1通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備

10發(fā)酵設(shè)備FermentationEquipment什么是發(fā)酵設(shè)備？包括那些設(shè)備？在發(fā)酵過(guò)程中具有什么用途和意義？種子制備設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備過(guò)程掌握設(shè)備關(guān)心設(shè)備〔無(wú)菌空氣和培育基制備〕發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備產(chǎn)品提取與精巧設(shè)備廢物回收處理設(shè)備大影響。生物反響器設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則生物反響器應(yīng)具備的條件更快更好地生長(zhǎng)，并得到更多需要的生物量或代謝產(chǎn)物。嚴(yán)密的構(gòu)造良好的液體混合性能高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測(cè)和掌握儀表器受到的外壓略大于內(nèi)壓時(shí)，要防止液體和空氣從反響器外流入器內(nèi)。推斷標(biāo)準(zhǔn)效率。生物反響器設(shè)計(jì)的重要方面能是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。改善生物催化劑；好的過(guò)程掌握；好的無(wú)菌條件；抑制速度限制因素〔物質(zhì)、熱量、質(zhì)量傳遞〕等。設(shè)計(jì)原則在培育系統(tǒng)的已滅菌局部與未滅菌局部之間不能直接連通；污染；的固體物質(zhì)的場(chǎng)所；易于修理；反響器可保持小的正壓。生物反響器開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)和將來(lái)方向開(kāi)發(fā)活性高、選擇性好及壽命長(zhǎng)的生物催化劑細(xì)胞的固定化技術(shù)改進(jìn)生物反響器的傳質(zhì)、傳熱的方法動(dòng)化檢測(cè)和掌握系統(tǒng)掌握使反響器在最正確條件下操作成為可能植物細(xì)胞培育的工業(yè)反響器，固體發(fā)酵反響器、邊發(fā)酵邊分別反響器等的開(kāi)發(fā)研制已獲得廣泛重視降低設(shè)備投資方面，對(duì)連續(xù)過(guò)程更加重視。連續(xù)生物反響器的主要問(wèn)題是產(chǎn)物濃度低。隨著生物催化劑比活力的提高，這個(gè)問(wèn)題將得到彌補(bǔ)。為了抑制發(fā)酵生物反響器的分類(lèi)按所用的生物催化劑的不同分：酶催化反響器和細(xì)胞生物反響器式生物反響器按反響器構(gòu)造特征分：釜式、管式、塔式、膜式等按能量的輸入方式分：括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。利用泵對(duì)液體的噴射作用而使液體循環(huán)的生物反響器等按生物催化劑在反響器中的分布方式分：生物團(tuán)塊反響器、生物膜反響器生物膜反響器〔MBR反響器。這是一類(lèi)僅適合于生化反響的反響器。等多種型式的生物反響器填充床型反響器(PBR)：把催化劑填充在固定床〔填充床〕中的反響器叫做固定床型反響器。這是使用最廣泛的固定化酶反響器，單位體積催化劑負(fù)荷量高、構(gòu)造簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)潔放大、剪切力小、催化效率高。流化床型反響器(FBR)：裝有較小顆粒的垂直塔式反響器。底物以肯定流物、壓降較小等優(yōu)點(diǎn)，也很適于需排氣供氣的反響。按反響物系在反響器內(nèi)的流淌和混合狀態(tài)分：全混流型生物反響器、活塞流型生物反響器〔通氣發(fā)酵罐〕和厭氧微生物反響器〔嫌氣發(fā)酵罐。微生物反響器依據(jù)反響是否需要氧氣為基準(zhǔn)，微生物反響器可分為需氧微生物反響器〔通氣發(fā)酵罐〕和厭氧微生物反響器〔嫌氣發(fā)酵罐。厭氧微生物反響器，除了必需具pH掌握便利，那么，這種反響器的設(shè)計(jì)和操作還是比較簡(jiǎn)潔的。對(duì)于設(shè)計(jì)需氧微生物反響器，除了考慮應(yīng)付雜菌污染和溫度、pH簡(jiǎn)潔掌握外，還要求盡量降低動(dòng)力費(fèi)用和提高溶解氧KLa。通常，可先設(shè)計(jì)出試驗(yàn)室規(guī)模的各種型式的反響器，但真能應(yīng)用到工業(yè)上的懸浮在培育基中的，統(tǒng)稱(chēng)為深層發(fā)酵罐的形式。第一章通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備中，微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中進(jìn)展生長(zhǎng)、陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。