复习2010发酵设备幻灯片.ppt

要求掌握： 1. 重点设备的工作原理、特点、适用范围 2. 重点工艺/方法的流程、特点、适用范围 3. 一些重点理论。 需要掌握的重点设备： 生物反应器：机械通风搅拌发酵罐、酒精发酵罐、气升式发酵罐、啤酒发酵罐 物料处理设备：锤式粉碎机 过滤设备：板框压滤机、转筒真空过滤机、带式真空过滤机 离心分离设备：管式离心机、碟片式离心机 需要掌握的重点设备： 萃取设备：混合设备、离心萃取机 离子交换设备：多孔支持板式离子交换设备 蒸发浓缩设备：管式薄膜蒸发器、刮板式蒸发器、离心薄膜蒸发器 结晶设备：等电结晶罐、真空煮晶锅 空气净化除菌设备：纤维介质深层空气过滤器、旋风分离器 需要重点掌握的工艺流程/方法 1. 反应器的放大 2. 湿法粉碎 3. 淀粉连续蒸煮糖化流程 4. 培养基制备灭菌流程 5. 空气过滤除菌流程 第一章 通风发酵设备 对通风发酵设备的要求： 良好传质和传热性能，培养基流动与混合良好，特别是溶氧性能，供养速率通常被认为是在生物反应器的选择和设计的主要为题；结构严密，防杂菌污染，是必须保证的条件；能耗低，运转经济性好；必要的检测与控制；另外，设备较简单，方便维护检修。 通风发酵罐的类型 机械搅拌式 气升环流式 鼓泡式 自吸式 要求：画出发酵罐结构示意图，并标注出部件名称，掌握发酵罐的设计方法 一、机械搅拌通风发酵罐的结构 通用的机械搅拌通风发酵 罐主要部件有 罐体；搅拌器、挡板、传动装置、轴封； 空气分布器；冷却管（或夹套）；消泡器；人孔、视镜、各种接口等。 搅拌器的主要作用：混合和传质 搅拌器的结构与类型：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。 挡板：挡板的作用是防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍动和溶氧传质。 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。 要达到全挡板条件必须满足下式要求： （b/D）n=0.5 b为挡板宽度，D为发酵罐直径，n为挡板数。 空气分布器：环形管式和单管式。 消泡装置：耙式消泡器、梳齿式打泡器 二、机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧传质 1．一液相间的溶氧传质理论——双膜理论 2. 体积溶氧速率 3. 体积溶氧系数kLα：是衡量生物反应器溶氧性能的一个重要参数 影响kLα的主要因素有： （1）操作变量（条件） （2）发酵罐的结构及几何参数 （3）物料的物化性能 4．机械搅拌通风发酵罐的通风量 （1）持气率 （2）通气速率：常用空截面气速Vs表示，对气液传质有重要影响，它不仅影响体积溶氧系数kLα，而且还影响搅拌功率 （3）通风强度（VVm） ：每立方米发酵液每分钟通入多少立方米的空气。 （4）通气功率：一定压强的无菌空气通过空气分布器或罐口减压膨胀且以一定速度进入发酵液中释放能量，其到气-液-固（细胞）之间的混合。 5．通气压强（发酵罐压） 通气压强对OTR的影响：提高罐压即提高风压，可使相应的饱和溶氧C*增大，从而使溶氧速率OTR=kLα（c*一c）提高。 6．富氧通风 提高生物反应溶氧速率的技术措施 溶氧速率 OTR=KLa(C*-CL)=Kd(P*-P) 提高通气压强 富氧通风 提高KLa(或Kd) 三、机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性 机械搅拌的重要性： 当用同一发酵罐进行试验时，若固定通气量，则当搅拌叶轮形状、大小、数量、转速等参数改变时，所需的通气搅拌功率也随之变化，对发酵结果也产生影响。 搅拌叶轮类型的选择：主要考虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小与种类等等。 搅拌叶尖线速度与剪应力 搅拌叶尖线速度与剪应力对生物细胞的剪切损伤： 其损害程度取决于生物细胞的特性和搅拌力的性质、强度以及作用时间等。 关于搅拌剪切与反应器形式、结构及对象生物细胞的设计准则，目前以搅拌叶尖线速度为基准并以具体条件下实验为标准。 发酵培养液的流变特性 常见的发酵液流变特性类型： （l）牛顿型流体 （2）非牛顿型流体 宾汉（Bingham）塑性流体 拟塑性和涨塑性流体 四、热量传递与换热装置设计计算 1．发酵过程的热量计算 Qt=Q1+Q2一Q3 Q1——生物合成热，包括生物细胞呼吸放热和发酵热两部分。 Q2——机械搅拌放热； Q3——发酵过程通气带出的水蒸气所需的汽化热及气温上升所带出的热量，以及发酵罐壁与环境存在温差而传递散失的热量。 （1）生物合成热计算法 （2）冷却水带出热量计算法 （3）发酵液温升测量计算法 2．发酵罐的换热装置 （1）换热夹