发酵罐的原理和工艺.ppt

2008-3 05生技 AS1.*** 细菌类的编号 AS2.*** 酵母类 AS3.*** 霉菌类 AS4.*** 放线菌类 第五章 发酵罐Design of a Fermenter 第一节 发酵设备概述 第二节 嫌气发酵设备 第三节 通风发酵罐 第四节 固体发酵设备 第一节 发酵设备概述 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，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。 一、发酵罐 发酵罐系统 ?一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质相传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表 发酵罐的种类 发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。除了通风搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐等 。 典型发酵设备 种子制备设备 主发酵设备 辅助设备(无菌空气和培养基的制备) 发酵液预处理设备 粗产品的提取设备 产品精制与干燥设备 流出物回收、利用和处理设备 发酵罐工艺操作条件 1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1kg/cm3 (表压)。 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3kg/cm3 (表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0.05～0.3kmo1/m3·h。 6．通气量：0.3～2VVM。 7．功率消耗：0.5～4kW/m3 。 8 ．发酵热量：5 000～20 000kcal/m3 .h。 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、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，目的是提高氧在发酵液中的传质系数； 厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。 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式发酵罐和自吸式发酵罐等。 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。 3．按容积分类： 一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。 第二节 嫌气发酵设备 密闭厌氧发酵罐 对这类发酵罐的要求是：能封闭；能承受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清洗灭菌。 酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发酵罐因不需要通入昂贵的无菌 ？空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好气发酵设备简单得多。 它的容积常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是锥形的。 上部有物料口，冷却水口，CO2和气体出口、人孔和压力表开口等。 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合，排料管在罐的底部。 一、酒精发酵罐 酵母将糖转化为酒精高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生物热 酒精发酵罐的结构要求 满足工艺要求，有利于发酵热的排出 从结构上有利于发酵液的排出 有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 酒精发酵罐筒体结构 为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 在酒精发酵过程中，为了回收CO2气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 罐底装有排料口和排污口； 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。 发酵的冷却装置 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却； 对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置， 为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。 采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。 酒精发酵罐的洗涤 过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且CO2气体一旦未彻底排除，工人入罐清洗会发生中毒事故。 近年来，酒精发酵罐已逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要。 水力喷射装置 是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成 两头喷水管弯有一定的弧度 喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