發(fā)酵與釀造的主要設(shè)備

通風(fēng)發(fā)酵罐

類型：?????íì通風(fēng)固相發(fā)酵設(shè)備自吸式發(fā)酵罐氣升環(huán)流發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐常用通風(fēng)發(fā)酵罐當(dāng)前第1頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)通風(fēng)發(fā)酵罐

機(jī)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

自吸式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌自吸式噴射自吸式溢流噴射自吸式

通風(fēng)固相發(fā)酵罐作業(yè)當(dāng)前第2頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐(TRC)

工作原理：利用機(jī)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，以保證供給微生物生長(zhǎng)繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。(1)具有適宜的徑高比；(2)能夠承擔(dān)一定壓力；(3)保證必需的溶解氧；(4)具有足夠的冷卻面積；(5)盡量減少死角，滅菌徹底，避免染菌；(6)軸封嚴(yán)密。之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐

發(fā)酵罐的基本條件：當(dāng)前第3頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)231－軸封；2、20－人孔；3－梯；4－聯(lián)軸；5－中間軸承；6－溫度計(jì)接口；7－攪拌葉輪；8－進(jìn)風(fēng)管；9－放料口；10－底軸承；11－熱電偶接口；12－冷卻管；13－攪拌軸；14－取樣管；15－軸承座；16－傳動(dòng)皮帶；17－電機(jī)；18－壓力表；19－取樣口；21－進(jìn)料口；22－補(bǔ)料口；23－排氣口；24－回流口；25－視鏡；圖2.1大型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第4頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖2.2小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前第5頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐圖2.3自動(dòng)玻璃發(fā)酵罐圖2.4玻璃攪拌發(fā)酵罐圖2.5不銹鋼攪拌發(fā)酵罐當(dāng)前第6頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)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，在一定壓力和溫度下操作，罐為一個(gè)受壓耐溫容器，通常要求耐受130℃和0.25MPa(絕對(duì)壓力)。之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐罐體受內(nèi)壓的壁厚：受外壓的壁厚：當(dāng)前第7頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐

攪拌器和擋板

攪拌器：

有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進(jìn)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。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-LightninA-315式圖2.7不同攪拌器的流型當(dāng)前第8頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)擋板：

改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解氧。通常擋板寬度取(0.1～0.12)D，裝設(shè)4~6塊即可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”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。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐無擋板的攪拌器形成的流型有擋板的攪拌器形成的流型當(dāng)前第9頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐軸封

填料函軸封：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(dá)到密封的效果。作用：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。端面式軸封又稱機(jī)械軸封：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(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。

常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。壓緊螺栓填料箱體圖2.10填料函轉(zhuǎn)軸填料壓蓋銅環(huán)填料轉(zhuǎn)軸圖2.11端面封軸動(dòng)環(huán)靜環(huán)堆焊硬質(zhì)O形環(huán)圖2.12雙端面封軸密封環(huán)攪拌軸罐體齒輪箱傳動(dòng)齒輪箱當(dāng)前第10頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)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?？諝庥煞植脊車姵錾仙龝r(shí)，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。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(shí)由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。

通常通風(fēng)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，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補(bǔ)強(qiáng)?？裳娱L(zhǎng)罐底壽命

