 二、二、 特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 不必配備空氣壓縮機及其附屬設(shè)備，不必配備空氣壓縮機及其附屬設(shè)備， 節(jié)約設(shè)備投資，減少廠房面積。節(jié)約設(shè)備投資，減少廠房面積。 溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。 用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵具有生產(chǎn)效用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵具有生產(chǎn)效 率高、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點。率高、經(jīng)濟效益高的優(yōu)點。 缺點：缺點： 由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易 造成染菌。造成染菌。 必須配備低阻力損失的高效空氣過濾必須配備低阻力損失的高效空氣過濾 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 之自吸式發(fā)酵罐 三、常見類型三、常見類型 機械攪拌自吸式發(fā)酵罐機械

37、攪拌自吸式發(fā)酵罐 噴射自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐 溢流噴射自吸式發(fā)酵罐溢流噴射自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 發(fā)酵罐發(fā)酵罐 1 構(gòu)造構(gòu)造：吸氣攪拌葉輪吸氣攪拌葉輪 和導輪，簡稱為轉(zhuǎn)子和定和導輪，簡稱為轉(zhuǎn)子和定 子。子。 轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主 軸帶動，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時空軸帶動，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時空 氣則由導氣管吸入。氣則由導氣管吸入。 n轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六 葉輪、三葉輪、十字形葉葉輪、三葉輪、十字形葉 輪等，葉輪均為空心形。輪等，葉輪均為空心形。 之自吸式發(fā)酵罐 （一）機械攪拌自吸式（一）機械攪拌自吸式 2 機械攪拌式發(fā)酵機械攪拌式發(fā)酵 罐吸氣原理罐吸氣原

38、理 它的攪拌器是一個空心它的攪拌器是一個空心 葉輪，葉輪快速旋轉(zhuǎn)時葉輪，葉輪快速旋轉(zhuǎn)時 液體被甩出，葉輪中形液體被甩出，葉輪中形 成負壓，從而將罐外的成負壓，從而將罐外的 空氣吸到罐內(nèi)，并與高空氣吸到罐內(nèi)，并與高 速流動的液體密切接觸速流動的液體密切接觸 形成細小的氣泡分散在形成細小的氣泡分散在 液體之中，氣液混合流液體之中，氣液混合流 體通過導輪流到發(fā)酵液體通過導輪流到發(fā)酵液 主體。主體。 之自吸式發(fā)酵罐 （二）（二） 噴射自吸式發(fā)酵罐噴射自吸式發(fā)酵罐 文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐 液體噴射自吸式發(fā)酵罐液體噴射自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐文氏管吸氣自吸

39、式發(fā)酵罐 原理：用泵使發(fā)原理：用泵使發(fā) 酵液通過文氏管酵液通過文氏管 吸氣裝置，由于吸氣裝置，由于 液體在文氏管的液體在文氏管的 收縮段流速增加收縮段流速增加 ，形成真空而將，形成真空而將 空氣吸入，并使空氣吸入，并使 氣泡分散與液體氣泡分散與液體 均勻混合，實現(xiàn)均勻混合，實現(xiàn) 溶氧傳質(zhì)。溶氧傳質(zhì)。 之自吸式發(fā)酵罐 （三）溢流噴射自吸式發(fā)酵罐（三）溢流噴射自吸式發(fā)酵罐 吸氣原理吸氣原理 液體溢流時形成拋射流，由于液體溢流時形成拋射流，由于 液體的表面層與其相鄰的氣體液體的表面層與其相鄰的氣體 的動量傳遞，使邊界層的氣體的動量傳遞，使邊界層的氣體 有一定的速率，從而帶動氣體有一定的速率，從而帶動

40、氣體 的流動形成自吸作用。的流動形成自吸作用。 之自吸式發(fā)酵罐 之氣升式發(fā)酵罐 氣升式發(fā)酵罐(ALR) 工作原理 特點及應(yīng)用 主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù) 典型的氣升式發(fā)酵罐 工作原理工作原理 之氣升式發(fā)酵罐 o 類型類型 帶升式發(fā)酵罐、環(huán)流式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐等。帶升式發(fā)酵罐、環(huán)流式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐等。 o 工作原理工作原理 把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴 射進入發(fā)酵液中，通過氣液混合射進入發(fā)酵液中，通過氣液混合 物的湍流作用而使空氣泡分割細物的湍流作用而使空氣泡分割細 碎，同時由于形成的氣液混合物碎，同時由于形成的氣液混合物 密度降低故向上運動，而氣含率密度降低故向上運動，而

