第八章_發(fā)酵設(shè)備與反應(yīng)器

1、主講：鮑成滿第八章第八章 發(fā)酵設(shè)備與反應(yīng)器發(fā)酵設(shè)備與反應(yīng)器生物反應(yīng)過程示意圖生物反應(yīng)過程示意圖一一 生物反應(yīng)器概述生物反應(yīng)器概述二二 微生物細(xì)胞反應(yīng)器微生物細(xì)胞反應(yīng)器發(fā)酵罐發(fā)酵罐三三 發(fā)酵罐的放大發(fā)酵罐的放大v生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器：是利用：是利用酶酶或或生物體生物體（如微生（如微生物）所具有的物）所具有的生物功能生物功能，在，在體外體外進(jìn)行生化進(jìn)行生化反應(yīng)的反應(yīng)的裝置系統(tǒng)裝置系統(tǒng)。一一 生物反應(yīng)器概述生物反應(yīng)器概述v生物反應(yīng)器的作用：為生物反應(yīng)生物反應(yīng)器的作用：為生物反應(yīng)提供一個(gè)提供一個(gè)體外體外優(yōu)化的物理、化學(xué)環(huán)境優(yōu)化的物理、化學(xué)環(huán)境，以獲到更多，以獲到更多需要地生物量或代謝產(chǎn)物。需要地生物量

2、或代謝產(chǎn)物。酶反應(yīng)器酶反應(yīng)器光合生物反應(yīng)器開發(fā)光合生物反應(yīng)器開發(fā) 發(fā)酵罐發(fā)酵罐二二 微生物細(xì)胞反應(yīng)器微生物細(xì)胞反應(yīng)器發(fā)酵罐發(fā)酵罐v發(fā)酵罐：發(fā)酵罐：微生物細(xì)胞反應(yīng)器微生物細(xì)胞反應(yīng)器，是為微生物，是為微生物生長和產(chǎn)物形成提供良好環(huán)境的容器。生長和產(chǎn)物形成提供良好環(huán)境的容器。 v按微生物對(duì)氧的需求按微生物對(duì)氧的需求好氧發(fā)酵罐好氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐（一）（一） 好氧發(fā)酵罐好氧發(fā)酵罐機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐（通用型發(fā)酵罐）機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐（通用型發(fā)酵罐）大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐 利用利用機(jī)械攪拌器機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中

3、溶解，以液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。氧氣。機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐占主導(dǎo)地位，約為總機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐占主導(dǎo)地位，約為總發(fā)酵罐的。發(fā)酵罐的。v發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)罐體罐體攪拌裝置和擋板攪拌裝置和擋板傳熱裝置傳熱裝置通氣部分通氣部分進(jìn)出料口進(jìn)出料口測量控制系統(tǒng)測量控制系統(tǒng)附屬系統(tǒng)附屬系統(tǒng)1 1 罐體罐體型式型式：圓柱體、橢圓形或：圓柱體、橢圓形或碟形封頭焊接而成碟形封頭焊接而成容積容積：實(shí)驗(yàn)室：實(shí)驗(yàn)室0 .5-500 .5-50L L，中中試罐試罐200-500200-500L L，生產(chǎn)上生產(chǎn)上0.50.5m m

4、3 3-600m-600m3 3. .材質(zhì)材質(zhì)：實(shí)驗(yàn)室為玻璃鋼和：實(shí)驗(yàn)室為玻璃鋼和不銹鋼；工廠為不銹鋼與不銹鋼；工廠為不銹鋼與碳鋼碳鋼受壓容器受壓容器：通常滅菌的壓：通常滅菌的壓力力0.25MPa 0.25MPa 2 2 攪拌裝置攪拌裝置作用作用：打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中；增：打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中；增加接觸界面；延長氣液接觸時(shí)間；有利于傳加接觸界面；延長氣液接觸時(shí)間；有利于傳質(zhì)傳熱質(zhì)傳熱 。攪拌器有攪拌器有軸向式軸向式（槳葉式、螺旋槳式）和（槳葉式、螺旋槳式）和徑徑向式向式（渦輪式）兩種。（渦輪式）兩種。軸向式軸向式徑向式徑向式軸向式攪拌器軸向式攪拌器螺旋槳式螺旋槳式槳葉式槳葉式徑

