微生物工程(發(fā)酵)第五章-發(fā)酵設(shè)備課件

第五章發(fā)酵設(shè)備第五章發(fā)酵設(shè)備思考題：好氧型發(fā)酵罐的主要類型及其主要特征（氣升氏、自吸式、伍氏、文氏管發(fā)酵罐）通用式攪拌罐的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的作用；思考題：好氧型發(fā)酵罐的主要類型及其主要特征（氣升氏、自吸式、生物反應(yīng)器（Bioreactor）是利用酶或生物體（如微生物）所具有的生物功能，在體外進(jìn)行生化反應(yīng)的裝置系統(tǒng)，它是一種生物功能模擬機(jī)，如發(fā)酵罐、固定化酶或固定化細(xì)胞反應(yīng)器等；發(fā)酵工程中的反應(yīng)器即發(fā)酵罐；5.1發(fā)酵罐的概述生物反應(yīng)器（Bioreactor）是利用酶或生物體（如微生物發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠中主要的設(shè)備，它提供了一個(gè)適應(yīng)微生物生命活動(dòng)和生物代謝的場(chǎng)所；由于微生物分為需氧和厭氧兩大類，故供微生物生存和代謝的發(fā)酵罐也分為厭氧型發(fā)酵罐與通風(fēng)型發(fā)酵罐；不論厭氧或通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備，除了滿足微生物培養(yǎng)所必要的工藝要求外，還得考慮材質(zhì)的要求以及加工制造難易程度等因素發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠中主要的設(shè)備，它提供了一個(gè)適應(yīng)微生物生命活動(dòng)厭氧型發(fā)酵罐（酒精、啤酒、沼氣發(fā)酵）厭氧型發(fā)酵罐（酒精、啤酒、沼氣發(fā)酵）通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣（氧）型發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素、酵母等發(fā)酵用的發(fā)酵罐好氣性發(fā)酵需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣（氧）型發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、好氧型發(fā)酵罐的類型

頂攪拌軸封底攪拌磁傳動(dòng)氣鼓式（鼓泡式）內(nèi)循環(huán)外循環(huán)管道式反應(yīng)器：流動(dòng)代替攪拌填充床（液體循環(huán)）流化床（通氣攪拌）自吸式發(fā)酵罐：不需要空氣壓縮機(jī)，在攪拌過程中自吸入空氣伍式發(fā)酵罐：多用于紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酵母

重組菌生物反應(yīng)器

通用式攪拌罐(滿足供氧、通氣、攪拌)

氣升式發(fā)酵罐

循環(huán)式固定化發(fā)酵罐

好氧型發(fā)酵罐的類型通用式攪拌罐(滿足供氧、通氣、攪拌)大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)以及深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志近代好氧型發(fā)酵工業(yè)的開始在深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)中，好氧型發(fā)酵罐是關(guān)鍵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)以及深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。它是利用機(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繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。它是利用機(jī)械攪拌器的作微生物工程(發(fā)酵)第五章-發(fā)酵設(shè)備ppt課件5.2通用式攪拌罐及其結(jié)構(gòu)5.2.1發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)5.2.2罐體5.2.3攪拌裝置5.2.4擋板5.2.5消泡器5.2.6換熱裝置5.2通用式攪拌罐及其結(jié)構(gòu)5.2.1發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是密封式受壓設(shè)備，主要部件包括：罐身攪拌器軸封消泡器聯(lián)軸器中間軸承空氣吹泡管(或空氣噴射器)擋板換熱裝置人孔以及管路等5.2.1發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是密封式受壓設(shè)備，主要部件包括：5.2.1發(fā)5.2.2罐體罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接，材料一般為不銹鋼為了便于清洗，小型發(fā)酵罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝設(shè)有快開人孔及清洗用的快開手孔。罐頂裝有視鏡及燈鏡。罐頂上的接管有：進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管在罐身上的接管有冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、取樣管、溫度計(jì)管和測(cè)控儀表接口5.2.2罐體罐體的尺寸比例罐的高度與直徑之比一般為1.7~4。發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑的三倍。對(duì)于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌器。最下面一組攪拌器通常與風(fēng)管出口較接近為好，與罐底的距離C一般等于攪拌器直徑Di，不宜小于0.8Di，否則會(huì)影響液體的循環(huán)。最常用的發(fā)酵罐各部分的比例尺寸如圖。罐體的尺寸比例H/D=1.7－4H—筒身高度

HL/D=2－2.5HL按照裝料VL=70%V總計(jì)算

d/D=1/3－1/2d—攪拌器直徑

W/D=1/12－1/10（一般0.1）

W—檔板寬度B/d=0.8－1.0B—下攪拌器距底間距

1.5≤s/d≤2s—攪拌器間距

H/D=1.7－4H—筒身高5.2.3攪拌裝置打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于發(fā)酵液中；產(chǎn)生渦流，延長氣泡在液體中的停留時(shí)間；造成湍流，減小氣泡外滯流液膜的厚度；動(dòng)量傳遞，有利于混合及固體物料保持懸浮狀攪拌器有軸向式（槳葉式、螺旋槳式）和徑向式（渦輪式）兩種5.2.3攪拌裝置攪拌器類型：軸向式：槳葉式螺旋槳式