41、氣含率 小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流 動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。 G 泵L G 氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器 o 特點特點 1 1）反應(yīng)溶液分布均勻）反應(yīng)溶液分布均勻 2 2）較高的溶氧速率和溶氧效率）較高的溶氧速率和溶氧效率 3 3）剪切力小）剪切力小 4 4）傳熱良好）傳熱良好 5 5）結(jié)構(gòu)簡單）結(jié)構(gòu)簡單 6 6）能耗?。┠芎男?7 7）不易染菌）不易染菌 8 8）操作和維修方便）操作和維修方便 特點及應(yīng)用特點及應(yīng)用 之氣升式發(fā)酵罐 o 應(yīng)用應(yīng)用 酵母生產(chǎn)、單細胞蛋白生產(chǎn)、細胞培養(yǎng)酵母生產(chǎn)、單細胞蛋白生產(chǎn)、細胞培養(yǎng) 酶制劑和有機酸等發(fā)酵生產(chǎn)、廢

42、水生化處理酶制劑和有機酸等發(fā)酵生產(chǎn)、廢水生化處理 主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù)主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù) 之氣升式發(fā)酵罐 o主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 1 1）反應(yīng)器徑高比）反應(yīng)器徑高比H/DH/D 2 2）導流筒徑與罐徑比）導流筒徑與罐徑比D DE E /D/D 3 3）空氣噴嘴直徑與反應(yīng)器直徑比）空氣噴嘴直徑與反應(yīng)器直徑比D Dl l/D/D o 操作特征操作特征 1 1）平均循環(huán)時間）平均循環(huán)時間t tm m 2 2）氣液比）氣液比R R 3 3）溶氧傳質(zhì)）溶氧傳質(zhì) 之氣升式發(fā)酵罐 空氣噴射裝置 漩渦式空氣噴射器 G 泵L G 之氣升式發(fā)酵罐 G F G 氣升環(huán)流式反應(yīng)器 氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器 多層空氣

43、分布板的 氣升環(huán)流式反應(yīng)器 之氣升式發(fā)酵罐 ICIs air lift system for making single-cell protein in 1979 冷卻水 G G 培養(yǎng)基 AA B 注射入口 ICI壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐 1 2 3 4 5 6 7 11 8 9 10 12 之氣升式發(fā)酵罐 氣升式玻璃發(fā)酵罐 具有外循環(huán)冷卻的 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐 對偶脈沖氣體環(huán)流發(fā)酵罐 之氣升式發(fā)酵罐 v 酒精發(fā)酵設(shè)備酒精發(fā)酵設(shè)備 v 啤酒發(fā)酵設(shè)備啤酒發(fā)酵設(shè)備 v 連續(xù)發(fā)酵設(shè)備連續(xù)發(fā)酵設(shè)備 （二）、嫌氣發(fā)酵設(shè)備（二）、嫌氣發(fā)酵設(shè)備 一、酒精發(fā)酵罐 酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn) 化率條件： (1)滿足酵母生長

44、和代謝的 必要工藝條件 (2)一定的生化反應(yīng)時間 (3)及時移走在生化反應(yīng)過 程中所釋放的生物熱 酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu) 一一 、傳統(tǒng)酒精發(fā)酵罐傳統(tǒng)酒精發(fā)酵罐 圓柱形，底蓋和頂蓋均為錐形。圓柱形，底蓋和頂蓋均為錐形。 在酒精發(fā)酵過程中，為了回收二氧化碳在酒精發(fā)酵過程中，為了回收二氧化碳 氣體及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜氣體及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜 采用密閉式。采用密閉式。 罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、 進料管、接種管、壓力表和測量儀表接進料管、接種管、壓力表和測量儀表接 口管等?？诠艿取?罐底裝有排料口和排污口。罐底裝有排料口和排污口。 罐身上下

