通風(fēng)發(fā)酵-高職高專

1、我?guī)泦?？呵呵第五?通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備大家好歡迎來到我們精英課堂大家好歡迎來到我們精英課堂第一節(jié) 概述 結(jié)構(gòu)及計算改良的機械攪拌通用式第二節(jié) 通風(fēng)固體淺層發(fā)酵設(shè)備 同分發(fā)酵深層設(shè)備第三節(jié) 自吸式發(fā)酵罐 機械攪拌伍式發(fā)酵罐 氣升發(fā)酵罐 液提式發(fā)酵罐 膜生物反應(yīng)器 基因工程菌生物反應(yīng)器首先我們有信心把我們的專業(yè)知識學(xué)扎實機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐在生物工程工廠中得到廣泛機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐在生物工程工廠中得到廣泛使用，無論是用微生物作為生物催化劑，還是有使用，無論是用微生物作為生物催化劑，還是有酶或動植物細(xì)胞酶或動植物細(xì)胞(或組織或組織)作生物催化劑的生物工作生物催化劑的生物工程工廠都有此類設(shè)備。據(jù)

2、不完全統(tǒng)計，它占了發(fā)程工廠都有此類設(shè)備。據(jù)不完全統(tǒng)計，它占了發(fā)酵罐總數(shù)的酵罐總數(shù)的70-80，故又常稱之為通用式發(fā)，故又常稱之為通用式發(fā)酵罐。酵罐。之機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐靠通入的壓縮空氣和攪拌機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐靠通入的壓縮空氣和攪拌葉輪實現(xiàn)發(fā)酵液的混合、溶氧傳質(zhì)，效率高，葉輪實現(xiàn)發(fā)酵液的混合、溶氧傳質(zhì)，效率高，同時強化熱量傳遞。用于抗生素、酵母、氨基同時強化熱量傳遞。用于抗生素、酵母、氨基酸、有機酸或是酶的生產(chǎn)，顯示出高生產(chǎn)效率、酸、有機酸或是酶的生產(chǎn)，顯示出高生產(chǎn)效率、高經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)高經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)點。點。之機械攪拌發(fā)酵罐231軸封軸封 ； 2、20人孔；人孔； 3梯；梯； 4聯(lián)軸

3、；聯(lián)軸；5中間軸承；中間軸承； 6溫度計接口；溫度計接口；7攪拌攪拌葉輪葉輪； 8進(jìn)風(fēng)管；進(jìn)風(fēng)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；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(jìn)料口；進(jìn)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；大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖一、機械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)2.擋板和攪拌器的作用擋板和攪拌器的作用 攪拌器的主要作用是混合和傳質(zhì)，即時使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，氣泡細(xì)碎

4、以增大氣液界面，獲得所需要氧速率，并使生物細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍庖汗?細(xì)胞)三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時強化傳熱過程。 擋板：擋板： 防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，增防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，增加溶解氧，改變液流的方向，由徑向流改為軸向流。加溶解氧，改變液流的方向，由徑向流改為軸向流。通常擋板寬度取通常擋板寬度取( (0.10.12)D，裝設(shè)，裝設(shè)46塊即可滿足全擋塊即可滿足全擋板條件。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)附是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。件而軸功率仍保持不變。 要達(dá)到全擋板條件必須滿足下

5、式要求：要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：5 . 012. 01 . 0nDDnDb 無擋板的攪拌器形成的流型 有擋板的攪拌器形成的流型攪拌器的類型平槳式攪拌器螺旋槳式攪拌器六平葉渦輪式攪拌器六彎葉渦輪式攪拌器六箭葉渦輪式攪拌器攪拌器實物之機械攪拌發(fā)酵罐夾套式熱交換器夾套式熱交換器立式蛇管熱交換器立式蛇管熱交換器立式排管熱交換立式排管熱交換器器適用范圍小型發(fā)酵罐和種小型發(fā)酵罐和種子罐子罐大中型發(fā)酵罐大中型發(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，容易結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，罐內(nèi)死角加工，罐內(nèi)死角少，容易清洗滅少，容易清洗滅菌菌管壁薄，冷卻水流管壁薄，冷卻水流速大，傳熱系數(shù)

