微生物发酵工程：第10章 发酵设备.ppt

（一）循环式通风发酵罐 （二）排管式发酵罐 （三）喷射式发酵罐 （四）回转喷射式发酵罐 （五）高位塔式发酵罐 六.通风搅拌发酵罐 在通风搅拌发酵罐中，通风的目的不仅是供给微生物所需要的氧，同时还利用通入发酵罐的空气代替搅拌器使发酵液均匀混合，所以设计这种通风搅拌发酵罐时，如何利用空气的动力使气泡细碎和分布均匀是要考虑的主要问题。 通风搅拌发酵罐的结构简单，它的动力消耗比机械搅拌低，起初仅用于酵母生产。我国试验成功了几种通风搅拌发酵罐以代替机械搅拌，如：空气喷射式、回转喷射式及空气带升式发酵罐等，应用在某些品种的发酵上，从而扩大了通风搅拌的应用范围。 通风搅拌发酵罐也有循环式和非循环式之分。循环式又有外循环式和内循环式两种，非循环式又有排管式、喷射式和回转喷射式三种。现分别叙述于后。 六.通风搅拌发酵罐 内循环 外循环 循环式通风发酵罐系列利用空气的动力使液体在循环管中上升， 并沿着一定路线进行循环，所以这种发酵罐也叫空气带升式发酵罐。 与通用式发酵罐比较，它具有以下优点： 1）发酵罐内没有搅拌装置，清洗方便，加工容易。 2）由于取消了搅拌用的电机，而通风量与通用式发酵罐大致相 等，所以动力消耗有很大降低。 带升式发酵罐有内循环和外循环两种。循环管有单根的也有多 根的。对于外循环式发酵罐发酵液的冷却是在循环管外用喷淋冷却 或夹套冷却，而内循环式发酵罐则需在罐内加蛇管（或列管）或在 罐外用夹套冷却。 （一）循环式通风发酵罐 隔板式 外循环式 内循环式 发酵液在环流罐内循环一次所需要的时间，称为循环周期。培养不同的微生物时，由于菌的秏 氧速率不同，所要求的循环周期亦有所不同。据报道，黑曲霉发酵生产糖化酶时，当菌体浓度为7% 时，循环周期要求2.5~3.5min，不得大于4min，否则会造成缺氧而使糖化酶活力急剧下降。 如上所述，空气带升式发酵罐的循环周期有一定的范围，对于某些强呼吸菌种，需要较短的循 环周期才能使发酵罐内微生物不致缺氧，在这种情况下，不可能无限制地增加空气的压力和流量， 此时就必须采用机械方法（循环管上增设泵或螺旋桨）来输送液体加大循环量。 （二）排管式发酵罐 用于酵母培养的排管式发酵罐是一种敞口式发酵罐罐内装有多排冷却蛇管，罐中央有一根垂直的供气管（总风管），下接一根水平的分风管，分风管下面又接一排支风管，排满于罐底，支风管与罐底的距离约为200mm，支风管上开有许多向下的小孔。 小孔直径一般为2~4mm，小孔总面积约为总风管截面积的1.25倍。空气从小孔喷出，供给氧气并使发酵液翻动。由于小孔均匀分布在罐底的整个截面上，所以空气的分布是均匀的，但气泡的细碎化程度并不理想，因而此种发酵罐的空气利用率很低，每立方米发酵液约需120~160m2/h的空气。排管式发酵罐所需的通风量比较大，通常采用离心式或罗茨式鼓风机。 排管式发酵罐 （三）喷射式发酵罐 喷气式发酵罐的底部装有旋涡式空气喷射器，空气从喷射器喷嘴喷出时同时作旋转运动，带动发酵液旋转，增加混合效果。压缩空气沿切线方向进入喷射器，其回转切线速度为17~37m/s，至喷口呈锥形喷出，喷出速度为60~130 m/s（均按空气的吸入状态计）。喷嘴直径一般取5~6mm。过小易被培养基堵塞而且压力降太大；过大则喷出速度小，气泡与液体的相对速度也小，大气泡就不易分裂，气液接触的界面阻力也随之增大，对氧的溶解不利。 空气喷射器通常安装在离罐底250~400mm距离之间，过高则罐底部分的培养基易于沉积，过低则由喷射器喷出的气流直接冲击罐底钢板使之很快磨损。喷射器在罐内布置原则是不使集中在罐的某一局部，而应大体上在整个罐的截面上均匀分布。此种以空气喷射代替机械搅拌的发酵罐曾在10m2发酵罐上应用，对于培养液中固形物浓度较低的发酵液（如杀螟杆菌、土霉素），已取得较好的效果。 漩涡式空气喷射器 （四）回转喷射式发酵罐 回转喷射式发酵罐是在上述喷射式发酵罐结构的基础上发展改进而成。由于喷射式发酵罐的空气喷嘴固定不动，使部分发酵液翻动不均匀，而回转喷射式发酵罐的空气喷嘴能够转动，因此空气的分布比较均匀。由于空气从喷嘴中喷出的反作用力使分布器的转臂和转动风管旋转，在空罐中通气时转速在200r/min以上，在发酵液中由于受流体阻力的影响，转速降低至30~60r/min之间，空气自喷头喷出的初速度为90~140m/s(按空气的吸入状态计)。空气离开喷 头出口时，其流速减低静压增加，转臂转动使风管获得动能而旋转。喷孔直径大致取6