发酵工程与设备第九章、第一讲-发酵放大与设计.ppt

五、伍式发酵罐 伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。 其工作原理为： 搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。 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。 工作原理 用泵将发酵液压入文氏管中，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体混合，增加发酵液中的溶解氧。 转子（叶轮） 定子（导轮） 转子（叶轮） 定子（导轮） 转子 （叶轮；有3、4、6、9叶；空心；带有 中央吸气口；直径为罐径的三分之一） 定子 （导轮） 关键部件： 自吸式发酵罐的充气原理： 启动前转子被液体浸没；转子高速旋转，液体、空气在离心力作用下被甩向外缘，在转子的中心处形成负压；于是将罐外的空气通过搅拌器中心的吸入管而被吸入罐内；通过导轮使气液均匀分布甩出，并使空气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡。 自吸式发酵罐在搅拌的同时完成了充气作用。 三、空气带升式发酵罐（气升式） ? 近20多年发展起来。 ? 没有搅拌器，罐内或罐外设液体循环管（上升管） ? 空气由特殊结构的喷嘴以250～300m/s的高速喷出 内循环带升式发酵罐 外循环带升式发酵罐 罐内或罐外装设上升管，两端与罐底部和罐上部相连通，构成循环系统；上升管的下部装有空气喷嘴，空气以250-300m/s高速喷入上升管，借喷嘴的作用将空气泡分割成细泡，与上升管内发酵液密切接触；由于上升管内发酵液含气多、比重小，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，使氧气溶解于发酵液中。 原理： 特点： 结构简单、不易污染、能耗低 罐外循环管 罐内拉力筒 垂直隔板 空气带升式发酵罐性能指标： 1）循环周期 —— 发酵液在环流管内循环一次所需的时间。 ? 发酵液体积一定，循环周期越长，则供氧率越低； ? 不同微生物耗氧率不同，因此所要求的循环周期亦不同。 循环周期的计算： ? = VL / Qc = 4VL / ? d2? ? —— 循环周期(s) VL —— 发酵罐内发酵液量(m3) Qc —— 发酵液循环量(m3/s) d —— 环流管二内径(m) ? —— 发酵液在环流管内流速(m/s) 2）压比、压差、环流量间的关系 发酵液的环流量与通风量之比称为气液比。 A = Qc / Q 喷嘴前后压差?P和发酵罐罐压与环流量Qc有一定关系，若喷嘴直径一定，发酵罐内液柱高度也不变，则压差越大，通风量就越大，相应就增加了液体的循环量。 3）喷嘴直径 为了使环流管内气泡分裂细碎，气液混合达到良好的效果，应使空气自喷嘴出口的雷诺准数大于液体流经喷嘴处的雷诺准数 d / d0 ＞A ?g / ?l d ——环流管直径（m） d0 ——喷嘴孔径（m） A ——气液比 ?g ——空气黏度(N·s·m-2) ?l ——液体黏度(N·s·m-2) 雷诺准数 (Reynolds number) 雷诺（Reynolds），英国，流型判别的依据 雷诺实验（1883年）表明，流动的几何尺寸（管内径d）、流动的平均流速u及流体性质（密度ρ和粘度μ）对流型的变化有很大影响。可以将这些影响因素综合成一个无因次的数群作为流型的判据。 Re=d·u·ρ/μ d—管内径； u—流动的平均流速 ρ—流体密度； μ—流体粘度 Re 2000 稳定的层流区. 2000 Re 4000 由层流向湍流过渡区 Re 4000 湍流区 d / d0 ＞A ?g / ?l d——环流管直径（m） d0—— 喷嘴孔径（m） A ——气液比 ?g ——空气黏度(N·s·m-2) ?l ——液体黏度(N·s·m-2) 可知，当环流管直径d为定值时，喷嘴孔径d0不宜过大。 通风量与喷嘴孔径之间的关系可由经验式表示： Q = 2.38×104d02.5(?P)0.6p00.3 Q —— 通气量(m·s-1) d0 —— 喷嘴口孔径(m) ?P —— 喷嘴前后空气压力差，?P = p1-(p0 + HL/10