6、大，速大，傳熱系數(shù)大，降溫效果較好。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，冷傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降卻水流速低，降溫效果差，傳熱溫效果差，傳熱系數(shù)小。系數(shù)小。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。傳熱系數(shù)比蛇管傳熱系數(shù)比蛇管熱交換器低，用熱交換器低，用水量較大。水量較大。 發(fā)發(fā)酵罐的換熱裝置酵罐的換熱裝置2.發(fā)酵罐的換熱裝置發(fā)酵罐的換熱裝置（1）換熱夾套：）換熱夾套：（2）豎式蛇管：）豎式蛇管：（3）豎式列管：）豎式列管：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

7、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及環(huán)形管等，常用的分布裝置有單管式。布裝置有單管式。4、空氣分布器環(huán)型空氣分布管單管式空氣分布裝置之機械攪拌發(fā)酵罐3.消泡器 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(dá)到消泡的目的。兩相的裝置，從而達(dá)到消泡的目的。 兩種消泡方法兩種消泡方法: (1) 加入化學(xué)消泡劑；加入化學(xué)消泡劑；(2)使用機械消泡裝置

8、使用機械消泡裝置 化學(xué)消泡劑：植物油脂，如玉米油、豆油等；動物油脂，如化學(xué)消泡劑：植物油脂，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。機械消泡裝置類型：最簡單實用為耙式消泡器，此外還機械消泡裝置類型：最簡單實用為耙式消泡器，此外還有旋轉(zhuǎn)有旋轉(zhuǎn)圓盤式消泡器、液體吹入式消泡器、吸引式消泡器、沖擊反射圓盤式消泡器、液體吹入式消泡器、吸引式消泡器、沖擊反射板式消板式消泡器泡器、超聲波消泡器、碟、超聲波消泡器、碟片式消泡片式消泡器等器等。消泡原理及實物其作用是打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中；有其作用是打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中；有渦輪式、推進(jìn)式和渦輪式、推進(jìn)式和Light

9、nin式攪拌葉輪，大多式攪拌葉輪，大多采用渦輪式葉輪，其有平葉式、彎葉式、箭葉采用渦輪式葉輪，其有平葉式、彎葉式、箭葉式之分；從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激式之分；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。烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。圖2.6 發(fā)酵罐攪拌葉輪結(jié)構(gòu)圖1-六直葉渦輪式；2-推進(jìn)式 3-Lightnin A-315式 葉輪葉輪旋風(fēng)離心式葉輪離心式耙式消泡器碟片式消泡器刮板式消泡器與填料密封相比，機械密封具有以下優(yōu)點：與填料密封相比，機械密封具有以下優(yōu)點：1、密封可靠，在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)穩(wěn)定，泄漏量很小，、密封可靠，在長期運轉(zhuǎn)中密封狀態(tài)穩(wěn)定

10、，泄漏量很小，其泄漏量僅為填料密封的其泄漏量僅為填料密封的1左右左右;2、使用壽命長，在油、水介質(zhì)中一般可達(dá)、使用壽命長，在油、水介質(zhì)中一般可達(dá)1-2年或更長，年或更長，在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上；在化工介質(zhì)中一般能工作半年以上；3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率僅為填料密封的、摩擦功率消耗低，其摩擦功率僅為填料密封的10-50；4、軸或軸套基本上不磨損；、軸或軸套基本上不磨損；5、維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下不、維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下不需經(jīng)常性維修；需經(jīng)常性維修；6、抗振性好，對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的、抗振性好，對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密

11、封腔的偏斜不敏感；偏斜不敏感；7、適用范圍廣，能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同、適用范圍廣，能用于高溫、低溫、高壓、真空、不同旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。旋轉(zhuǎn)頻率，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)的密封。3、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等零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)到密封的效果。壓緊螺栓等零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)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

