發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件

第九章

發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1發(fā)酵罐

發(fā)酵罐：進(jìn)行液體深層培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。發(fā)酵罐發(fā)酵罐：進(jìn)行液體深層培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。2第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件3大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐4第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件51、發(fā)酵罐的特點

（1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對純種培養(yǎng)的要求之高，幾乎達(dá)到十分苛刻的程度。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點。（2）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。

1、發(fā)酵罐的特點（1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對62、發(fā)酵罐的類型

發(fā)酵工業(yè)最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外，其它型式的發(fā)酵罐。2、發(fā)酵罐的類型發(fā)酵工業(yè)最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌7（1）按微生物生長代謝需要分類好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)酵罐。不需要通氣。（1）按微生物生長代謝需要分類8（2）按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：

循環(huán)式：伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐；

非循環(huán)式：通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：循環(huán)式：氣升式發(fā)酵罐；非循環(huán)式：排管式和噴射式發(fā)酵罐。

這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和產(chǎn)物形成對氧的需求。

（2）按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類9（3）按容積分類一般認(rèn)為500L以下的是實驗室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。（3）按容積分類10生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器11第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐

酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多。第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵12第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐

對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐對這類發(fā)酵罐的要求是：13一、酒精發(fā)酵罐滿足酒精發(fā)酵的工藝要求滿足酒精酵母生長和代謝的必要工藝條件將發(fā)酵產(chǎn)生的熱量及時移走

有利于發(fā)酵液的排出，設(shè)備的清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。一、酒精發(fā)酵罐滿足酒精發(fā)酵的工藝要求14基本結(jié)構(gòu)冷卻裝置洗滌裝置基本結(jié)構(gòu)151，基本結(jié)構(gòu)酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形底蓋和頂蓋均為碟形或錐形的立式金屬容器罐頂裝有廢汽回收管，進(jìn)料管，按種管，壓力表、各種測量儀表接口管及供觀察清洗和檢修罐體內(nèi)部的人孔等罐底裝有排料口和排污口對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口1，基本結(jié)構(gòu)16

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。2，發(fā)酵罐的冷卻裝置中小型發(fā)酵罐：多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；大型發(fā)酵罐：由于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求，所以，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置。為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集17酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且CO2氣體一旦未徹底排除，工人入罐清洗會發(fā)生中毒事故。目前，酒精發(fā)酵罐已采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且CO218高壓水力噴射洗滌裝置（如圖），一根直立的噴水管，安裝于罐中央，在垂直噴水管上鉆小孔，水平噴水管借活接頭，上端和供水管，下端和垂直分配管連接。水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，并以極大的速度噴射到罐壁，而垂直噴水管也以同樣的水流速度噴射到罐體和罐底。高壓水力噴射洗滌裝置（如圖），一根直立的噴水管，安裝于罐中央19傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前圓筒體錐底罐（C.C.T)在露天大罐工藝中使用最為普遍．簡稱露天錐形發(fā)酵罐。二、啤酒發(fā)酵設(shè)備

傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒20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，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。大型化的目的：(1)

使啤酒質(zhì)量均一化(2)由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。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21(1)發(fā)酵容器材料的變化由陶器向木材---水泥----金屬材料演變現(xiàn)在的啤酒生產(chǎn)，后兩種材料都在使用。我國大多數(shù)啤酒發(fā)酵容器為內(nèi)有涂料的鋼筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不銹鋼。啤酒發(fā)酵容器的變遷過程(1)發(fā)酵容器材料的變化啤酒發(fā)酵容器的變遷過程22（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變小規(guī)模生產(chǎn)時，一般用開放式，對發(fā)酵的管理、泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測定等比較方便。隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并為密閉式。（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變23（3）密閉容器的演變原來是在開放式長方形容器上面加弓形蓋子的密閉發(fā)酵槽；隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥式圓筒形發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有很大的改進(jìn)，大都采用CIP自動清洗系統(tǒng)。（3）密閉容器的演變24原位清洗（CleaningInPlace）