通氣攪拌罐是最常用的需氧微生物反響器。反響器主體用不銹鋼制造，攪拌而工業(yè)規(guī)模反響器則裝配兩擋以上的攪拌器。安裝攪拌軸的軸承必需無(wú)菌密封。4～6塊擋板。無(wú)菌空氣從分布器或噴咀吹進(jìn)；罐溫用夾套或蛇管調(diào)整。操作時(shí)，為要使氣體和氣泡能停留在反響器的液面上部空間，液體裝量只能裝到70～80％。培育液簡(jiǎn)潔產(chǎn)生泡沫，須用機(jī)械方法破泡或加消泡劑消泡。如培育液直接在罐內(nèi)用蒸汽滅菌，則蛇管需有相應(yīng)的傳熱面積，以協(xié)作滅菌后冷卻需要。反響過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量來(lái)自微生物反響熱和抑制攪拌粘性應(yīng)力所消耗的能量。對(duì)間歇操作，則以前者為主，可以微生物反響熱的最大值作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。通氣攪拌罐有以下優(yōu)點(diǎn)：⑴pH和溫度簡(jiǎn)潔掌握⑵尺寸放大的方法大致已確定⑶適用于連續(xù)通氣攪拌培育等。反之，也有以下缺點(diǎn)：⑴攪拌功率消耗大絲易被切斷，細(xì)胞易受損傷。常用通風(fēng)發(fā)酵罐有以下幾種類(lèi)型：機(jī)械攪拌發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐文氏管發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類(lèi)型。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，酵所需要的氧氣。使發(fā)酵液中保持的空氣數(shù)量增加，實(shí)際上是增加了傳質(zhì)量。②通過(guò)攪拌，大氣泡被攪拌器打碎，增加比外表積。③攪拌速度越快，攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)增加，增加了傳氧速率。ReND2。發(fā)酵罐的根本條件一共性能優(yōu)良的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐必需滿足以下根本要求：越高，氧的利用率較高。力〔氣壓和液壓〕和溫度，所以罐體各局部要能承受肯定的壓力。③發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必需的溶解氧。熱量必需通過(guò)冷卻來(lái)調(diào)整不同發(fā)酵階段所需的溫度。⑤發(fā)酵罐應(yīng)盡量削減死角，避開(kāi)藏垢積污，滅菌能徹底。⑥攪拌器軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量削減泄漏。發(fā)酵罐罐體的尺寸比例1.7～4倍左右，型的高位罐高：徑=10以上，其優(yōu)點(diǎn)使大大提高了空氣的利用率，但壓縮空氣的壓力需要較高，料液不易混合均勻。s約為攪拌器直徑的三倍。大型發(fā)酵罐，可安裝三組以上的攪拌器。最下面一組攪拌器與風(fēng)管出口較近為好，與罐c一般等于攪拌器直徑D i

0.8D i

。H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)=1.5~2.5或(s/d)=1~2發(fā)酵罐的構(gòu)造及部件等。罐體發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐罐頂和的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝沒(méi)有快開(kāi)入孔及清洗用的快開(kāi)手孔。罐頂還裝有視鏡及燈鏡。在發(fā)酵罐的罐頂上的接收有：進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管。1-2攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的構(gòu)造示意圖攪拌器攪拌器有軸向式〔槳葉式、螺旋槳式〕和徑向式〔渦輪式〕兩種。軸向式攪拌器：槳葉式、螺旋槳式徑向式〔渦輪式〕攪拌器〔Discturbine：平直葉、彎葉、箭葉，國(guó)外多用箭葉式，KLa較小，混合較好，適合于菌絲體發(fā)酵液，由于剪切力小，彎葉式介于二者之間。1-3徑向式〔渦輪式〕攪拌器的構(gòu)造示意圖擋板轉(zhuǎn)變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體猛烈翻動(dòng)，(0.1~0.2)D6~4塊即可滿足全擋板條件。指在肯定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要到達(dá)全擋板條件必需滿足下式要求：與罐壁之間的距離為(1/5-1/8)W，避開(kāi)形成死角，防止物料與菌體積存。消泡器10~200.65倍。聯(lián)軸器軸連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對(duì)正。