生化工程设备-第一篇-第二章-通气发酵设备-第一节重点.pptx

第一篇 第二章 通气发酵设备;第二章 通气发酵设备; 机械搅拌通气发酵健在生物工程工厂中得到广泛使用，据不完全统计，它占了发酸罐总数的70% ~80%，故又常称之为通用式发酵罐.目前，我国珠海益力味精厂拥有 630m3特大型机械搅拌通气发酵罐，是世界上最大型的通用罐之一，用于谷氨酸发酵，显示出高生产效率、高经济效益的优点。这类发酵罐大多用于通气发酵，靠通入的压缩空气和搅拌叶轮实现发酵液的混合、溶氧传质，同时强化热量传递。; 通用的机械搅拌通气发酵罐主要部件有罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传 动装置、冷却管(或夹套)、消泡器、人孔、视镜等，大型机械搅拌罐结构示意图如图 1-2-1所示。; 1.罐体 罐体由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成，材料以304或316L日，等不锈钢为好.为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130℃和0.25MPa (绝压)。 罐壁厚度取决于罐径、材料及耐受的压强。当受内压时，其壁厚可用下式进行计算： ?; 1m3以下的小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设于孔以方便清洗手口配料。中型和大现发酵罐则装设快开人孔，罐顶装设视镜及光照灯孔，还装设进料管、排气管、接种管和压力表等，排气管应尽可能靠近罐顶中心位置。在罐身 上设有冷却水进出管、进空气管及温度、pH、 溶氧等检测仪表接口。取样管可设在罐顶或罐侧，视操作要求而定。有一点必须注意的是，罐体上的管路越少越好，如进料、补料和接种可共用同一个接口。; 搅拌器的主要作用是混合和传质，使通人的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡细碎以增大气-液界面，以获得所需要的溶氧速率， 并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气-液-固(细胞)，三相的混合与质量传递， 同时强化传热过程。为实现这些日的，搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流动和适度的轴向运动。; 搅拌叶轮大多采用涡轮式，最常用的有平叶式或弯叶式圆盘涡轮搅拌器，叶片数量一般为6 个。此外，还有推进式和Lightnin式搅作叶轮。我们知道，涡轮式搅拌器具有结构简单、传递能量高、溶氧速率高等优点，但其不足之处是轴向混合较差，而且对搅持叶轮包接扫过的区域以外，搅拌强度随着与搅拌轴距离增大而减弱，故当培养液较黏稠时搅拌与混合效果大大下降。上述三种形式的搅拌叶轮结构示意图如圈1-2-2所 示，有关的搅拌流型如图1-2-3所示. ; 为了拆装方便，大型搅拌叶轮可做成两半型，用螺栓联成整体装配于搅拌轴上。发酵罐内装设挡板的作用是防止液面中央形成旋涡流动，增强其滞动和溶氧传质。通常，设 4~6块挡板，其宽度为0.1~O. 12D，则可达到全挡板条件。据研究，全挡板条件必须满足下述条件: ;挡板的高度自罐底起至设计的液面高度为止，同时挡板与罐壁留有一定的空隙，其间隙为（1/8-1/5)D。据经验表明，发酵罐热交换用的竖立的列管、排管或蛇管也可起相应的挡板作用。 ; 轴封的作用是防止染菌和泄漏，大型发酵罐常用的轴封为双端面机械轴封，如图1-2-4 所示.至于填料函轴封，因易磨损和渗漏，放在发酵罐中已不再采用z 双端面机械轴封装置主要由三部分构成，即: (1)动环和静环 应使此摩擦副(即动环和静环)在给定的条件下，负荷最轻、密封效果最好、使用寿命最长。为此，动静环材料均要有良好的耐磨性，摩擦因数小，导热性能好，结构紧密，且动环的硬度应比静环大.通常，动环可用碳化钨钢，静环用聚四氟乙烯。 ;(2)弹簧加荷装置 此装置的作用是产生压紧力使静环端面压紧密切接触，以确必威体育官网网址封。弹簧座靠旋紧的螺钉固定在轴上，用以支撑弹 策，传递扭矩。而弹簧压板用以承受压紧力， 压紧紧静密封元件，传动扭矩带动动环，当工作压力为O. 3~O. 5MPa时，采用2~2. 5mm直径的弹策，自由长度20~30mm，工作长度10~ 15mm。; (3)辅助密封元件 辅助密封元件有动环和静环的密封圈，用来密封动环与轴以及静环与静环腿之间的缝隙。动环密封圈随轴一起旋转，故与轴及动环是相对静止的。静环密封圈是完全静止的。常用的动环密封因为“O形环，静环密封圈为平橡胶垫片。; 对一般的通气发酵罐，空气分布管主要分环形管式和单管式。单管式结构简单实用，管口正对罐底中央，与罐底距离约40mm。若用环形空气分布管，则要求环管上的空气喷孔应在搅拌叶轮叶片内边之下，同时啧气孔应向下以尽可能减少培养液在环形分布管上滞留。根据发酵工厂经验，喷孔直径取2-5mm为好.且喷孔的总裁面积之和等于空气分布管截面积。对机械搅拌通气发酵罐，分布管内空气流速取20m/s左右。; 发酵液中含蛋白质等发泡物质.故在通气搅拌条件下会产生泡沫，发泡严重日才会使发酵液随排气而外溢，造成跑料，且增加杂菌感染机会。在通气发酵生产中有两种消泡