45、部裝有取樣口和溫度計接口，罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口， 對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗， 往往在近罐底也裝有人孔。往往在近罐底也裝有人孔。 溫度控制：中小型罐采用罐外噴淋冷卻；大型罐采用罐內(nèi)蛇溫度控制：中小型罐采用罐外噴淋冷卻；大型罐采用罐內(nèi)蛇 管或與罐外噴淋相結(jié)合的冷卻方式。管或與罐外噴淋相結(jié)合的冷卻方式。 清洗方式：人工清洗、機械清洗清洗方式：人工清洗、機械清洗 水力清洗裝置水力清洗裝置：噴水管兩頭彎成一定的弧度并裝有噴嘴，管上：噴水管兩頭彎成一定的弧度并裝有噴嘴，管上 開有小孔，當噴嘴以一定的速度噴出水時，反作用力使噴水管開有小孔，當噴嘴以一

46、定的速度噴出水時，反作用力使噴水管 旋轉(zhuǎn)，從而達到對罐內(nèi)各個部位水力洗滌的目的。旋轉(zhuǎn)，從而達到對罐內(nèi)各個部位水力洗滌的目的。 缺點是水壓不大時，水力噴射強度和均勻度都不理想。若缺點是水壓不大時，水力噴射強度和均勻度都不理想。若 在原有水力噴射裝置的基礎(chǔ)上，安裝一根直立的噴水管，在原有水力噴射裝置的基礎(chǔ)上，安裝一根直立的噴水管， 管上鉆有小孔，洗滌水壓在管上鉆有小孔，洗滌水壓在0.60.60.8MPa0.8MPa，洗滌效果可大大，洗滌效果可大大 提高。提高。 二 、新型大容量酒精發(fā)酵罐（1500m3） 筒體H/D=1.5左右，采用斜底或錐底，頂部為錐頂，罐直 徑11米左右，夾套冷卻。 由于罐太大

47、，因此中心部位降溫和底部循環(huán)困難?？刹捎脙?種不同的措施： 1、采用中心降溫水柱對罐中心醪液進行降溫，或采用罐外螺 旋板換熱器循環(huán)來解決降溫問題 ； 2、側(cè)攪拌或連通器加泵循環(huán)來改善混合和滯留問題； （一）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定（一）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定 ( (二二) ) 罐數(shù)的確定罐數(shù)的確定 ( (三三) ) 發(fā)酵罐冷卻面積計算發(fā)酵罐冷卻面積計算 三三 酒精發(fā)酵罐的計算酒精發(fā)酵罐的計算 四四 代謝終產(chǎn)物抑制消除方法代謝終產(chǎn)物抑制消除方法 消除或減輕代謝終產(chǎn)物的抑制是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。消除或減輕代謝終產(chǎn)物的抑制是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。 對于酒精發(fā)酵來說：酒精濃度大于對于酒精發(fā)酵來說：酒精

48、濃度大于2%2%時，即表現(xiàn)出抑制作用；時，即表現(xiàn)出抑制作用； 酒精濃度大于酒精濃度大于8%8%時，酵母的繁殖就停止了。要保持發(fā)酵的快速時，酵母的繁殖就停止了。要保持發(fā)酵的快速 進行，通常認為反應(yīng)器內(nèi)酒精濃度控制在進行，通常認為反應(yīng)器內(nèi)酒精濃度控制在3%3%以內(nèi)，這就要求不以內(nèi)，這就要求不 斷地分離移去酒精。斷地分離移去酒精。 消除方法有：真空發(fā)酵、萃取發(fā)酵、膜蒸發(fā)發(fā)酵、二氧化碳消除方法有：真空發(fā)酵、萃取發(fā)酵、膜蒸發(fā)發(fā)酵、二氧化碳 氣提發(fā)酵等。氣提發(fā)酵等。 1 1、真空發(fā)酵：、真空發(fā)酵： 原理：發(fā)酵過程中保持一定的真空度，發(fā)酵液處于沸騰狀態(tài)，原理：發(fā)酵過程中保持一定的真空度，發(fā)酵液處于沸騰狀態(tài)，

