发酵罐放大与设计解读.ppt

第九章 发酵罐放大与设计 发酵罐的基本概念 发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵中一般指进行微生物深层培养的设备。 一、发酵罐的类型 一、发酵罐的类型 一、发酵罐的类型 二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐 利用机械搅拌器的作用，使无菌空气和发酵液充分混合，促进氧溶解，以保证微生物的生长繁殖所需要的氧气。 约占发酵罐总数的70~80%，所以也称标准式或通用式发酵罐。 通用式发酵罐的结构 罐体 轴封 消泡器 搅拌器 联轴器 轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔、管路、测量仪表等 通用式发酵罐的主要部件 (1) 罐体 (2) 搅拌器 (3) 挡板 (4) 轴封? (5) 消泡器 (6) 空气分布管 (1)罐体 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 材料一般为不锈钢。 （1）罐体 为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐则装设有维修或清洗的人孔。 罐顶还装有视镜。 在罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 （1）罐体 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。 (1) 罐体的尺寸比例 (1) 罐体的尺寸比例 (2) 搅拌器 搅拌器的作用 使通入的空气分散成小气泡，增加气液接触，促进氧溶解于发酵液中。 (2) 搅拌器 搅拌器的类型 轴向式搅拌器 螺旋桨式 在相同的搅拌功率PG下， 粉碎气泡能力：平弯箭 翻动流体能力：箭弯平 (3) 挡板 挡板的作用： ——改变液流的方向，由径向流→轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 ——防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不到搅拌作用。 挡板的宽度： W/D=1/12～1/8(取0.1) (4) 轴封 作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。 形式： 填料函轴封 端面轴封(机械轴封) (5) 消泡器 (6) 空气分布器 环形管：属于多孔管式。空气分布均匀，效果不如单管式，且喷气孔容易被堵塞。现很少采用。 (7) 联轴器 (8) 轴承 中型发酵罐装有底轴承，大型发酵罐装有中间轴承。 (9) 变速装置 (9) 变速装置 三角皮带 (10) 传热装置 发酵罐的冷却,主要是考虑： 微生物发酵过程的发酵热 机械搅拌消耗的功率移送给培养基的热量 此外还要考虑,发酵罐空消、实消后的冷却时间。 (11) 人孔 人孔：中大型发酵罐顶装设有人孔，用于发酵罐的维修或清洗。 通用式发酵罐的主要部件 (1) 罐体 (2) 搅拌器 (3) 挡板 (4) 轴封? (5) 消泡器 (6) 空气分布管 思考题 什么是通用式发酵罐？其基本结构包括哪些部件？各有什么作用？ 立式蛇管：在罐内设4组或8组蛇管。其优点为：管内水的流速大，传热系数高，在1200～4000kJ／(m2·h·℃)之间。 可兼起档板的作用。 缺点：罐内立式蛇管体积约占发酵罐的1.5 %容积，蛇管一旦发生泄漏，将造成整个罐批的发酵液染菌，且罐内蛇管也给罐体清洗带来了不便。 近来新型发酵罐的冷却面移至罐外,采用半圆形外蛇管 优点 罐体容易清洗 增强罐体强度,因而可大大降低罐体壁厚,使整个发酵罐造价降低 提高了发酵罐的容积,增大放罐体积 (12) 发酵罐的管路、接口 罐体上的通道口一般有： 　进料口　放料口　接种口　取样口　 消泡剂口　补料口　进气口　排气口　 发酵罐的工作周期 空消—实消—降温、通气—接种、补料、取样—放料—清洗 进料管路有时配在罐体上封头,有时位于罐体下部与放料管路共用一个管口 有时取样、放料、接种使用一个口 (13) 测量仪表 发酵罐检测参数有: pH 值、温度、溶氧值、搅拌速度、罐内压力、空气流量、泡沫度等 这些检测元件必须能满足蒸汽灭菌和不能对发酵液产生污染 仪表的测量点的位置应根据罐内发酵液的流型进行合理的布点 (7)联轴器 (8)轴承 ? (9)变速装置 (10)换热装置 (11)人孔 (12)管路 (13)测量仪表 二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐 径向式（涡轮式） 轴向式 平叶式、弯叶式和箭叶式 螺旋桨式、浆叶式 类型 轴向 径向 桨叶式 六平叶搅拌器 六箭叶搅拌器 六弯叶搅拌器 径向式(涡轮式)搅拌器 涡轮搅拌器要安一个圆盘？ 为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿轴上升 工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的搅拌器 上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器 下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。　 挡板 空气分布器 挡板 无挡板的搅拌器形成的流型 有挡板的搅拌器形成的流型