好氧發(fā)酵工藝與設(shè)備-通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備

第三節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備機(jī)械攪拌通風(fēng)式生物反應(yīng)器通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備的類型通風(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)酵罐一、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐主要部件包括：

罐身軸封消泡器攪拌器視鏡換熱裝置擋板空氣分布管人孔以及管路進(jìn)出料口1－軸封；2、20－人孔；3－梯；4－聯(lián)軸節(jié)；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1.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。2.攪拌器

攪拌器的主要作用是混合和傳質(zhì)。使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合。2)使氣泡細(xì)碎以增大氣-液界面，以獲得所需要的溶氧速率。3)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?液-固三相的混合與質(zhì)量傳遞。4)強(qiáng)化傳熱過程。不同攪拌器的流型示意圖平直葉彎葉箭葉液體徑向流動(dòng)強(qiáng)烈，攪拌能力最弱，消耗功率大，粉碎氣泡能力最強(qiáng)混合要求特別高時(shí)用該種，消耗功率較小，粉碎氣泡能力次之液體軸向流動(dòng)更強(qiáng)烈，攪拌能力最強(qiáng)，消耗功率最小，粉碎氣泡能力最弱通用式機(jī)械攪拌生化反應(yīng)器中的直葉渦輪攪拌器為什么要安一個(gè)圓盤呢？3.擋板擋板的作用：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)增加溶解氧上述三種渦輪攪拌器的攪拌流型基本上相同，各在渦輪平面的上下兩側(cè)形成向上和向下的兩個(gè)翻騰。如不滿足全擋板條件，軸中心位置也有凹陷的旋渦。適當(dāng)?shù)陌才爬鋮s排管，也可基本消除軸中心凹陷的旋渦可以大大加強(qiáng)循環(huán)輸送效果。能將液面的泡沫從套簡(jiǎn)的上部入口，抽吸到液體之中，具有自消泡能力。裝有套筒時(shí)的攪拌器攪拌流型4.軸封作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和染菌。填料函軸封端面軸封（機(jī)械軸封）轉(zhuǎn)軸單端面機(jī)械封軸動(dòng)環(huán)靜環(huán)堆焊硬質(zhì)O形環(huán)雙端面機(jī)械封軸雙端面軸封（1）動(dòng)環(huán)和靜環(huán)應(yīng)使此摩擦副（即動(dòng)環(huán)和靜環(huán)）在給定的條件下，負(fù)荷最輕，密封效果最好，使用壽命最長(zhǎng)。為此，動(dòng)、靜環(huán)材料均要有良好的耐磨性，摩擦因數(shù)小，導(dǎo)熱性能好，結(jié)構(gòu)緊密，且動(dòng)環(huán)的硬度應(yīng)比靜環(huán)大。（2）彈簧加荷裝置此裝置的作用是產(chǎn)生壓緊力，使動(dòng)、靜環(huán)端面壓緊密切接觸，以確保密封。（3）輔助密封原件輔助密封原件有動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的密封圈，用來密封動(dòng)環(huán)與軸以及靜環(huán)與靜環(huán)座之間的縫隙。動(dòng)環(huán)密封圈隨軸一起旋轉(zhuǎn)，故與軸及動(dòng)環(huán)是相對(duì)靜止的。靜環(huán)密封圈是完全靜止的。常用的動(dòng)環(huán)密封圈為“O”形環(huán)，靜環(huán)密封圈為平橡膠墊片。?端面式軸封的優(yōu)點(diǎn)：–清潔；–密封可靠；–無死角，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；–它對(duì)軸的精度和光潔度沒有填料密封要求那么嚴(yán)格，對(duì)軸的震動(dòng)敏感性小。?端面式軸封的缺點(diǎn)：–結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，裝拆不便；–對(duì)動(dòng)環(huán)及靜環(huán)的表面光潔度及平直度要求高。5.空氣分布器作用：吹入無菌空氣，使空氣分布均勻。6.消泡器機(jī)械消泡裝置：一類置于罐內(nèi)，目的是防止泡沫外溢，另一類置于罐外，能夠?qū)呐艢庵蟹蛛x已溢出的泡沫使之破碎后將液體部分返回罐內(nèi)。蛇形柵條槳7.換熱裝置夾套式換熱裝置換熱裝置豎式蛇管換熱裝置豎式列管(排管)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(jiǎn)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。

缺點(diǎn)：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時(shí)降溫效果差。a)—夾套傳熱

(b)—列管傳熱夾套式換熱裝置容積5m3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。

缺點(diǎn)：氣溫高的地區(qū)應(yīng)采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻，這樣就增加了設(shè)備投資及生產(chǎn)成本。此外，彎曲位置比較容易蝕穿。豎式蛇管換熱裝置豎式列管(排管)換熱裝置

這種整置是以列管形式分組對(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)，當(dāng)流速較快時(shí)，降溫速度快。

缺點(diǎn)：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。（一）氣升式發(fā)酵罐二、其他通風(fēng)發(fā)酵罐簡(jiǎn)介1.氣升環(huán)式發(fā)酵罐的工作原理特點(diǎn)：沒有攪拌器，且有定向循環(huán)流動(dòng)河南蓮花味精集團(tuán)公司使用的氣升式發(fā)酵罐照片氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)外循環(huán)內(nèi)循環(huán)式外循環(huán)式其主要結(jié)構(gòu)包括：罐體，上升管、下降管、空氣噴嘴氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn)(1)反應(yīng)溶液分布均勻；(2)較高的溶氧速；(3)剪切力小，對(duì)生物細(xì)胞損傷小；(4)傳熱良好；(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造；(6)操作和維修方便。（二）自吸式發(fā)酵罐圖1機(jī)械攪拌自吸式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌自吸式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)：1.罐體2.自吸攪拌器及導(dǎo)輪3.軸封4.換熱裝置5.消泡器工作原理：自吸式發(fā)酵罐的導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)示意圖及充氣原理

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?gòu)S房面