第八章 发酵设备.ppt

第八章 发酵设备 第一节 发酵设备概述 典型发酵设备 包括种子制备设备、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、利用和处理设备等。 一、发酵罐 发酵罐发展历史 第一阶段:1900年以前，所用发酵罐为现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交换仪器。 第二阶段:1900-1940年，出现了200m3的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。 第三阶段：1940-1960年，机械搅拌、通风，无菌操作和纯种培养等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧电极，计算机开始进行发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。 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。 第二节 通风发酵罐 一、机械搅拌发酵罐 通用式发酵罐是最广泛应用的深层好气培养设备 。在工业生产中，尤其是制药工业中，使用得最广泛的就是通用式发酵罐。 这种发酵罐既具有机械搅拌装置，又具有压缩空气分布装置。 发酵罐的基本条件 ?（1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。 ?（2）发酵罐能承受一定的压力。 ?（3）要保证发酵液必须的溶解氧。 ?（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。 ?（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。 ?（6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。 二、发酵罐罐体的尺寸比例? Di =1/3d? H0 =2Di B =0.1D ha=0.25D? S=3Di? C= Di 发酵罐 三、发酵罐的结构 1、罐体 2、搅拌器和挡板 3、消泡器? 4、联轴器及轴承 5、变速装置? 6、空气分布装置 7、轴封 8、冷却装置 三、发酵罐的结构 罐体 ：由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐可用复合不锈钢制成。 为了满足工业要求，在一定压力下操作、空消或实消，罐为一个受压容器. 搅拌器 搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种 其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。 通用发酵罐的搅拌桨最广泛使用的是平叶涡轮搅拌桨，国内采用的大多数是六平叶式.为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。 发酵罐的搅拌轴既可置于发酵罐的顶部，也可置于其底部。 挡 板 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 通常装设4-6块挡板。 竖立的列管，排管，也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板。 但冷却管为盘管时，则应设挡板，挡板的长度自液面起到罐底为止。 联轴器及轴承 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。 为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。 变速装置 采用变极电动机作阶段变速，即在需氧高峰时采用高转速，而在不需较高溶解氧的阶段适当降低转速。这样，发酵产率并不降低，而动力消耗则有所节约。 自动化程度较高的发酵罐，采用可控硅变频装置，根据溶氧测定仪连续测定发酵液中溶解氧浓度的情况，并按照微生物生长需要的耗氧及发酵情况，随时自动变更转速，这种装置进一步节约了动力消耗，并可相应提高发酵产率，但其装置颇为复杂。 空气分布装置 空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。 分布装置的形式有单管及环形管等。常用的为单管式，管口对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐低的距离约40mm，并且空气分散效果较好。 空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。 轴 封 轴封的作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。 填料函轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓待零件构成，使旋转轴达到密封的效果。 冷却装置 5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却。大型发酵罐采用列管冷却（四至八组）。夹套内设置螺旋片导板，来增加换热效果，同时对罐身起加强作用。冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔，最好用不锈钢制造。 发酵罐装料容积 发酵罐装料容积：在一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度,但须根据具体情况而定。采用有效的机械消涣装置