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端面式轴封（机械轴封）： 密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直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。 是一种适用于密封要求高的发酵罐搅拌轴的密封方法。 转轴 端面轴封 动环 静环 堆焊硬质 O形环 优点： 密封可靠，清洁，无死角，可以防止杂菌污染。 使用寿命长，维修周期长。 轴或轴套不受磨损。 摩擦功率耗损少：一般约为填料函密封的10～50％ 对轴的震动敏感性小。 适用范围广  缺点：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术. 发酵罐设计的基本目标和原则 发酵罐的放大的概念、目的和方法 搅拌通风式发酵罐的放大 §2 发酵罐的设计和放大 放大过程中与发酵环境相关的主要因素 细胞形态学、细胞生理学和过程动力学之间的关系 生物反应器中的流体力学性质、传递现象及发酵液的理化性质之间的关系。 发酵罐设计的基本原则 必须考虑微生物的生长率和产物转化率 必须考虑发酵罐的传递性能 设计目标：无污染；长期运作；保证菌株正常代谢；最大限度合成目标产物 发酵罐设计时，应注意以下几个基础： ①生物反应动力学研究，为发酵罐的定量打基础； ②流体的输送及混合问题的研究，其核心是弄清楚流体之间动量的传递和机械能的转化； ③热量的传递研究，解决发酵热的传出和发酵罐温度的控制； ④物质传递研究，深入了解细胞内物质的交换、营养物质的传递、氧从气泡到细胞的传递、CO2从细胞到气泡的传递等问题。 基本要求 适宜的径高比：H/D=2.5-4。 罐身能承受一定压力 搅拌通气装置良好：保证溶氧 良好的热交换系统 尽量减少死角 封轴严密 发酵罐传递效率高，能耗低 具有机械消泡装置 操作维修简便 自动化 设计发酵罐时必须的注意的问题： ①培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分不能直接连通； ②尽量减少法兰连接，以防止设备震荡和热膨胀引起的法兰连接处易位而导致的污染； ③ 所有焊接点必须光滑，消除蓄积耐灭菌固体物质的存在； ④ 防止死角、裂缝等情况； ⑤ 某些部分可单独灭菌； 一、微生物发酵产品产业化研究： 实验室小试阶段 中试阶段 工厂化生产阶段 发酵罐的放大的概念、目的和方法 实验室阶段 进行基本的菌种筛选和培养基研究，确定发酵技术工艺的可行性，初步选择最优的培养条件。 通常选择摇瓶培养或10-50L发酵罐进行 中试阶段 1)参考摇瓶培养结果，利用中小型的发酵反应器进行发酵，进一步确定最优的培养条件。 2）进行环境因素的最佳操作条件研究，以掌握细胞生长动力学及产物生成动力学特征。 3）试验影响溶氧速率的因素及其关系，发酵热及其降温控制条件等发酵罐设计参数 ，为发酵罐工业化放大提供依据 多用50-500L规模的发酵罐进行 工厂化规模 依据前两个阶段取得的数据，进行生产规模的设计、试验、修正，直至在商业化生产中再现甚至超过研究水平，获得较高的经济效益、 工业化发酵罐在20-2000 m3不等，一般需要逐级放大。 二、发酵罐放大的概念和目标 所谓发酵过程的放大，就是指以实验室或中试试验取得的试验数据和反应规律为依据，设计和制造大规模的反应器，以实现工业规模生产。 放大原则：在发酵放大过程中，维持细胞生长与生物反应速率相似（发酵单位相似原则） 放大目的：产品的质量高，成本低。必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境完全或基本一致。 三、放大基础与准则 2、放大准则 搅拌功耗P0/V体积溶氧系KLa、搅拌叶尖端线速度νs、混合时间tM、相等准则。 1、放大基础 四、 放大方法： 经验放大法：几何相似法和非几何相似法 因次分析(纲量分析)法：保持无因次准数相等原则 时间常数法：某一变量与其变化速率之比 数学模拟法 放大原则：重点解决主要矛盾 一、发酵罐的结构尺寸计算 公称容积：罐身容积与一个底封头容积的和 全容积：罐身容积和上下两个底封头容积的和 有效容积：装料容积 封头的容积的计算 椭圆形封头的容积可查手册或按下式计算： ≌0.15D3 罐身容积计算： ≌0.15D3 V0=?πD2H0+0.15D3 V=?πD2H0+0.3D3 罐的全容积 罐的公称容积 发酵罐总高度 液柱高度： 装料容积 发酵罐的容积装料系数 L L L 放大倍数m指罐的体积增加倍数，即 ∵几何相似，∴ 则 ∴ 二、发酵罐的放大（几何相似法） 1、几何尺寸的放大 第九章 发酵罐的放大与设计 发酵设备 种子制备设备 主发酵设备 辅助设备（无菌空气和培养基制备） 发酵液预处理设备 产品提取