生物工程设备 教学课件 作者 郑裕国 主编 薛亚平 副主编 第六章 通风发酵设备.ppt

尚辅网 尚辅网 生物工程设备 第六章 通风发酵设备 对通风发酵设备的要求 （1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好，内部附件尽量减少，以利于灭菌彻底和减少金属离子对发酵的影响。 （2）有良好的气液接触和液固混合性能，使物质传递、气体交换能有效地进行。 （3）在保证发酵要求的前提下，尽量减少搅拌和通气时所消耗的动力， 对通风发酵设备的要求 （4）有良好的热量交换性能，以适应灭菌操作和使发酵在最适温度下进行； （5）尽量减少泡沫的产生或附设有效的消沫装置，以提高装料系数； （6）附有必要的可靠检测及控制仪表。 1.?????? 发酵罐的结构 一机械搅拌通用式发酵罐 （一）发酵罐的基本条件 原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖，发酵所需要的氧气。 基本要求 1.结构上具有适宜的径高比。发酵罐的高度与径高比一般为1.7~4，罐身越长，氧气的利用率越高。 2.有一定的刚度与强度，由于发酵罐在灭菌过程和工作时，罐内有一定的压力和温度。因此需要一定的强度。 3.搅拌通风装置使之气液充分混合，保证发酵液一定的溶解氧。 4.足够的冷却面积。 5.尽量减少死角。 6.轴封严密。 7.维修操作检测方便 （二）发酵罐的结构 好气性机械搅拌发酵罐是密闭式受压设备，主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、打泡器、中间轴承、空气吹管（或空气喷射管），挡板、冷却装置、人孔等 1.罐体 结构：圆柱体和椭圆封头或碟形封头焊接而成， 材料为碳钢或不锈钢。大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成。 刚度和强度：受压容器，空消或实消，通常灭菌的压力为2.5Kg/m3。 小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接。顶部设有清洗用的手孔。 接管 罐顶：进料管，补料管，排气管，接种管和压力表管。 罐身：冷却水进出管，进空气管，温度计管和测控仪表接口。排气管应尽量靠近封头的轴封位置。 2.搅拌装置 目的：有利于液体本身的混合及气液、气固之间的混合， 质量和热量的传递，特别是对氧的溶解具有重要的意义， 加强气液之间的湍动，增加气液接触面积及延长气液接触时间。 搅拌器结构 搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的液流。 发酵罐中以径向液流为主。 用涡轮式搅拌器时为避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿着搅拌轴上升，在搅拌器中央常带有圆盘。 常用的涡轮式搅拌器有平叶式、弯叶式和箭叶式三种。 叶片数一般为六个，也有少至四个或多至八个的。 搅拌器结构 为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。 功率消耗：平板式最大，弯叶式次之，箭叶式最小。 搅拌器宜用不锈钢制造。 1.?????? 圆盘平直叶涡轮搅拌器 与没有圆盘的平直叶涡轮搅拌特性差别小， 从单口管喷出的气泡受到圆盘的阻挡，避免从轴部的叶片空隙上升，保证了气泡的更好的分散。 循环输送量和功率输出大 适用于各种流体，包括粘性流体、非牛顿流体的搅拌混合。 2.?????? 圆盘弯叶涡轮搅拌器 搅拌流型与平直叶涡轮相似， 造成液体径向流动较为强烈， 因此在相同的搅拌转速时，混合效果较好，功率输出较小。 适用于混合要求特别高，而溶氧速率相对要求较低的发酵产品生产。 3.?????? 圆盘箭叶涡轮搅拌器 其搅拌流型与上述两种涡轮相近 轴向流动更强烈。 相同转速条件下，造成的剪切率低，输出功率也较低。 挡板 阻止液面中央部分产生下凹的旋涡， 6~4块挡板可满足全挡板条件,宽度为0.1-0.12D。 全挡板条件：能达到消除液面旋涡的最低条件。在一定的转速下面增加罐内附件而轴功率保持不变。此条件与挡板数Z，与挡板宽度W与罐径D之比有关。 挡板计算 n(b/D) =n（ 0.1-0.12D）/D=0.5 D—发酵罐直径， b—挡板宽度 N-挡板数 3. 通气装置 将无菌空气导入罐内的装置 最简单的通气装置：单孔管，单孔管的出口位于最下面的搅拌器的正下方，开口往下，以免培养液中固体物质在开口处堆积和罐底固形物质沉淀。 管口与罐底的距离约为40mm。 开口朝下的多孔环形管： 环的直径约为搅拌器直径的0.8倍。 小孔直径5-8mm孔的总面积约等于通风管的截面积。 通气量较小时，气泡的直径与空气喷口直径有关。 喷口直径越小，气泡直径越小，氧的传质系数越大。 发酵过程中通气量较大，气泡直径仅与通气量有关而与分布器直径无关。 强烈机械搅拌时，多孔分布器对氧的传递效果并不比单孔管为好，会造成不必要的压力损失，且易使物料堵塞小孔。 4.传热装置 排除发酵过程中由于生物氧化作用及机械搅拌产生的热量的装置 在发酵过程中，放出的热量可用如下的热平衡方程式： Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q显-Q辐射 Q发酵发酵过程中释放的净热量 Q生物—生