5、向式（渦輪式）攪拌器徑向式（渦輪式）攪拌器平葉平葉彎葉彎葉箭葉箭葉v相同半徑、轉(zhuǎn)速時(shí)，功率消耗：相同半徑、轉(zhuǎn)速時(shí)，功率消耗：平葉彎葉箭葉平葉彎葉箭葉v相同攪拌功率下，三者的粉碎氣泡的能力：相同攪拌功率下，三者的粉碎氣泡的能力： 平葉彎葉箭葉平葉彎葉箭葉v相同攪拌功率下，翻動(dòng)流體的能力：相同攪拌功率下，翻動(dòng)流體的能力： 箭葉式箭葉式 彎葉彎葉 平葉平葉3 3 擋擋 板板作用作用：防止液面中心產(chǎn)生漩渦，改變液流的：防止液面中心產(chǎn)生漩渦，改變液流的方向，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解氧方向，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解氧5 . 0)12. 01 . 0()(ZDDZDW式中式中: : DD罐的直徑罐的直徑

6、 ZZ擋板數(shù)擋板數(shù) WW擋板寬度擋板寬度通常擋板通常擋板寬度寬度?。ㄈ。?.1-0.120.1-0.12）D D，裝設(shè)，裝設(shè)4-64-6塊即塊即可滿足全擋板條件（所謂可滿足全擋板條件（所謂“全擋板條件全擋板條件”是是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加擋板或其它附件而攪指在一定轉(zhuǎn)速下再增加擋板或其它附件而攪拌功率仍保持不變，漩渦基本消失拌功率仍保持不變，漩渦基本消失豎立的列管，排管等也可以起擋板作用，故豎立的列管，排管等也可以起擋板作用，故一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板擋板擋板的擋板的長度長度自液面起到罐底為止自液面起到罐底為止擋板與罐壁之間的距離為（擋板與罐

7、壁之間的距離為（1/5-1/91/5-1/9）WW，避，避免形成死角，防止物料與菌體堆積。免形成死角，防止物料與菌體堆積。4 4 軸封軸封作用作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。封，防止泄露和污染雜菌。安裝：旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間安裝：旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間5 5 傳熱裝置傳熱裝置作用作用：實(shí)消時(shí)預(yù)熱和冷卻，發(fā)酵過程中的冷：實(shí)消時(shí)預(yù)熱和冷卻，發(fā)酵過程中的冷卻和加熱卻和加熱型式型式：夾套、豎式蛇管、列管：夾套、豎式蛇管、列管5M5M3 3以下發(fā)酵罐一般采用以下發(fā)酵罐一般采用夾套夾套冷卻冷卻大型發(fā)酵罐一般采用蛇管或列管，易腐蝕或大型發(fā)酵罐一般采用蛇管

8、或列管，易腐蝕或磨損穿孔磨損穿孔夾套夾套蛇管蛇管6 6 通氣部分通氣部分作用作用：吹入無菌空氣，使空氣均勻分布：吹入無菌空氣，使空氣均勻分布形式形式：單管及環(huán)形管等：單管及環(huán)形管等常用的為單管式，管口對(duì)正罐底中央，裝于常用的為單管式，管口對(duì)正罐底中央，裝于最低一擋攪拌器下面，管口與罐底的距離約最低一擋攪拌器下面，管口與罐底的距離約40mm40mm，氣速，氣速20m/s20m/s空氣分布器空氣分布器7 7 消泡裝置消泡裝置作用作用：打碎泡沫，防止逃逸：打碎泡沫，防止逃逸長度長度：約為罐徑的：約為罐徑的0 06565倍。倍。安裝在發(fā)酵罐內(nèi)安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上部轉(zhuǎn)動(dòng)軸的上部或安裝在發(fā)酵或安裝在發(fā)