軸承為了削減震驚，中型發(fā)酵罐—般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)整。罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)承受液體潤(rùn)滑的塑料軸瓦()，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4~0.7％。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套。變速裝置圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動(dòng)較為簡(jiǎn)便。軸封常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。旋轉(zhuǎn)軸到達(dá)密封的效果。填料室的寬度可依據(jù)軸封的直徑打算，其寬度為：S〕

d－轉(zhuǎn)軸直m〕H4S～6S〔mm〕滲漏及染菌；軸的磨損狀況較嚴(yán)峻；填料壓緊后摩擦功率消耗大；壽命短，常常修理，耗工時(shí)多。1-4填料函式軸封的構(gòu)造示意圖稱(chēng)機(jī)械軸封。密封作用是靠彈性元件〔彈簧、波浪管等〕的密封。1-5端面式軸封的構(gòu)造示意圖面式軸封的優(yōu)點(diǎn)：清潔；密封牢靠；無(wú)死角，可以防止雜菌污染；使用壽命長(zhǎng)；摩擦功率耗損小；軸或軸套不受磨損；小。∴在工廠得到廣泛應(yīng)用。端面式軸封的缺點(diǎn)：構(gòu)造比填料函密封簡(jiǎn)單，裝拆不便；對(duì)動(dòng)環(huán)及靜環(huán)的外表光滑度及平直度要求高，否則易泄漏。發(fā)酵罐的換熱裝置①夾套式換熱裝置這種裝置多應(yīng)用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐；夾套的高度比靜止液面高度缺點(diǎn)是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時(shí)降溫效果差，②豎式蛇管換熱裝置這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，根53以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是：冷卻水在管內(nèi)的流速大；傳熱系數(shù)高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。但是氣溫高的地區(qū)，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵40￠aC，影響發(fā)酵產(chǎn)率，因此應(yīng)承受冷凍鹽水或③豎式列管(排管)換熱裝置這種裝置是以列管形式分組對(duì)稱(chēng)裝于發(fā)酵罐內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是：加工便利，適用于氣溫較高，水源充分的地區(qū)。這種裝置的缺點(diǎn)是：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大?？諝夥植佳b置空氣分布裝置的作用是吹入無(wú)菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式40mm，這樣的空氣分散效果較好。距離過(guò)大，分散效果較差，這可依據(jù)溶氧狀況適當(dāng)調(diào)整?？諝庥煞植脊?chē)姵錾仙龝r(shí)，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增0.8直徑為φ5～8mm，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風(fēng)管的截面積。這種空氣分布裝置的空氣分散效果不如單管式。同時(shí)由于噴孔簡(jiǎn)潔堵塞，現(xiàn)已很少承受。通常風(fēng)管內(nèi)空氣流速取20msec。通風(fēng)量在0.02~0.5mlsec時(shí)，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的13次方成正比，分布裝置的分布效果并不低于環(huán)形管。伍式發(fā)酵罐1，構(gòu)造伍式發(fā)酵罐的主要部件是套筒、攪拌器。1-9伍式發(fā)酵罐的構(gòu)造示意圖2，通氣原理簡(jiǎn)單，清洗套筒較困難，消耗功率較高。自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機(jī)，而在攪拌過(guò)程中自吸入空氣的發(fā)酵1450/0.07vvm分別細(xì)小，均勻地接觸，吸入的空氣中70～80％的氧被利用，使酒精轉(zhuǎn)化為醋酸的轉(zhuǎn)化率達(dá)96～97％，每噸醋酸發(fā)酵液耗電量約為1KW h。C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成績(jī)。