12、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(dá)到密封?；ベN合，并作相對轉(zhuǎn)動而達(dá)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 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)彈簧裝置端面封軸機械軸封裝置1）動環(huán)和靜環(huán)）動環(huán)和靜環(huán)2）彈簧加荷裝置）彈簧加荷裝置3）輔助密封元件）輔助密封元件 “O”形環(huán)和平橡膠墊片形環(huán)和平橡膠墊片氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐

13、目前世界上最大型的通氣發(fā)酵罐就是氣升環(huán)流式的，體積高達(dá)3000多立方米 一、類型一、類型氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等等 氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐已在工罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐已在工業(yè)上應(yīng)用。業(yè)上應(yīng)用。二、工作原理二、工作原理 把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)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(xì)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)。1 1 反應(yīng)溶液分布均勻反應(yīng)溶液分布均勻 氣液固三

14、相均勻混合氣液固三相均勻混合2 2 較高的溶氧速率和溶氧效率，氣升式反應(yīng)器較高的溶氧速率和溶氧效率，氣升式反應(yīng)器具有較高的氣含率和比氣液接觸截面，因而有具有較高的氣含率和比氣液接觸截面，因而有較高的傳質(zhì)速率和溶氧效率。較高的傳質(zhì)速率和溶氧效率。 3 3 剪切力小，對生物細(xì)胞損傷小。無機械攪拌剪切力小，對生物細(xì)胞損傷小。無機械攪拌葉輪葉輪 4 4 傳熱良好。液體綜合循環(huán)速率高，同時便于傳熱良好。液體綜合循環(huán)速率高，同時便于在外循環(huán)管路加裝換熱器。在外循環(huán)管路加裝換熱器。 三、氣升式反應(yīng)器的特點三、氣升式反應(yīng)器的特點5 5 結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。 6 6 操作和維修方便。

15、操作和維修方便。（一）（一） 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 反應(yīng)器高徑比反應(yīng)器高徑比 H/DH/D：5 59 9 導(dǎo)流筒徑與罐徑比導(dǎo)流筒徑與罐徑比 D DE E/D/D： 0.6-0.80.6-0.8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 D l l/D/D導(dǎo)流筒上下端面到罐頂及罐底導(dǎo)流筒上下端面到罐頂及罐底的距離的距離四、氣升環(huán)流式發(fā)酵罐的主要結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)四、氣升環(huán)流式發(fā)酵罐的主要結(jié)構(gòu)及操作參數(shù) 之氣升式發(fā)酵罐ICIs air lift system for making single-cell protein in 1979冷卻水GG培養(yǎng)基AAB注射入口ICI壓力循環(huán)氣升發(fā)

16、酵罐五、典型的氣升環(huán)流發(fā)酵罐簡介五、典型的氣升環(huán)流發(fā)酵罐簡介 英國伯明翰ICI公司的壓力循環(huán)發(fā)酵罐是國際上最出色的代表，公稱體積達(dá)3000m3，液柱高達(dá)55m，故通氣壓力高，發(fā)酵液量2100m3。為了強化氣液混合與溶氧，沿罐高度設(shè)有19塊有下降區(qū)的篩板以防止氣泡合并為大氣泡，同時為使塔頂?shù)臍庖翰糠址蛛x排氣，頂部設(shè)有氣液分離部分，直徑約等于塔徑的1.5倍。之氣升式發(fā)酵罐BIOHOCH 反應(yīng)器徑向流噴射器是核心元件?？諝夂退鄬娙?，含極大能量的水使空氣分散成又細(xì)又均勻的氣泡。循環(huán)管保證流向及液體充分曝氣。BIOHOCH 反應(yīng)器的特點：緊湊，無噪音，無異味 因為反應(yīng)器很高，故占地面積小，不會受噪音