49、 酒精被蒸餾出來。酒精被蒸餾出來。 主要設(shè)備有發(fā)酵罐、發(fā)酵蒸發(fā)器、總凝器、分凝器、收集器、主要設(shè)備有發(fā)酵罐、發(fā)酵蒸發(fā)器、總凝器、分凝器、收集器、 真空泵。真空泵。 優(yōu)點：糖濃度提高優(yōu)點：糖濃度提高3 3倍，發(fā)酵時間縮短倍，發(fā)酵時間縮短1/31/3；酒糟、水、蒸汽都；酒糟、水、蒸汽都 有減少；生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率提高；酒精濃度可達有減少；生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率提高；酒精濃度可達33%33%。 缺點：能耗大、設(shè)備真空操作負荷大、操作費用高、負壓操作缺點：能耗大、設(shè)備真空操作負荷大、操作費用高、負壓操作 容易引起雜菌污染。容易引起雜菌污染。 2 2、萃取發(fā)酵：、萃取發(fā)酵： 具有能耗低、操作簡便易行的優(yōu)

50、點。發(fā)酵和萃取在同一反應(yīng)具有能耗低、操作簡便易行的優(yōu)點。發(fā)酵和萃取在同一反應(yīng) 器中進行：采用固定化細胞技術(shù)，選擇合適無毒的萃取劑。器中進行：采用固定化細胞技術(shù)，選擇合適無毒的萃取劑。 發(fā)酵和萃取分開進行：發(fā)酵和萃取分開進行： （1 1）膜萃?。簩l(fā)酵液取出，以三聚磷酸丁酯為萃取相，在中）膜萃?。簩l(fā)酵液取出，以三聚磷酸丁酯為萃取相，在中 空纖維膜反應(yīng)器中萃取?？绽w維膜反應(yīng)器中萃取。 （2 2）二氧化碳超臨界萃?。喊l(fā)酵液逆向通過超臨界二氧化碳萃）二氧化碳超臨界萃?。喊l(fā)酵液逆向通過超臨界二氧化碳萃 取柱，富含酒精的超臨界流體通過活性炭柱吸附分離酒精。取柱，富含酒精的超臨界流體通過活性炭柱吸附分離酒

51、精。 3 3、吸附法、吸附法 將吸附劑直接加到發(fā)酵液中或讓發(fā)酵液循環(huán)通過一個疏水將吸附劑直接加到發(fā)酵液中或讓發(fā)酵液循環(huán)通過一個疏水 性的分子篩吸附柱來吸附酒精。性的分子篩吸附柱來吸附酒精。 一般可采用疏水性硅沸石作為吸附劑，采用這種方法發(fā)酵一般可采用疏水性硅沸石作為吸附劑，采用這種方法發(fā)酵 時間可縮短時間可縮短30%30%。 4 4、透析膜法、透析膜法 采用對酒精有選擇性透過的多孔性膜，分離發(fā)酵液中的酒采用對酒精有選擇性透過的多孔性膜，分離發(fā)酵液中的酒 精來降低發(fā)酵液中的酒精濃度。精來降低發(fā)酵液中的酒精濃度。 5 5、二氧化碳氣提法、二氧化碳氣提法 利用發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳，通過循環(huán)壓縮機

52、加壓后，利用發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳，通過循環(huán)壓縮機加壓后， 送回發(fā)酵罐氣提發(fā)酵產(chǎn)生的酒精，在送回發(fā)酵罐氣提發(fā)酵產(chǎn)生的酒精，在00冷卻飽和了酒精和水冷卻飽和了酒精和水 蒸氣的二氧化碳，再由活性炭填充柱吸附酒精，纖維素填充柱蒸氣的二氧化碳，再由活性炭填充柱吸附酒精，纖維素填充柱 吸附水。生產(chǎn)能力提高吸附水。生產(chǎn)能力提高27%27%。 6 6、膜蒸發(fā)法、膜蒸發(fā)法 由發(fā)酵循環(huán)和膜蒸發(fā)兩個獨立的循環(huán)回路組成，兩個回由發(fā)酵循環(huán)和膜蒸發(fā)兩個獨立的循環(huán)回路組成，兩個回 路通過一個可調(diào)優(yōu)的內(nèi)回路連接。路通過一個可調(diào)優(yōu)的內(nèi)回路連接。 二、啤酒發(fā)酵設(shè)備二、啤酒發(fā)酵設(shè)備 啤酒發(fā)酵設(shè)備趨于向大型化、露天化、聯(lián)合的方向