1，自吸式發(fā)酵罐的構(gòu)造〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕5〕消泡器。1-7自吸式發(fā)酵罐的構(gòu)造示意圖2，自吸式發(fā)酵罐的工作原理由箱底向上升入的主軸帶動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空氣則由導(dǎo)氣管吸入。轉(zhuǎn)子的形式葉輪、六葉輪、三葉輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。在轉(zhuǎn)子啟動(dòng)前，先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒(méi)，然后啟動(dòng)馬達(dá)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體或空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，在這個(gè)過(guò)程中，流流體離開(kāi)轉(zhuǎn)子時(shí)，由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芤灿?，排出的風(fēng)量也越大。圖當(dāng)轉(zhuǎn)子空膛內(nèi)的流體從中心被甩向外緣時(shí)，在轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大，由于轉(zhuǎn)子的空膛用管子與大氣相通，因此大氣的空氣不斷地被吸入，甩向葉輪的外緣，通過(guò)導(dǎo)向葉輪而使氣液均勻分布甩出。由于轉(zhuǎn)子的攪拌作用，氣液在葉輪四周形成猛烈的混合流〔湍流，使剛離開(kāi)葉輪的空氣馬上在循因此自吸式充氣裝置在攪拌的同時(shí)完成了充氣作用。1-8自吸式發(fā)酵罐的導(dǎo)輪的構(gòu)造示意圖及充氣原理3，自吸式發(fā)酵罐的類(lèi)型依據(jù)通氣的型式不同，自吸式發(fā)酵罐可分為三個(gè)類(lèi)型：回轉(zhuǎn)翼片式自吸式發(fā)酵罐；具有轉(zhuǎn)子及定子的自吸式發(fā)酵罐；噴射式自吸式發(fā)酵罐。4，自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)：總過(guò)濾器等設(shè)備，削減廠房占地面積。30％左右，例如應(yīng)用自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)酵母，30~50克。設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，削減勞動(dòng)力。酵母發(fā)酵周期短，發(fā)酵液中酵母濃度高，分別酵母后的廢液量少。設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)潔，溶氧效果高，操作便利。缺點(diǎn)：由于罐壓較低，對(duì)某些產(chǎn)品生產(chǎn)簡(jiǎn)潔造成染菌。文氏管發(fā)酵罐其原理是用泵將發(fā)酵液壓入文氏管中，由于文氏管的收縮段中液體的流速增加，形成真空將空氣吸入，并使氣泡分散與液體混合，增加發(fā)酵液中的溶解氧。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：吸氧的效率高，氣、液、固三相均勻混合，設(shè)備簡(jiǎn)潔，無(wú)須空氣壓縮機(jī)及攪拌器，動(dòng)力消耗省。據(jù)試驗(yàn)證明：收縮段中液體的雷諾準(zhǔn)數(shù)在Re6104以上時(shí)，氣體的吸取率最之比降低，對(duì)于耗氧量較大的微生物發(fā)酵不適宜。此設(shè)備已適用于宇宙飛船的密封艙中，利用藻類(lèi)的光合作用將氣體中的CO2復(fù)原成氧。假設(shè)氮?dú)庵泻?％CO2，利用文氏管裝置只要一個(gè)循環(huán)就可使其中的CO22％。此外，在污水處理和石油發(fā)酵中也正在爭(zhēng)論使用。1-10文氏管發(fā)酵罐的構(gòu)造示意圖氣升式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐其通風(fēng)原理是罐內(nèi)通風(fēng)，靠機(jī)械攪拌作用使氣泡分割細(xì)碎，與培育基充分混合，親熱接觸，以提高氧的吸取系數(shù)；設(shè)備構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，動(dòng)力其特點(diǎn)是：構(gòu)造簡(jiǎn)潔，冷卻面積??；50％，節(jié)約鋼材；操作無(wú)噪音；料液可布滿達(dá)80～90％，而不需加消泡劑；修理、操作及清洗簡(jiǎn)便，削減雜菌感染。缺點(diǎn)：不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對(duì)于粘度大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。氣升式發(fā)酵罐