9、酵罐排氣系統(tǒng)上，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑楣夼艢庀到y(tǒng)上，可將泡沫打破或?qū)⑴菽扑榉蛛x成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置分離成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置最簡單實(shí)用的是最簡單實(shí)用的是耙式消泡器耙式消泡器8 8 進(jìn)出料口進(jìn)出料口進(jìn)料口，補(bǔ)料口，罐頂進(jìn)料口，補(bǔ)料口，罐頂出料口，罐底出料口，罐底9 9 測量控制系統(tǒng)測量控制系統(tǒng)傳感器傳感器10 10 附屬系統(tǒng)附屬系統(tǒng)視鏡、取樣管等視鏡、取樣管等pHpH電極電極溶氧電極溶氧電極2 2 氣升式發(fā)酵罐（氣升式發(fā)酵罐（ALRALR） v工作原理：把無菌空氣通過噴工作原理：把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)發(fā)酵液中，通嘴或噴孔噴射進(jìn)發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使過氣液混合物的湍流

10、作用而使空氣泡分割細(xì)碎，同時(shí)，形成空氣泡分割細(xì)碎，同時(shí)，形成的氣液混合物含由于氣量多的的氣液混合物含由于氣量多的發(fā)酵液密度降低上升，含氣量發(fā)酵液密度降低上升，含氣量少的發(fā)酵液下沉，形成循環(huán)流少的發(fā)酵液下沉，形成循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。動(dòng)，實(shí)現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。v氣升式反應(yīng)器與機(jī)械攪拌通風(fēng)反應(yīng)器的不同氣升式反應(yīng)器與機(jī)械攪拌通風(fēng)反應(yīng)器的不同在于在于無機(jī)械攪拌無機(jī)械攪拌v特點(diǎn)特點(diǎn)反應(yīng)溶液分布均勻反應(yīng)溶液分布均勻較高的溶氧速率和溶氧效率較高的溶氧速率和溶氧效率剪切力小，對(duì)生物細(xì)胞損傷小剪切力小，對(duì)生物細(xì)胞損傷小傳熱良好傳熱良好結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造。v氣升式反應(yīng)器有多種形式

11、，比較典型的兩種氣升式反應(yīng)器有多種形式，比較典型的兩種形式形式 氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐 氣升外環(huán)流發(fā)酵罐氣升外環(huán)流發(fā)酵罐 v典型的氣升環(huán)流發(fā)酵罐典型的氣升環(huán)流發(fā)酵罐 ICIICI壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐v自吸式發(fā)酵罐吸氣原理自吸式發(fā)酵罐吸氣原理攪拌器空心葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力把液體甩攪拌器空心葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力把液體甩出，形成真空，產(chǎn)生負(fù)壓，通過導(dǎo)氣管吸入出，形成真空，產(chǎn)生負(fù)壓，通過導(dǎo)氣管吸入空氣空氣發(fā)酵罐外的空氣通過過濾器不斷地被吸入，發(fā)酵罐外的空氣通過過濾器不斷地被吸入，隨即甩向葉輪外緣，再通過導(dǎo)輪（定子）使隨即甩向葉輪外緣，再通過導(dǎo)輪（定子）使氣液均勻分布甩出，使氣

12、液充分混合。氣液均勻分布甩出，使氣液充分混合。3 3 自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不必配備空氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備，節(jié)約投不必配備空氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備，節(jié)約投資；資；設(shè)備簡單，溶氧速率高，能耗較低；設(shè)備簡單，溶氧速率高，能耗較低；用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵生產(chǎn)效率高；用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵生產(chǎn)效率高；設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化；設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：處于負(fù)壓，因而增加了染菌機(jī)會(huì)處于負(fù)壓，因而增加了染菌機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)速高，切斷菌絲，影響代謝轉(zhuǎn)速高，切斷菌絲，影響代謝二二 厭氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐v密閉厭氧發(fā)酵罐密閉厭氧發(fā)酵罐要求：能封閉，能承受一定壓力，有冷卻設(shè)要求：能封閉，能承受一定壓力，

