发酵学第6章通气与搅拌课件.ppt

好氧微生物在新陈代谢过程中（基质的氧化、菌体的生长、产物的形成）需要氧气，而氧气本身是难溶性的气体，在培养过程中不能像其它的可溶性营养物质一样，一次供应就满足要求，而只能维持很短的时间。 1.供给微生物生长和代谢所需的氧气。 2. 使发酵液充分混合，以便形成均匀的微生物悬浮液，促使营养物质从发酵液向菌体内及代谢产物从菌体内向发酵液的传递。 第一节 发酵罐 第二节 工业发酵过程中氧的需求 第三节 氧在溶液中的传递 第四节 影响供氧的因素 第五节 溶解氧、摄氧率和Kla的测定 一、机械搅拌发酵罐 二、其他发酵罐 通风发酵罐的类型 机械搅拌发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 伍式发酵罐 文氏管发酵罐 一、机械搅拌发酵罐 罐身 轴封 消泡器 搅拌器 挡板 空气分布管 换热装置 1.罐体 罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料一般为不锈钢。 罐顶还装有视镜及灯镜。 在罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 在罐身上的接管有冷却水进出管、取样管和测控仪表接口。 2.搅拌器 搅拌的作用： ①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持的空气数量增加。 ②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。 轴向式搅拌器 桨叶式 螺旋桨式 径向式（涡轮式）搅拌器 3.挡板 挡板的作用： 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。 轴封 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。 常用的轴封有填料函和端面轴封两种。 填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。 端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（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。 1.自吸式发酵罐 自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。 应用： 医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、维生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。 2）自吸式发酵罐的充气原理 搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。 叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。 优点 无机械搅拌结构，最大限度的减少了染菌率，减少了机械剪切力，对长菌丝的各种真菌尤为适宜。 无搅拌传动设备，节约动力约50％。 气体提升，充分的气液混合，使氧气的传递利用极大提高，特别适合对于溶氧要求高的产品。 结构简单，操作和维修方便。 缺点 不能代替好气量较小的发酵罐。 这种发酵罐多应用纸浆废液发酵生产酵母。 设备的缺点是结构复杂，清洗套筒较困难，消耗功率较高。 一、微生物对氧的需求 二、氧在液体中的溶解特性 三、影响微生物需氧量的因素 一、氧传递的阻力 二、氧的传递方程 一、影响氧传递推动力的因素 二、影响液相体积氧传递系数KLα的因素 1.把空气分割成小气泡，增加气液接触面积，而且小气泡的上升的速度要比大气泡慢，因此接触时间也增长。 2.搅拌使液体作涡流运动，使气泡不是直线上升，而是做螺旋运动上升，延长了气泡的运动路线，即增加了气液的接触时间。 3.搅拌使发酵液呈湍流运动，从而减少了气泡周围液膜的厚度，减少液膜阻力，因而增大了KLa 4.减少菌丝结团，利于对氧的吸收 5.尽快排除废气，有利于细胞代谢 菌体的生长和代谢导致发酵液的性质（表面张力、黏度、离子强度）发生改变，因而改变培养液中气泡的大小、稳定性以及液体的流动和界面液膜阻力进而影响KLa 。 在较稠厚的发酵液中形成流态性泡沫是难以自行消除的 其中的气体很难得到及时更新，影响呼吸 如气泡包围搅拌叶轮，导致气液不能充分混合 目的：随时了解发酵过程的供氧、需氧情况和判断设备的供氧效果，从而有效的控制发酵过程 1、溶解氧电极 覆膜溶解氧电极：主要由两个电极、电解质和一张能透气的塑料薄膜组成 2、溶氧电极的标定 将电极放入Na2SO3水溶液中，搅拌，此时电流计的指示定为I残；然后用水冲洗电极，插入水中，通气搅拌，直至电流响应值达到饱和，定为I饱。 单位电流值所代表的溶氧浓度为： 3、溶解氧的测定 参考课本p115 对生物反应器的传氧性能进行测定 对发酵过程传氧性情况进行了解，以便判断发酵过程的供氧情况。 1.不停气测定法 此法是根据氧供需平衡Nv=r和传氧速率方程Nv=kLa(C*-C)计算的。 正在发酵的醪液中，一方面以一定的溶氧速率Nv向液中供氧，另一方面正在生长的微生物也