第八章--通气发酵设备(1).ppt

第八章通气发酵设备8.1机械搅拌通风发酵罐8.2气升式发酵罐8.3自吸式发酵罐8.4通风固相发酵设备8.5其他类型的通风发酵设备8.1机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐的结构二、机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧三、机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性四、机械搅拌通风发酵罐的的热量传递五、机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积六、机械搅拌通风发酵罐的放大设计举例●通风发酵设备概述需氧生物化学反应及设备的核心应具有的特点：良好的传质和传热性能；结构严密，防杂菌污染性好；流体流动与混合性能良好；易进行参数检测与控制；设备较简单；方便维修，能耗抵。●机械搅拌通风发酵罐在发酵工业中占据主导地位；占发酵罐总数的70%-80%；又称为通用发酵罐；我国最大的发酵罐630m3,谷氨酸发酵；一、机械搅拌通风发酵罐的结构主要部件：罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管（或夹套）、消泡器、人（或手）孔、视镜；结构示意图1、罐体圆柱体和椭圆形或碟形封头；以不锈钢为材料；耐受130℃温度和0.25MPa（表压）压力；罐壁厚度：罐直径、材料及耐受的压强；●受内压，壁厚由下式计算：

式中p：耐受的压强，MPa，表压；D：罐直径，mm；Φ：焊缝系数，双面对焊为0.8，无焊缝为1.0；C：腐蚀裕度，δ-C﹤10mm，为3mm；[σ]：许用应力。●封头壁厚按碟形封头，由下式计算：式中y：开孔系数，可取2.3（发酵罐）；式中p：外受压力，Pa；α：系数，直立圆筒取45，有焊缝取50；H：圆筒高度，mm。●对小型发酵罐罐顶和罐体用法兰连接；上开手孔；●对中大型发酵罐装设人孔，罐顶装设视镜及光照灯孔，进料管、排气管、接种管、压力表；排气管尽可能靠近罐顶中心位置；●罐体上设冷却水进出管、进气管、温度、pH、溶氧等检测装置接口；取样管可设在罐顶或罐侧；●注意点罐体上的接口和管路越少越好；如进料、补料和接种可共用一个接口。2、搅拌器和挡板（1）搅拌器●主要作用：混合和传质；保证一定的溶氧浓度；强化传热；●要求：足够的径向流动和适当的轴向流动；●搅拌桨叶多采用蜗轮式搅拌桨叶，常用的有：平（直）叶、弯叶或箭叶搅拌桨叶；其他类型有：推进式、Lightnin式搅拌桨叶；叶片数：3~8个，常用6个；搅拌桨叶结构示意图如下图。国外多用平叶，我国多用弯叶。●各种搅拌桨叶的特点■平叶混合和传质性能较好；在同样雷诺准数时，溶氧速率较高；但功率消耗较大；剪切力大；■箭叶混合效果较好，但KLa较小，溶氧速率较低，适合于菌丝体发酵液；■弯叶剪切力小，效果介于平叶和箭叶二者之间。■蜗轮式搅拌桨叶特点优点：结构简单、传递能量高、溶氧速率高；缺点：轴向混合差，其搅拌强度随着与搅拌轴距离增大而减弱，发酵液较粘稠时，搅拌与混合的效果大大下降。强化轴向混合：同时采用蜗轮式和推进式桨叶；小型：做成一个总体；大型：做成两半型，便于装卸；配置的搅拌桨叶数量：多个，根据液位高度、发酵液特性和搅拌器直径而定。（2）挡板●作用改变液流的方向，由径向流改为轴向流，防止液面中央形成旋涡，增强液体的湍动和氧传递；●全挡板条件■全挡板条件的定义是指搅拌器在一定转数下，再增加罐内附件而轴功率仍保持不变；■如何达到全挡板条件通常设4-6块挡板，其宽度一般为（0.1～0.2）D，即可达到全挡板条件；■全挡板条件必须满足下述条件：挡板高度：由罐底至设计液面，挡板与罐壁间的空隙：必须留有一定空隙，一般为（1/5-1/8）D；■其他可起挡板作用的部件热交换用的列管、排管、蛇管等；但盘管不能；■全挡板条件下的流型：如下图所