13、有冷卻設(shè)備，罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清備，罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌洗滅菌酒精等都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不酒精等都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造需要通入無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時(shí)，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多和操作時(shí)，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多1 1 啤酒發(fā)酵設(shè)備啤酒發(fā)酵設(shè)備v近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)發(fā)酵罐容量已達(dá)15001500噸。噸。v露天式錐底發(fā)酵罐露天式錐底發(fā)酵罐圓筒體錐底立式發(fā)酵圓筒體

14、錐底立式發(fā)酵罐罐( (簡稱錐形罐簡稱錐形罐) )，已，已廣泛用于發(fā)酵啤酒生廣泛用于發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。產(chǎn)。v設(shè)備外形特點(diǎn)設(shè)備外形特點(diǎn)一般置于室外一般置于室外罐體圓柱形，罐頂橢圓封頭，錐形體底。錐罐體圓柱形，罐頂橢圓封頭，錐形體底。錐底角取排出角為底角取排出角為73757375，對(duì)于貯酒罐，常取，對(duì)于貯酒罐，常取錐角為錐角為120150 120150 筒體直徑筒體直徑(D)(D)和和筒體高度筒體高度(H)(H)是主要特性參數(shù)是主要特性參數(shù)。單釀罐一般是。單釀罐一般是D D：H H1 1：1212。對(duì)兩罐法。對(duì)兩罐法的發(fā)酵罐的發(fā)酵罐D(zhuǎn) D：H H1 1：3434，對(duì)兩罐法的貯酒，對(duì)兩罐法的貯酒罐罐D(zhuǎn) D

15、：H H1 1：1212，也有采用直徑為，也有采用直徑為34m34m的的臥式圓簡體罐作貯酒罐。臥式圓簡體罐作貯酒罐。增加增加H H有利于加速有利于加速發(fā)酵，降低發(fā)酵，降低H H有利于啤酒的自然澄清。有利于啤酒的自然澄清。 v罐材料罐材料大型大型C.C.TC.C.T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。啤酒是酸性液體，能造成鐵種材料制成。啤酒是酸性液體，能造成鐵的電化學(xué)腐蝕，啤酒發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的的電化學(xué)腐蝕，啤酒發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的H H2 2S S、SOSO2 2對(duì)鐵材料會(huì)造成氧化還原腐蝕。對(duì)鐵材料會(huì)造成氧化還原腐蝕。v冷卻冷卻先進(jìn)的先進(jìn)的C.C.TC.C.T均采用換熱片式一次性

16、冷媒直均采用換熱片式一次性冷媒直接蒸發(fā)式換熱，一次性冷媒接蒸發(fā)式換熱，一次性冷媒( (如氨蒸發(fā)溫度如氨蒸發(fā)溫度為為 -3-4)-3-4)蒸發(fā)后的壓力在蒸發(fā)后的壓力在1.0MPa1.2 MPa1.0MPa1.2 MPa，也就是說換熱片需耐高壓，也就是說換熱片需耐高壓發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)的冷卻裝置一般分成三發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)的冷卻裝置一般分成三段，上段距發(fā)酵液面段，上段距發(fā)酵液面15cm15cm向下排列，中段向下排列，中段在筒體的下部距支撐裙座在筒體的下部距支撐裙座15cm15cm向上排列，向上排列，錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。v隔熱層和防護(hù)層隔熱層和防護(hù)層絕