17、和氣味侵?jǐn)_經(jīng)濟(jì) 氧利用率高保證能量節(jié)省80%可靠性 反應(yīng)器易于進(jìn)入，優(yōu)質(zhì)的防腐處理比混凝土更不易泄漏。一旦泄漏發(fā)生，也可立即監(jiān)控。一套完整的系統(tǒng)保證廢水不會無控制流出 。 BIOHOCH 反應(yīng)器處理工業(yè)廢水技術(shù) 之氣升式發(fā)酵罐之自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐 自吸式發(fā)酵罐：自吸式發(fā)酵罐： 不需空氣壓縮機提供加壓空不需空氣壓縮機提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置氣，而依靠特設(shè)的機械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣，實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。吸入無菌空氣，實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。 應(yīng)用：應(yīng)用： 酵母及單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、醋酸發(fā)酵、維酵母及單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、醋酸發(fā)酵、維

18、生素等生產(chǎn)生素等生產(chǎn) 一、自吸式發(fā)酵罐簡介之自吸式發(fā)酵罐 特點：特點： (1)不必配備空氣壓縮機及其附屬設(shè)備，節(jié)約設(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；投資，減少廠房面積； (2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低； (3)生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效率高生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效率高 (4)設(shè)備便于自動化、連續(xù)化。設(shè)備便于自動化、連續(xù)化。 缺點：缺點： 較易產(chǎn)生雜菌污染，需配備低阻力損失低高效空較易產(chǎn)生雜菌污染，需配備低阻力損失低高效空氣過濾系統(tǒng)，罐壓較低，裝料系數(shù)約為氣過濾系統(tǒng)，罐壓較低，裝料系數(shù)約為40。二、機械攪拌自吸式發(fā)酵罐1-人孔 2-進(jìn)風(fēng)管

19、 3-軸封 4-轉(zhuǎn)子 5-電機 6-聯(lián)軸器 7-軸封 8-攪拌軸 9-定子 l0-冷卻蛇管 11-消泡器 12-排氣管 13-消泡轉(zhuǎn)軸 1機機械械攪攪拌拌自自吸吸式式發(fā)發(fā)酵酵罐罐結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)主要構(gòu)件：吸氣主要構(gòu)件：吸氣攪拌葉輪和導(dǎo)攪拌葉輪和導(dǎo)輪（轉(zhuǎn)子和定輪（轉(zhuǎn)子和定子）。子）。2、機械攪拌式發(fā)酵罐吸氣原理、機械攪拌式發(fā)酵罐吸氣原理之自吸式發(fā)酵罐三、噴射自吸式發(fā)酵罐1、噴射自吸式發(fā)酵罐類型：、噴射自吸式發(fā)酵罐類型： 利用文氏罐噴射吸氣裝置或溢流噴射吸氣裝置進(jìn)行混合和溶氧傳質(zhì)。 文氏管自吸式發(fā)酵罐文氏管自吸式發(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 溢流噴射自吸式發(fā)酵罐溢流噴射自吸式發(fā)酵罐12

20、34567之自吸式發(fā)酵罐2、文氏管自吸式發(fā)酵罐、文氏管自吸式發(fā)酵罐l一排氣管 2一罐體 3一換熱夾套 4一循環(huán)泵 5一壓力表 6一文氏管 7一吸氣管 文氏吸氣管結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理：用泵使發(fā)酵液通過文原理：用泵使發(fā)酵液通過文式管吸氣裝置，由于液體在式管吸氣裝置，由于液體在文式管的收縮段流速增加，文式管的收縮段流速增加，形成真空而將空氣吸入，并形成真空而將空氣吸入，并使氣泡分散與液體均勻混合，使氣泡分散與液體均勻混合，實現(xiàn)溶氧傳質(zhì)。實現(xiàn)溶氧傳質(zhì)。2 2、液體噴射自吸、液體噴射自吸式發(fā)酵罐式發(fā)酵罐 液體噴射吸氣裝置簡圖1一高壓料液管 2一吸氣室 3一進(jìn)風(fēng)管 4一噴嘴 5一收縮段 6一導(dǎo)流尾管 7一擴(kuò)散段 溢流噴射自吸式發(fā)酵罐的通氣是依靠溢流噴射器，其吸氣原理是液體溢流