53、發(fā)展。啤酒發(fā)酵設(shè)備趨于向大型化、露天化、聯(lián)合的方向發(fā)展。 變遷過程：變遷過程： 1 1、材料由陶器到木材、水泥、金屬；、材料由陶器到木材、水泥、金屬； 2 2、開放式向密閉式轉(zhuǎn)變；、開放式向密閉式轉(zhuǎn)變； 3 3、臥式方形槽向立式圓筒錐底罐轉(zhuǎn)變；、臥式方形槽向立式圓筒錐底罐轉(zhuǎn)變； 一、啤酒前、后酵發(fā)酵設(shè)備及計算一、啤酒前、后酵發(fā)酵設(shè)備及計算 （一）前發(fā)酵設(shè)備（一）前發(fā)酵設(shè)備 前發(fā)酵槽前發(fā)酵槽為方形開口式或密閉式設(shè)備，均置于室內(nèi)，材為方形開口式或密閉式設(shè)備，均置于室內(nèi)，材 料內(nèi)涂保護層。料內(nèi)涂保護層。 蛇管或排管冷卻，冷卻面積蛇管或排管冷卻，冷卻面積0.2m0.2m2 2/m/m3 3發(fā)酵液，發(fā)酵

54、液，0-20-2冰水冷卻。冰水冷卻。 密閉式密閉式: : 具有回收二氧化碳、減少前發(fā)酵室內(nèi)耗冷量以及減具有回收二氧化碳、減少前發(fā)酵室內(nèi)耗冷量以及減 少雜菌污染機會的優(yōu)點。室內(nèi)采用空調(diào)制冷，實施冷風再循環(huán)。少雜菌污染機會的優(yōu)點。室內(nèi)采用空調(diào)制冷，實施冷風再循環(huán)。 開口式：室內(nèi)裝二氧化碳排除裝置，排管冷卻，補充開口式：室內(nèi)裝二氧化碳排除裝置，排管冷卻，補充10%10%新新 鮮空氣的再循環(huán)方式。鮮空氣的再循環(huán)方式。 發(fā)酵室：四周墻壁和頂棚采用較好的絕熱材料，地面有一定發(fā)酵室：四周墻壁和頂棚采用較好的絕熱材料，地面有一定 的坡度，頂棚應(yīng)建成傾斜或光滑弧面，空間不應(yīng)太高。的坡度，頂棚應(yīng)建成傾斜或光滑弧面

55、，空間不應(yīng)太高。 （二）前發(fā)酵槽的計算（二）前發(fā)酵槽的計算 數(shù)目：數(shù)目：N=nt N=nt 容納一次麥汁量容納一次麥汁量 N=nt/z N=nt/z 容納容納Z Z次麥汁量次麥汁量 容積：容積：V=ZVV=ZV0 0/ / 取取0.8-0.850.8-0.85 產(chǎn)熱量：產(chǎn)熱量：Q=sq/24t J/(mQ=sq/24t J/(m3 3 h) h) 放熱不平衡系數(shù)，取放熱不平衡系數(shù)，取1.3-1.5 1.3-1.5 s s主酵期單位時間降糖百分率主酵期單位時間降糖百分率 q q發(fā)酵發(fā)酵1kg1kg麥芽糖放熱量（麥芽糖放熱量（418.6kJ/kg418.6kJ/kg） （三）后發(fā)酵設(shè)備（三）后發(fā)酵

56、設(shè)備 貯酒罐貯酒罐，完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進，完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進 啤酒穩(wěn)定、澄清和成熟。啤酒穩(wěn)定、澄清和成熟。 后發(fā)酵溫和，產(chǎn)生熱量少，故罐內(nèi)一般無須裝冷卻裝置，后發(fā)酵溫和，產(chǎn)生熱量少，故罐內(nèi)一般無須裝冷卻裝置， 熱量借室內(nèi)低溫帶走。熱量借室內(nèi)低溫帶走。 金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種。由于罐內(nèi)需金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種。由于罐內(nèi)需 飽和二氧化碳，故應(yīng)制成耐壓容器。飽和二氧化碳，故應(yīng)制成耐壓容器。 材料：碳鋼內(nèi)涂防腐層、鋁板、復合鋼板。材料：碳鋼內(nèi)涂防腐層、鋁板、復合鋼板。 （四）后發(fā)酵槽的計算（四）后發(fā)酵槽的計算 后酵槽容積應(yīng)滿