17、熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)低、體積質(zhì)絕熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、吸水小、不易燃等特性量低、吸水小、不易燃等特性啤酒啤酒C.C.TC.C.T絕熱層常用如下材料：聚酰氨樹絕熱層常用如下材料：聚酰氨樹脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。外防護(hù)層一般采用外防護(hù)層一般采用0.71.5mm0.71.5mm厚的合金鋁板厚的合金鋁板或或0.50.7mm0.50.7mm的不銹鋼板，特別是的不銹鋼板，特別是 瓦楞型板更受歡迎。瓦楞型板更受歡迎。 vCIP清洗系統(tǒng)清洗系統(tǒng)啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不

18、罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不適用，必須采用自動(dòng)化的噴洗裝置適用，必須采用自動(dòng)化的噴洗裝置采用較多的是采用較多的是CIPCIP清洗系統(tǒng)清洗系統(tǒng)所謂所謂CIPCIP系統(tǒng)，是系統(tǒng)，是clean in placeclean in place的簡稱，意即的簡稱，意即內(nèi)部清洗系統(tǒng)。內(nèi)部清洗系統(tǒng)。v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)發(fā)酵快速發(fā)酵快速易于沉淀收集酵母易于沉淀收集酵母減少啤酒及苦味物質(zhì)的損失減少啤酒及苦味物質(zhì)的損失改善泡沫穩(wěn)定性改善泡沫穩(wěn)定性v缺點(diǎn)缺點(diǎn)由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低( (只能使用只能使用5656代代) )

19、貯酒時(shí)，澄清比較困難貯酒時(shí)，澄清比較困難( (特別在使用非凝聚特別在使用非凝聚性酵母性酵母) )，過濾必須強(qiáng)化，過濾必須強(qiáng)化若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要致，一般要57d57d以上，短期貯酒不能保證以上，短期貯酒不能保證溫度一致溫度一致 2 2 酒精發(fā)酵罐酒精發(fā)酵罐v酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求滿足酵母生長和代謝的滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件必要工藝條件有利于發(fā)酵液的排出有利于發(fā)酵液的排出及時(shí)移走在生化反應(yīng)過及時(shí)移走在生化反應(yīng)過程中將釋放的生物熱程中將釋放的生物熱便于設(shè)備清洗、維修便于設(shè)備清洗、維修有利于回收二氧化碳有利于

20、回收二氧化碳v酒精發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)酒精發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形宜采用密閉式，便于回收二氧化碳宜采用密閉式，便于回收二氧化碳罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)料管、接種管、壓力表和測量儀表接口等料管、接種管、壓力表和測量儀表接口等罐底裝有排料口和排污口，大型發(fā)酵罐，為罐底裝有排料口和排污口，大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有入了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有入孔孔罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口v發(fā)酵的冷卻裝置發(fā)酵的冷卻裝置中小型發(fā)酵罐，多采用中小型發(fā)酵罐，多

21、采用罐頂噴水罐頂噴水淋于罐外壁淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻表面進(jìn)行膜狀冷卻大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。底部沿罐體四周裝有集水槽。v酒精發(fā)酵罐的洗滌酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且過去均由人工操作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且二氧化碳?xì)怏w一旦末徹底排除，工人入罐清二氧化碳?xì)怏w一旦末徹底排除，工人入罐清洗會(huì)發(fā)生中毒事故。洗會(huì)發(fā)生中毒事故。近年來，酒精發(fā)酵罐巳逐步采用近年來，酒精發(fā)酵罐巳逐步采

22、用水力噴射洗水力噴射洗滌滌裝置，從而改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高裝置，從而改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。裝置尤為重要。大型酒精發(fā)酵罐采用水力噴大型酒精發(fā)酵罐采用水力噴射洗滌裝置射洗滌裝置水力噴射裝置：由一根水力噴射裝置：由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管兩頭裝有噴嘴的灑水管組成，兩頭噴水管彎有組成，兩頭噴水管彎有一定的弧度，噴水管上一定的弧度，噴水管上均勻地鉆有一定數(shù)量的均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔小孔高壓強(qiáng)的水力噴射洗滌高壓強(qiáng)的水力噴射洗滌裝置：是一根直立的噴裝置：是一根直立的噴水管，沿軸向安裝于罐水管，沿軸向安裝于罐的