攪拌器類型：徑向式：渦輪式葉片形狀：平直葉彎葉箭葉在相同的攪拌功率下，粉碎氣泡能力：平>彎>箭翻動(dòng)流體能力：箭>彎>平徑向式：渦輪式在相同的攪拌功率下，5.2.4擋板擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體劇烈翻動(dòng)，增加溶解氧。5.2.4擋板5.2.4擋板

通常，擋板寬度取(0.1~0.2)D，裝設(shè)4~6塊可滿足全擋板條件全擋板條件：是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)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：5.2.4擋板

通常，擋板寬度取(0.1~0.2)D，裝設(shè)5.2.5消泡器消泡器的作用是將泡沫打破；常用的形式有鋸齒式、梳狀式及孔板式?？装迨降目讖郊s10~20毫米；消泡器的長度約為罐徑的0.65倍；5.2.5消泡器消泡器的作用是將泡沫打破；5.2.6換熱裝置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稍高即可，無須進(jìn)行冷卻面積的設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；加工容易，罐內(nèi)無冷卻設(shè)備，死角少，容易進(jìn)行清潔滅菌工作，有利于發(fā)酵。其缺點(diǎn)是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時(shí)降溫效果差，5.2.6換熱裝置夾套式換熱裝置微生物工程(發(fā)酵)第五章-發(fā)酵設(shè)備ppt課件豎式蛇管換熱裝置豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，四組、六組或八組不等，根據(jù)管的直徑大小而定，容積5米3以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。優(yōu)點(diǎn)：冷卻水在管內(nèi)的流速大；傳熱系數(shù)高。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)酵時(shí)降溫困難，發(fā)酵溫度超過40?C，會(huì)影響發(fā)酵產(chǎn)率，因此應(yīng)采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻，如此則增加了設(shè)備投資及生產(chǎn)成本。此外，彎曲位置比較容易蝕穿。豎式蛇管換熱裝置微生物工程(發(fā)酵)第五章-發(fā)酵設(shè)備ppt課件豎式列管(排管)換熱裝置以列管形式分組對(duì)稱裝于發(fā)酵罐內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)。缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。豎式列管(排管)換熱裝置5.3其它通風(fēng)發(fā)酵罐的類型發(fā)酵罐的類型與發(fā)酵類型、工藝類型和產(chǎn)物類型有關(guān)5.3其它通風(fēng)發(fā)酵罐的類型發(fā)酵罐的類型與發(fā)酵類型、工藝類5.3.2氣升式發(fā)酵罐利用空氣噴嘴噴出高速的空氣，空氣以氣泡式分散于液體中，在通氣的一側(cè)，液體平均密度下降，在不通氣的一側(cè)，液體密度較大，因而產(chǎn)生與通氣側(cè)的液體產(chǎn)生密度差，從而形成發(fā)酵罐內(nèi)液體的環(huán)流；5.3.2氣升式發(fā)酵罐利用空氣噴嘴噴出高速的空氣，空氣以氣泡氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積?。粺o攪拌傳動(dòng)設(shè)備，節(jié)省動(dòng)力約50%，節(jié)省鋼材；操作時(shí)無噪音；料液裝料系數(shù)達(dá)80~90％，而不須加消泡劑；維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染但不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對(duì)于粘度較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn)氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及原理分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。其主要結(jié)構(gòu)包括：罐體上升管空氣噴嘴氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及原理5.3.3自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需專門為發(fā)酵罐內(nèi)導(dǎo)入壓縮空氣的適用于好氣發(fā)酵的發(fā)酵罐。它裝有一種特殊設(shè)計(jì)的機(jī)械攪拌裝置，當(dāng)這種攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，緊密貼在槳底的導(dǎo)氣管可借槳葉排出液體時(shí)所產(chǎn)生的局部真空把空氣吸入罐內(nèi)。采用了不同型式、容積的自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)葡萄糖酸鈣、力復(fù)雷素、維生素C、酵母、蛋白酶等，都取得了良好的效果。5.3.3自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需專門為發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)自吸式發(fā)酵罐的罐體結(jié)構(gòu)大致與機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐相同，主要區(qū)別在于攪拌器的形狀和結(jié)構(gòu)不同。自吸式發(fā)酵罐使用的是帶中央吸氣口的攪拌器。攪拌器由從罐底向上伸入的主軸帶動(dòng)，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片不斷排開周圍的液體使其背部形成真空，于是將罐外空氣通過攪拌器中心的吸氣管而吸人罐內(nèi)，吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立即通過導(dǎo)輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，均勻分布。

發(fā)自吸式發(fā)酵罐的罐體結(jié)構(gòu)大致與機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐相同，主要區(qū)別5.3.4伍式發(fā)酵罐攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上，兼作空氣分配器?？諝庥煽招妮S導(dǎo)入，經(jīng)過攪拌器的空心管吹出，與被攪拌器甩出的液體相混合，發(fā)酵液在套筒外側(cè)上升，由套筒內(nèi)部下降，形成循環(huán)；多用于紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酵母5.3.4伍式發(fā)酵罐攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上攪拌時(shí)液體沿著套筒外向上升至液面，然后由套筒內(nèi)返回罐底；設(shè)備的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗套筒較困難