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通风发酵设备 通风发酵反应器包括酵母发酵罐、单细胞蛋白发酵罐、氨基酸发酵罐、酶制剂发酵罐，抗生素发酵罐等等。发酵反应器是生物工程重要的组成部分，高效反应器的特点是设备简单，不易染菌，体积小，电耗少，单位时间单位体积的生产能力高，代谢放出热量易于移去，操作控制维修方便，生产安全，易于放大。 第一节、机械搅拌通风发酵罐 一、发酵罐的基本条件 机械搅拌发酵罐在工厂广泛采用。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧，供给微生物生长繁殖代谢过程所需的氧。发酵罐的基本条件如下： 二、发酵罐的结构： 通用的机械搅拌通风发酵罐主要部件包括罐体、搅拌器、轴封、打泡器、联轴器、中间轴承、空气吹泡管（或空气喷射器）、挡板、冷却装置、消泡器、人孔以及视镜等。 2．搅拌器和挡板 涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种，其作用主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。为了拆装方便、大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。搅拌器宜用不锈钢板制成。 挡板的作用是防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。挡板宽度约为0.1~0.2D。装设6 ~ 4块挡板，可满足全挡板条件。所渭“全挡板条件”是指在一定转速下，再增加罐内附件，轴功率仍保持不变。 3．轴封 轴封的作用是防止泄漏和染菌。常用轴封有填料函和端面轴封两种。 填料函轴封的优点是：结构简单； 缺点是：(1)死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；(2)轴的磨损情况较严重；(3)填料压紧后摩擦功率消耗大；(4)寿命短，维修工时多。 端面轴封的作用是靠弹性元件 (弹簧、波纹管等) 的压力使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。其优点是：(1)清洁；(2)密封可靠，使用时间较长，不会泄漏：(3)无死角，可防止杂菌污染；(4)寿命长，质量好的2—5年不需修理；(5)摩擦功率耗损小，一般为填料密封的10、50%；(6)轴或轴套不受磨损：(7)对轴的震动敏感性小。但结构比较复杂，装拆不便，对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。 4. 空气分布器 一般的通气发酵罐，空气分布装置有单管式及环形管式等。常用单管式，管口正对罐底中央，与罐底距离约40mm，这样空气分散效果较好，若距离过大，空气分散效果就较差。我们要求气泡上升时能被搅拌器打碎成小气泡，与醪液充分混合，增加气液传质效果。环形管直径为搅拌器直径的0.8倍较好，喷孔直径为5~8mm，喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积，由于喷孔易堵，已很少采用。风管内空气流速取20m/s，在罐底中央衬上不锈钢圆板，防止空气冲击，以延长罐底寿命。 5．消泡器 在通气发酵生产中，有两种消泡方法：一是加入化学消泡剂，如月桂基磺酸钠等；二是使用机械消泡装置。 常用消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式等几种，孔板式的孔径约10~20mm。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。 三、机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧传质 在通风发酵中，空气中的氧首先溶解在液体中，然后才能被微生物利用。发酵设备的重要任务之一是要供给足够的溶解氧，以满足微生物的需要。 氧由空气泡传递到生物细胞按双膜理论可分成几步进行： （二）溶氧与罐体设计的联系： 持气率： 2. 随着通气量的增大，通气搅拌功率会降低，故为了提高溶氧传质，必须适当提高搅拌转速或增大搅拌叶轮直径，或两者均提高，以维持通气搅拌功率不变。 3. 较低的通气速率和泡沫水平可使敏感的生物如动物细胞受损伤，甚至在很低的搅拌速率下也如此。故在组织培养中必须注意搅拌叶轮结构的改进，使用低剪切力的叶轮。 四、搅拌流型 流型与气固液相的混合效果以及氧气的溶解、热量的传递有密切的关系。流体流动型式决定于搅拌器、附件及其安装位置。 2．涡轮式搅拌器流型 图所示为罐内具有挡板时的搅拌流型。如不满足全挡板条件，轴中心位置也有凹陷的漩涡。安装冷却排管，也可消除凹陷漩涡。 3．装有套筒的搅拌流型 在罐安装套筒，可加强循环输送，并能将液面的泡沫从套筒上部吸入，增加溶氧，且有自消泡能力。如图所示。 右图是涡轮在套筒内的多级乳化循环的流型。运用于烷烃类不溶于水的原料的搅拌混合，其溶氧速率很高。 五、发酵罐体的尺寸比例 罐体各部分的尺寸有一定比例，高径比约为2.5~4。高位罐的高径比达10以上，虽然空气利用率较高，但压缩空气的压力需要较高，顶料与底料不易混合均匀，厂房较高。 发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的3倍。对于大型发酵罐以及液体深度