23、中央，在垂直噴水管的中央，在垂直噴水管上按一定的間距均勻地上按一定的間距均勻地鉆有鉆有4-6mm的小孔的小孔，v高效生物反應(yīng)器的特點(diǎn)：高效生物反應(yīng)器的特點(diǎn)：設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)嚴(yán)密良好的液體混合性能，較高的傳質(zhì)、傳熱速良好的液體混合性能，較高的傳質(zhì)、傳熱速率率易于放大易于放大具有配套而又可靠的檢測及控制儀表等具有配套而又可靠的檢測及控制儀表等v判斷生物反應(yīng)器好壞的標(biāo)準(zhǔn)判斷生物反應(yīng)器好壞的標(biāo)準(zhǔn) 是否符合工藝要求，獲得最大的生產(chǎn)效率。是否符合工藝要求，獲得最大的生產(chǎn)效率。生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則v生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的目標(biāo)生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的目標(biāo) 獲取高質(zhì)量、低成本的

24、產(chǎn)品獲取高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品v生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的原則生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)的原則適宜的徑高比適宜的徑高比承受一定的壓力承受一定的壓力滿足溶氧需求滿足溶氧需求滿足溫度要求滿足溫度要求盡量減少死角盡量減少死角盡量減少法蘭連接盡量減少法蘭連接保證滅菌保證滅菌三三 固體培養(yǎng)設(shè)備（自學(xué)）固體培養(yǎng)設(shè)備（自學(xué)）v應(yīng)用于醬油與釀酒生產(chǎn)，飼料蛋白應(yīng)用于醬油與釀酒生產(chǎn)，飼料蛋白v自然通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備自然通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備v機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備機(jī)械通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四四 動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器動(dòng)、植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)是指動(dòng)物或植物細(xì)胞在體動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)是指動(dòng)物或植物細(xì)胞在體外條件下進(jìn)行繁殖，此時(shí)細(xì)胞雖然生長與增外條件下進(jìn)行繁殖，此

25、時(shí)細(xì)胞雖然生長與增多，但不再形成組織。多，但不再形成組織。v動(dòng)植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的區(qū)別動(dòng)植物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的區(qū)別動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，動(dòng)植物細(xì)胞對(duì)環(huán)境影響動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，動(dòng)植物細(xì)胞對(duì)環(huán)境影響十分敏感十分敏感動(dòng)植物細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當(dāng)苛刻，動(dòng)植物細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當(dāng)苛刻，并且生長緩慢并且生長緩慢需要嚴(yán)格防止雜菌污染需要嚴(yán)格防止雜菌污染動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的性質(zhì)比較動(dòng)物細(xì)胞與微生物細(xì)胞的性質(zhì)比較 1 1 動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器v動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)方法貼壁培養(yǎng)貼壁培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)固定化培養(yǎng)固定化培養(yǎng)反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)反應(yīng)器的優(yōu)缺點(diǎn)

26、優(yōu)點(diǎn)：避免向培養(yǎng)優(yōu)點(diǎn)：避免向培養(yǎng)基直接通氣時(shí)氣泡基直接通氣時(shí)氣泡損傷細(xì)胞，沒有移損傷細(xì)胞，沒有移動(dòng)部件，密封好，動(dòng)部件，密封好，氧轉(zhuǎn)換率較高，便氧轉(zhuǎn)換率較高，便于放大。于放大。 缺點(diǎn)：氧傳遞系數(shù)缺點(diǎn)：氧傳遞系數(shù)小，氣路系統(tǒng)不能小，氣路系統(tǒng)不能就地滅菌。就地滅菌。 反應(yīng)器適用范圍反應(yīng)器適用范圍 懸浮培養(yǎng)：非貼壁依賴性細(xì)胞懸浮培養(yǎng)：非貼壁依賴性細(xì)胞和貼壁于微載體的貼壁細(xì)胞和貼壁于微載體的貼壁細(xì)胞2 2 植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)包括植物器官（根、枝植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)包括植物器官（根、枝葉、發(fā)根、胚和冠癭組織等）、組織、細(xì)胞葉、發(fā)根、胚和冠癭組織等）、組織、細(xì)胞以及原生質(zhì)體

