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第六章 通风发酵罐
第六章 发酵设备 第一节 发酵设备概述 发酵主要设备:发酵罐和种子罐,它们各自都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备,通气调节和除菌设备,以及搅拌器等。 种子罐:以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 发酵罐:承担产物的生产任务。 它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件,并便于操作和控制,保证工艺条件的实现,从而获得高产。 发酵罐系统 优良发酵罐装置要求: (1)应具有严密的结构 (2)良好的液体混合特性 (3)好的传质传热速率 (4)具有配套而又可靠的检测、控制仪表 发酵罐的类型 1.按微生物生长代谢需要分类 好气:抗生素、酶制剂、酵母单细胞、氨基酸,维生素等产品是在好气发酵罐中进行的;需要强烈的通风搅拌,提高氧在发酵液中的传质系数。 厌气:酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。 发酵罐的类型 2. 按照发酵罐设备特点分类: 机械搅拌通风发酵罐:包括循环式,如伍式发酵罐,文氏管发酵罐,以及非循环式的通风发酵罐和自吸发酵罐等。 非机械搅拌通风发酵罐:包括循环式的气提式、液提式发酵罐,以及非循环式的排管式和喷射式发酵罐。 这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的气、固、液三相充分混合,从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求。 发酵罐的类型 3.按容积分类 实验室发酵罐 中试发酵罐 生产规模的发酵罐 第二节 通风发酵设备 通用式机械搅拌发酵罐 通用式机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。 在工业生产中,尤其是制药工业中,通用式机械搅拌发酵罐是最广泛应用的深层好气培养设备 。 这种发酵罐既具有机械搅拌装置,又具有压缩空气分布装置。发酵罐的搅拌轴既可置于发酵罐的顶部,也可置于其底部。 有关的重要因素是氧传递效率,功率输入、混合质量,搅拌桨形式和发酵罐的几何比例等。 通用式机械搅拌发酵罐 优点:使用性好、适应性强、易放大。 缺点:罐内的机械搅拌剪切力大,容易损伤细胞,造成某些细胞培养过程的减产。 机械搅拌发酵罐基本条件 (1)发酵罐应具有适宜的高径比。 (2)发酵罐能承受一定的压力。 (3)要保证发酵液必需的溶解氧。 (4)发酵罐应具有足够的冷却面积。 (5)发酵罐内应尽量减少死角,灭菌能彻底,避免染菌。 (6)搅拌器的轴封应严密,减少泄漏。 通用型机械搅拌发酵罐罐体的尺寸比例? 发酵罐 通用型机械搅拌发酵罐的结构 1、罐体 2、搅拌器和挡板 3、消泡器? 4、联轴器及轴承 5、变速装置? 6、空气分布装置 7、轴封 8、控温装置 9、附属设施 罐体 壳体:提供一个封闭的环境,防止杂菌污染。 制造材料:由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成,材料为碳钢或不锈钢,对于大型发酵罐可用不锈钢板或复合不锈钢制成,衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。 压力要求:为了满足工业要求,在一定压力下操作、空消或实消,发酵罐为一个受压容器,通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2(绝对压力)。 搅拌器 搅拌装置:多采用涡轮搅拌桨,一般在一根轴上安装多个搅拌桨,搅拌器使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动。 搅拌器种类:平叶式、弯叶式、箭叶式 作用:打碎气泡,使氧溶解于醪液中,从搅拌程度来说,以平叶涡轮最为激烈,功率消耗也最大,弯叶次之,箭叶最小。 消泡装置 机械消泡。机械消泡装置主要有四种。 一、锯齿式消泡桨:安装于罐内顶部、高出液面的位置,固定在搅拌轴上,随搅拌轴转动,不断将泡沫打破。 二、半封闭式涡轮消泡器:是由前者发展改进而来,泡沫可直接被涡轮打碎或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎。 消泡装置 三、离心式消泡器:置于发酵罐的顶部,利用高速旋转产生的离心力将泡沫破碎,液体仍然返回罐内。 四、刮板式消泡器:安装于发酵罐的排气口处,泡沫从气液进口进到高速旋转的刮板中,刮板转速为1000—1450 rpm,泡沫迅速被打碎,由于离心力作用,液体披甩向壳体壁上,返回罐内,气体则由汽孔排出。 挡 板 挡板作用:是改变液流的方向,由径向流改为轴向流,促使液体激烈翻动,增加溶解氧。 通常挡板宽度取(0.1-0.12)D,装设4-6块即可满足全挡板条件。 挡 板 D—罐的直径(mm) Z—挡板数 W—挡板宽度(mm) 挡 板 竖立的列管,排管,也可以起挡板作用,故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板。但冷却管为盘管时,则应设挡板。 挡板与罐壁之间的距离为(1/5~1/9)W,避免形成死角,防止物料与菌体堆积。 思考题 优良发酵罐装置要求是什么? 机械搅拌发酵罐基本条件? 联轴器及轴承 大型发酵罐搅拌轴较长,常分为二至三段,用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接,轴的连接应垂直,中心线对正。 什么是刚性连接? 联轴器及轴承 为了减少震动,中型发酵罐一
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