57、足一個或幾個糖化批次的裝料量。一天后酵槽容積應(yīng)滿足一個或幾個糖化批次的裝料量。一天 的過濾量要和后酵槽的數(shù)量匹配，不能濾到一半停下來。的過濾量要和后酵槽的數(shù)量匹配，不能濾到一半停下來。 數(shù)量：數(shù)量：N=V/VN=V/Vs s 容積：容積：V V0 0=V=Vs s/ (m/ (m3 3) ) 0.9-0.950.9-0.95 V V總有效容積總有效容積 (m(m3 3) ) V Vs s每個后酵槽有效容積每個后酵槽有效容積 (m(m3 3) ) 二、新型啤酒發(fā)酵設(shè)備二、新型啤酒發(fā)酵設(shè)備 （一）（一）圓筒體錐底發(fā)酵罐圓筒體錐底發(fā)酵罐 用于上面及下面啤酒發(fā)酵，前后酵可合并在該罐內(nèi)進行。室用于上面及

58、下面啤酒發(fā)酵，前后酵可合并在該罐內(nèi)進行。室 外放置，節(jié)省投資。外放置，節(jié)省投資。 優(yōu)點：能縮短發(fā)酵時間，生產(chǎn)靈活。優(yōu)點：能縮短發(fā)酵時間，生產(chǎn)靈活。 長圓筒形，長圓筒形，H/D=4H/D=4，上部是碟形封頭，下部是錐形底。，上部是碟形封頭，下部是錐形底。封頭封頭 上有：壓力安全閥、真空安全閥、二氧化碳回收，排氣、上有：壓力安全閥、真空安全閥、二氧化碳回收，排氣、 CIPCIP共用一個進口，由一根管道通到操作間再分支。共用一個進口，由一根管道通到操作間再分支。 上面發(fā)酵啤酒：采用上面酵母。發(fā)酵過程中，酵母浮到發(fā)酵面上，上面發(fā)酵啤酒：采用上面酵母。發(fā)酵過程中，酵母浮到發(fā)酵面上， 發(fā)酵溫度發(fā)酵溫度15

59、-2015-20。啤酒的香味突出。啤酒的香味突出。 下面發(fā)酵啤酒下面發(fā)酵啤酒-采用下面酵母。發(fā)酵完畢，酵母凝聚沉淀到發(fā)采用下面酵母。發(fā)酵完畢，酵母凝聚沉淀到發(fā) 酵容器底部，發(fā)酵溫度酵容器底部，發(fā)酵溫度5-105-10。啤酒的香味柔和。世界上絕大部。啤酒的香味柔和。世界上絕大部 分國家采用下面發(fā)酵啤酒。分國家采用下面發(fā)酵啤酒。 我國的啤酒均為下面發(fā)酵啤酒，其我國的啤酒均為下面發(fā)酵啤酒，其 中的著名啤酒有青島啤酒、五星啤酒等。中的著名啤酒有青島啤酒、五星啤酒等。 錐底錐底有：取樣管、啤酒出口、二氧化碳通氣管。筒體上有有：取樣管、啤酒出口、二氧化碳通氣管。筒體上有 冷卻帶、溫度探頭，外包保溫層。冷媒

60、多采用乙二醇、酒精冷卻帶、溫度探頭，外包保溫層。冷媒多采用乙二醇、酒精 溶液或液氨直接蒸發(fā)來冷卻。溶液或液氨直接蒸發(fā)來冷卻。 罐的容量與糖化能力相匹配，以罐的容量與糖化能力相匹配，以12-1512-15小時內(nèi)滿罐為宜。由小時內(nèi)滿罐為宜。由 于后酵要進行二氧化碳飽和，因此應(yīng)做成耐壓罐，利用壓力于后酵要進行二氧化碳飽和，因此應(yīng)做成耐壓罐，利用壓力 及真空安全閥來保證安全受壓。及真空安全閥來保證安全受壓。 壓力過大是由于麥汁進罐時未將排氣口打開，導致罐內(nèi)氣壓力過大是由于麥汁進罐時未將排氣口打開，導致罐內(nèi)氣 體排不出去；發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳也排不出去。體排不出去；發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量的二氧化碳也