第五章-好氧发酵设备.pptVIP

第五章 好氧发酵设备 高效反应器的特点是设备简单、不易染菌，体积小，电耗小，单位时间、单位体积的生产能力大，代谢热易于移除，操作方便、安全。 对于好氧发酵来说，生物反应器还以溶氧系数的高低及传递1kg氧所耗的功率大小作为衡量罐优良的基本指标。 第一节 通风发酵罐类型 好氧发酵将空气或纯氧不断通入发酵液中，供给微生物所需的氧，气泡越小，气液接触面积越大，氧的溶解速率也越快，氧的利用率也越高，产品的产率也越大。 通风发酵罐有：气升式、机械搅拌式、自吸式，射流搅拌式等。 一、气升式发酵罐 1、 特点：结构简单、不易污染、传氧效率高，能耗低、剪切力低、安装维修方便。 2、 工作原理：空气由下部的喷嘴或喷孔喷入，使发酵液和空气充分接触。由于下部含气率高的培养基比重小，上部含气率低的培养基比重大，比重不同产生的压力差以及压缩空气的动能，推动培养基在罐内沿循环管或导流筒循环。 可分为：外循环和内循环。 3、循环周期时间的确定 发酵液在上升管中溶解氧较高，进入下降管后溶解氧会降低，为了保证微生物的正常的代谢，需确定循环周期时间。 τ = = (min) V1、V醪液——发酵醪液量、醪液循环量 ω——醪液在循环管中的线速度 d——循环管的内径(m) 4、喷嘴直径的确定 根据实验得出的数据： 当Re空气＞Re醪液+250时，气泡分裂细碎较好。 Re=V/d1·ν 5、反应器高径比 H/D=5-9时，有利于混合与溶氧。 6、导流筒径与罐径比DE / D： 适宜的 DE / D=0.6-0.8 7、导流筒或循环管内平均环流速度： 平均环流速度vm可取1.2-1.8m/s，这有利于混合及气液传质。 8、其他影响因素 液面到喷嘴缩孔垂直高度H0 及到循环管、导流筒出口高度h。 （一）带升式发酵罐 特点：冷却面积小，无需搅拌设备，装料系数达80-90%。 1、结构：罐外设上升管，与罐底部和上部相连接，构成循环系统，上升管下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度喷入上升管，因空气的动能以及比重不同引起的压力差产生反复循环。 （二）气升及外循环发酵罐 空气经气体分布器喷入使气液混合液上升，经回流管返回罐底部，下部的发酵液经泵、热交换器、喷淋器对罐顶泡沫进行消泡。 （三）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，气液混合液经圆筒内上升，从上部出来后，向下运动，再由圆筒下部同空气一起进入圆筒。 气升环流发酵罐有高位、低位和压力发酵罐几种。有一个圆筒和多个圆筒以及套筒几种形式。 二、机械搅拌发酵罐 机械搅拌发酵罐是工厂生产中应用最多的一类发酵罐，它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧，供给微生物生长繁殖代谢过程所需的氧。 因此，该类罐的空气分布器和机械搅拌系统包括：搅拌桨叶、搅拌轴、搅拌电机、减速机、轴密封、联轴器等的设计是最为关键的地方。 三、自吸式发酵罐 它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。 优点： 1、省去了空压机及辅助设备； 2、便于自动化、连续化，劳动强度降低； 3、气泡小、溶氧系数高、能耗较低； 缺点：罐压较低，易污染杂菌，装料系数不高。 根据空气进入罐内的方式不同可分为：转子回转式、喷射式、溢流式三种。 （1）转子回转式： 工作原理：主要构件为自吸搅拌器和导轮，简称为转子和定子。转子由轴带动，定子可有可无。在转子启动前，用液体浸没转子。启动后，由于转子的高速旋转，液体受离心力的作用抛向叶轮外缘，在转子中心形成负压，罐外的空气因转子中心的负压而吸入，由导向叶轮均匀分布。转子转速越大，产生的负压也越大。 转子回转式发酵罐空气由自吸搅拌器的空心轴进入罐内，空气利用率为24-28%，供给1kg氧的耗电为0.4-0.5kw.h。 为了提高吸气量，降低转子的功率消耗，一般采用矮罐较好，或提高转子的安装高度。 转子有三直叶型和四弯叶型： 三直叶型：吸气量大，压头高，但阻力大，功率消耗大。 四弯叶型：多为后弯，阻力小，功耗小，剪切作用小，吸气量