27、培養(yǎng)，并以此發(fā)展起來的各種以及原生質(zhì)體培養(yǎng)，并以此發(fā)展起來的各種植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)。v植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器固定化細(xì)胞培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)光生物反應(yīng)器組合式反應(yīng)器非機(jī)械攪拌反應(yīng)器機(jī)械攪拌反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器膜反應(yīng)器流化床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器固定化細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器Stirred Tank Bioreactors優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：混合性能好混合性能好傳氧效率高傳氧效率高操作彈性大操作彈性大可用于細(xì)胞高密度培養(yǎng)；可用于細(xì)胞高密度培養(yǎng)；缺點(diǎn)：剪切力大。缺點(diǎn)：剪切力大。機(jī)械攪拌懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器機(jī)械攪拌懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器氣體攪拌懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力氣體攪拌懸浮培養(yǎng)生物

28、反應(yīng)器所產(chǎn)生的剪切力較小，結(jié)構(gòu)簡單。其主要類型有鼓泡式反應(yīng)器較小，結(jié)構(gòu)簡單。其主要類型有鼓泡式反應(yīng)器、氣升式反應(yīng)器等氣體攪拌式反應(yīng)器。、氣升式反應(yīng)器等氣體攪拌式反應(yīng)器。 氣體攪拌懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器氣體攪拌懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器 Air inletGas outletCulture mediumSieve plateBubble Column Bioreactor第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵罐的放大（自學(xué)）發(fā)酵罐的放大（自學(xué)） 就是使就是使大型大型發(fā)酵罐的發(fā)酵罐的性能性能與與小型小型發(fā)酵罐發(fā)酵罐接接近近，使，使大型大型發(fā)酵罐與發(fā)酵罐與小型小型發(fā)酵罐的發(fā)酵罐的生產(chǎn)效率生產(chǎn)效率相相似。似。 v放大方法放大方法經(jīng)驗(yàn)

29、放大法經(jīng)驗(yàn)放大法因次分析法因次分析法數(shù)學(xué)模擬法等數(shù)學(xué)模擬法等v經(jīng)驗(yàn)放大法經(jīng)驗(yàn)放大法幾何尺寸放大幾何尺寸放大 幾何相似原則：幾何相似原則：H1/D1 = H2/D2 = A 放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：m = V2/V1 H2 / H1 = D2 / D1= m1/3 H :H :反應(yīng)器的高度，反應(yīng)器的高度，m m；D D：反應(yīng)器的內(nèi)徑，：反應(yīng)器的內(nèi)徑，m m；V V：反應(yīng)器的體積，：反應(yīng)器的體積，m m3；下標(biāo)；下標(biāo)“1”“2”“1”“2”：模擬反應(yīng)器及放大反應(yīng)器模擬反應(yīng)器及放大反應(yīng)器采用單位體積培養(yǎng)液中攪拌功率相同放大采用單位體積培養(yǎng)液中攪拌功率相同放大 即：即：P/VP/VL L= =常數(shù)常數(shù) 不通氣發(fā)酵：不通氣發(fā)酵：P Po2o2 = P = Po1o1 * * (d (d2/d/d1) )3 P Po o：不通氣攪拌功率，：不通氣攪拌功率，WW；d d：攪拌葉輪直徑，：攪拌葉輪直徑，m m；V V