发酵工程第7讲分析.ppt

生物反应器(bioreactor)：是指有效利用生物反应机能的系统（或场所）。包括发酵罐、酶反应器、动植物细胞反应器、光合生物反应器、废水处理反应器等。 发酵罐(fermenter)：进行微生物深层培养的设备统称为发酵罐。分好氧发酵罐和厌氧发酵罐。 1 好氧发酵罐（通风式发酵罐） 常用通风发酵罐有以下几种类型： （1）通用式发酵罐 （通风、搅拌式发酵罐） （2）气升式发酵罐 （3）自吸式发酵罐 （4）伍式发酵罐 1.1 通用式发酵罐：具有通气和搅拌装置的立式圆筒形发酵罐。是目前大生产中最常用的发酵罐。其容积可从几升到几百吨不等。包括罐体、搅拌系统、传热系统、通气系统。 1.1.1 罐体： （1）大罐罐体由碳钢或不锈钢材料制成，长圆柱形，椭圆形或拱形封头。罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接。 （2）直径与高度之比 （D/H：1：1.5~4），罐身越长，氧的利用率较高 。 （3）内壁应光滑无死角，耐腐蚀。 （4）发酵罐能承受一定压力； （5）罐体上设人孔、示镜、爬梯及各路接管。进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。 （6）罐体几何尺寸： D/H：1：1.5~4 发酵罐公称容积：V0=Vc+Vb Vc筒身容积，Vb底封头容积。 Vb底封头容积可根据封头的形状、 直径及壁厚查有关化工手册求得。 也可近似地用下式计算。 V0=Vc+Vb= (π/4)D2×H+0.15D3 D罐直径，H罐筒身高 1.1.2 搅拌系统 功能：打碎气泡，均匀培养基， 使液体产生轴向和径向流动。 包括：驱动电机、搅拌轴； 涡轮搅拌器、搅拌叶；挡板； 轴封（端面轴封） 有上、下伸轴：罐体积特别大，使用下伸轴可降低重心，缩短轴长度，转动时噪音小，但轴封要求严格。 1.1.2.1搅拌器： 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。 轴向式搅拌器：桨叶式、螺旋桨式 径向式（涡轮式）搅拌器（Disc turbine）：平直叶、弯叶、箭叶 三种最常见类型的涡轮搅拌叶 a:直叶，b:弯叶，c:箭叶。打碎气泡能力、剪切力 a b c， 径向搅动量及液体翻动的能力： a﹤ b ﹤ c，丝状菌适合用箭叶型 1.1.2.2 挡板： 挡板的作用是改变液流的方向， 由径向流改为轴向流，促使液体 剧烈翻动，增加溶解氧。 W/D=1/8~1/12 （W/D）mb=0.4 mb ：挡板块数 挡板的长度自液面到罐底为止， 挡板与罐壁之间的距离为： （1/5~1/8）W 1.1.2.3消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。消泡器常用的形式有锯齿 式、梳状式。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍。 1.1.2.4 连轴器：大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 1.1.2.5 轴封：轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。有填料函密封圈和端面式轴封等。 填料函式轴封：是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。 填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经常维修，耗工时多。 多采用端面式轴封：基本构件是动环和静环。垂直于轴线 的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而 达到密封。静环多用浸石墨或酚醛树脂；动环一般用青铜。 端面式轴封的优点： 清洁；密封可靠； 无死角，可以防止杂菌污染；使用寿命长； 摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损； 它对轴的精度和光洁度没有填料密封要求那么 严格，轴的震动敏感性小。 1.1.2.6 几何尺寸： d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/d=0.8 ~1 B/D=0.3 ~0.5 (S/d ) 2=1.5 ~2.5 (S/d ) 3=1 ~2 d：涡轮搅拌器直径 (m) D：罐内径 (m) W：挡板宽度(m)