空氣分布器當(dāng)前第11頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐消泡裝置消泡裝置就是安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)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)兩相的裝置，從而達(dá)到消泡的目的。兩種消泡方法:(1)加入化學(xué)消泡劑；(2)使用機(jī)械消泡裝置化學(xué)消泡劑：植物油脂，如玉米油、豆油等；動(dòng)物油脂，如豬油等；高分子化合物。機(jī)械消泡裝置：最簡(jiǎn)單實(shí)用為耙式消泡器，此外還有渦輪消泡器、旋風(fēng)離心式和葉輪式離心消泡器、碟片式消泡器和刮板式消泡器等。旋風(fēng)離心式葉輪離心式耙式消泡器當(dāng)前第12頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)碟片式消泡器刮板式消泡器之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐當(dāng)前第13頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)大型發(fā)酵罐攪拌軸較長(zhǎng)，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。之機(jī)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。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。聯(lián)軸器法蘭當(dāng)前第14頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)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。罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)采用液體潤(rùn)滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐軸承底軸承中間軸承當(dāng)前第15頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐冷卻裝置夾套冷卻豎式蛇管冷卻豎式列管冷卻適用范圍5m3以下小發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐氣溫較高的地區(qū)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，罐內(nèi)死角少，容易清洗滅菌流速大，傳熱系數(shù)大，降溫效果較好。加工方便，提高傳熱推動(dòng)力的溫差。缺點(diǎn)傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降溫效果差。冷卻水較高時(shí)，降溫困難，彎曲位置易腐蝕。用水量較大。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(jìn)行循環(huán)冷卻。當(dāng)前第16頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)圖2.13機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的幾何尺寸之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的幾何尺寸及體積體積尺寸橢圓形封頭體積：發(fā)酵罐的總體積：近似為：當(dāng)前第17頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的熱量傳遞

發(fā)酵過程的熱量計(jì)算生物合成熱量計(jì)算法冷卻水帶出熱量計(jì)算法發(fā)酵液溫升測(cè)量計(jì)算法當(dāng)前第18頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)攪拌器軸功率的計(jì)算（單只攪拌槳）不通氣條件下的軸功率P0計(jì)算魯士頓(RushtonJ.H.)公式：P0－無通氣攪拌輸入的功率（W）；NP－功率準(zhǔn)數(shù)，是攪拌雷諾數(shù)ReM的函數(shù)；ω－渦輪轉(zhuǎn)速（r/s）；ρL－液體密度（kg/m3）；μ－液體粘度（N.s/m2）；D－渦輪直徑（m）；圓盤六平直葉渦輪NP≈6圓盤六彎葉渦輪NP≈4.7圓盤六箭葉渦輪NP≈3.7當(dāng)前第19頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐當(dāng)前第20頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐(ALR)

工作原理特點(diǎn)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

當(dāng)前第21頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)工作原理之氣升式發(fā)酵罐類型氣升環(huán)流式、塔式、空氣噴射式等。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(shí)由于形成的氣液混合物密度降低故向上運(yùn)動(dòng)，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器當(dāng)前第22頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)特點(diǎn)1）反應(yīng)溶液分布均勻2）較高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）傳熱良好5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單6）能耗小7）不易染菌8）操作和維修方便特點(diǎn)及應(yīng)用之氣升式發(fā)酵罐應(yīng)用酵母生產(chǎn)、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、細(xì)胞培養(yǎng)酶制劑和有機(jī)酸等發(fā)酵生產(chǎn)、廢水生化處理當(dāng)前第23頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù)之氣升式發(fā)酵罐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1）反應(yīng)器徑高比H/D2）導(dǎo)流筒徑與罐徑比DE/D3）空氣噴嘴直徑與反應(yīng)器直徑比Dl/D操作特征1）平均循環(huán)時(shí)間tm2）氣液比R3）溶氧傳質(zhì)當(dāng)前第24頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之氣升式發(fā)酵罐空氣噴射裝置漩渦式空氣噴射器當(dāng)前第25頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之氣升式發(fā)酵罐氣升環(huán)流式反應(yīng)器氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器多層空氣分布板的氣升環(huán)流式反應(yīng)器當(dāng)前第26頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之氣升式發(fā)酵罐ICI'sairliftsystemformakingsingle-cellproteinin1979注射入口ICI壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐當(dāng)前第27頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)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)酵罐當(dāng)前第28頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)對(duì)偶脈沖氣體環(huán)流發(fā)酵罐之氣升式發(fā)酵罐當(dāng)前第29頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐：

不需空氣壓縮機(jī)提供加壓空氣，而依靠特設(shè)的機(jī)械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣，實(shí)現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐。應(yīng)用：

酵母及單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、醋酸發(fā)酵、維生素等生產(chǎn)當(dāng)前第30頁\共有44頁\編于星期二\19點(diǎn)之自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐優(yōu)點(diǎn)：

(1)不必配備空氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資，減少廠房面積；(2)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(4)設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化。