5 第五章 通风发酵罐..ppt

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5 第五章 通风发酵罐.

第五章 通风发酵设备 微生物:好氧性M,厌氧性M,与之对应的设备可分为嫌气发酵罐,通风发酵罐; 通风发酵罐性能指标:溶氧系数的高低及传氧效率(传递1kg氧所消耗的功率); 好氧发酵要将空气或纯氧不断地通入发酵液中,供给微生物所需的氧气,气泡越小,气液接触面积越大,氧的溶解速率也越快,利用率越高,产品的产率也会越大。 ☆气升环流发酵罐 在气升罐内设置空心圆筒,圆筒下部接着空气分布器,气液混合经圆筒内上升,从上面出来后,向下运动,再由圆筒下部同空气一起进入圆筒。 气升环流发酵罐分高位、低位和压力发酵罐 另一个圆筒和多个圆筒以及套筒几种形式。 微生物反应通风搅拌罐放大原则: 1.以体积溶氧系数〔kla〕为基准的放大; 2.以单位培养液体积搅拌功率(P0/Vl)相等为基准的放大; 3.以搅拌涡轮尖端线速率(nπD)为基准的比拟放大; 4.以混合时间(tm)相等为基准比拟放大; 5、以搅拌雷诺准数Rem相等为依据;控制H、Ql等通过反馈控制条件,尽可能使重要环境因子一致。 一、以体积溶氧系数为基准的比拟放大法 有的菌种在深层培养时 醪中溶氧 A B E 耗氧速率很快,溶氧速率能否与耗氧 C D 速率平衡成为生产成败限制性因素。 时间 耗氧速率可测定,即在小罐里,用仪器测量记录醪液中溶氧浓度,先正常通气搅拌,溶氧水平为AB线,此时溶氧的供需平衡;然后停止通气而继续搅拌,醪中溶氧因菌体所耗而直线下降即BC段。到C点以后溶氧浓度下降的速度显著缓慢下来,成为水平线段,表示菌体的正常代谢活动停止。C点所表示的溶氧浓度即为临界溶氧浓度.从BC为直线可以认为当醪内溶氧浓度c高于c界时,菌体耗氧速率与醪内溶氧浓度无关,过高的溶氧是不需要的。 1 溶氧系数 另外,从BC线的斜率可以算出菌体的耗氧速率(molO2 / mlmin)或(molO2/g菌体min),也可算出醪内溶氧浓度变化速率。 如果上述试验是在菌体耗氧速率最高阶段进行的,那么当耗氧最旺盛时,溶氧浓度c界达到供耗平衡的条件为:kla=Nv /〔c*-c界〕 Nv-体积溶氧速率; 式中Nv 和c界为实验测得的数值。 若c界约为5%饱和度,即0.01mmol/L左右。已知c*=0.21mmol/L。 则此发酵过程应该具有的kla值应比0.01mmol/L值略高,否则,当耗氧最盛时,醪内溶氧将有可能降至c界以下。 实验证明,有的菌株能在很短的时间内就把接近饱和的溶氧消耗降低到C点,有的则需要较长的时间。 用溶氧系数相等的原则比拟放大设备是合理的。 二、以单位培养液体积搅拌功率相等为准则放大 以P0/V的放大,因为P0这个量与kla密切相关,而且很容易测量。(P0是两只涡轮不通气时的搅拌功率) 例:两挡六弯叶涡轮搅拌器,V小=500L, 最佳工艺条件:n=300rpm,vvm=0.3,μ=2cp,ρ =1.04 ,V大=10000L; 公称容积 罐径 圆柱部分高 总高 封头高 料液高 搅拌直径 (L) ( T) (H0) (H) (h) (Hl) (D) 试验罐500 700 1400 1800 200 1180 245 生产罐10000 1800 3600 4550 475 3000 630 (几何相似) 2 搅拌功率 2.通风量 相等 (代表L-大罐,S-小罐) 通风准数: NQ∝Q/ND3, NQ= 空气在发酵罐内表观速度/搅拌器线速度 =νS/nπD ∝Q/ND3 QL=QS[NLDL3/NSDS3] =0.43*0.3[160*0.633/300*0.2453] =1.17m3/min 〔vvm〕L=1.17/7.25=0.16 小罐的vvm=0.3 即大发酵罐中1立方醪液1分钟需通0.16立方的无菌空气。 按单位体积搅拌功率为基准的放大在10~20倍范围内计算简单方便,放大倍数太大就不准确了。 此式适合于牛顿流体(如细菌发酵、基质为糖蜜的是牛顿流体;霉菌、放线菌发酵不是)。 牛顿流体的主要特征是其粘度μ只是温度的函数,与流动状态无关;非牛顿流体的粘度不仅是温度的函数,而且随流动状态而变。 τ

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