簡稱CIP，又稱在位清洗或自動清洗。指無需拆卸設(shè)備或設(shè)備部件即可在內(nèi)部循環(huán)自動清洗。用途：CIP清洗系統(tǒng)適用于各種飲料、乳品、果汁、啤酒、生物制藥等生產(chǎn)線設(shè)備和管道的就地清洗。原位清洗（CleaningInPlace）簡稱C25可提供酸洗，堿洗以及熱洗三個程序，并且可自動設(shè)置酸液，堿液濃度以及熱水的溫度。CIP清洗系統(tǒng)配置：清水罐，酸液罐，堿液罐，離心泵，控制柜等可提供酸洗，堿洗以及熱洗三個程序，并且可自動設(shè)置酸液，堿26CIP清洗程序及要求

a、水洗，循環(huán)5min。

b、堿洗（NaOH），循環(huán)10min，堿液濃度3%，溫度80℃。

c、水洗，循環(huán)5min至中性止。

d、酸洗

（HNO3），循環(huán)10min，酸液濃度1.5%，溫度80℃。

e、水洗，至中性澄清止(pH6.8-7.2)。

g、用清水沖洗，將殘留于罐表面及管線中的堿液沖洗干凈。

h、最后用酸性水沖洗循環(huán)，以中和殘留的堿性，放走洗水，使罐保持弱酸狀況。至此完成了全部清洗過程。CIP清洗程序及要求

a、水洗，循環(huán)5min。

b、堿洗27優(yōu)點：均勻處理所有接觸產(chǎn)品的表面避免設(shè)備部件在拆卸時可能受到的機(jī)械磨損排除打開設(shè)備或使用清洗儀器可能造成污染的意外可重復(fù)生產(chǎn)步驟的自動流程和在運行數(shù)據(jù)采集中的控制參數(shù)檢測優(yōu)點：28圓筒體錐底罐（C.C.T)

設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點C．C．T發(fā)酵最大特點在于大型化，容積從100~600m3(國內(nèi)也有60m3小型的)。圓筒體錐底罐（C.C.T)

設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點C．C．291，設(shè)備的外型特點外筒體：蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。筒體直徑(D)和筒體高度(H)是主要特性參數(shù)。對單釀罐一般是D：H＝1:1~2。對兩罐法發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H＝1:3~4貯酒罐D(zhuǎn)：H＝1:1~21，設(shè)備的外型特點外筒體：30第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件31H/D=1.7-3H—筒身高度HL/D=2-2.5HL按照裝料VL=70%V總計算

d/D=1/3-1/2d-攪拌器直徑

W/D=1/12-1/8（取0.1,并留1-2cm間隙,以防死角）

W—檔板寬度B/D=0.8-1.0B—下攪拌器距底間距

(s/d)2=1.5-2.5可以取相同值，1.5≤s/d≤2(s/d)3=1-2s—攪拌器間距

發(fā)酵罐外形、結(jié)構(gòu)及幾何尺寸要求

H/D=1.7-3H—筒32發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為73~75°(一定體積沉降酵母在錐底中占有最小比表面積時摩接力最小)；對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為120~150°。

發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為73332，罐材料

大型C．C．T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。2，罐材料

大型C．C．T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制343，冷卻夾套冷卻夾套的發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)一般分成三段：上段距發(fā)酵液面15cm向下排列；中段在筒體的下部距支撐裙座15cm向上排列；錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。3，冷卻夾套冷卻夾套的發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)一般分成三段：35冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；由于啤酒冰點溫度為-2.0~-2.7℃。為了防止啤酒在罐內(nèi)局部結(jié)冰，冷媒溫度應(yīng)在-3℃左右。

冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；364，隔熱層和防護(hù)層絕熱層材料應(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。啤酒C．C．T常用如下材料：絕熱材料聚酰氨樹脂，可現(xiàn)場噴涂發(fā)泡，施工方便，價格中等，但易燃。自熄式聚苯乙烯泡沫塑料是最佳絕熱材料，但價格貴。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150~200mm。膨脹珍珠巖粉和礦渣棉價格低，因吸水性大需增加厚度200~250mm。外防護(hù)層一般采用0.7~1.5mm厚的合金鋁板或0.5~0.7mm的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。4，隔熱層和防護(hù)層絕熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、375，罐主要附件在上中下三段冷卻介質(zhì)進(jìn)口位置下裝智能型鉑溫度傳感器。在圓筒形下部裝可清洗取樣閥。罐頂部應(yīng)有安全閥、真空破壞閥。在液面上150mm裝有CIP裝置。還應(yīng)裝上視鏡、燈鏡、空氣和二氧化碳排出管等裝置。錐底有直徑500mm的快開人孔。如做單釀罐應(yīng)具有深入錐底800-1200mm的出酒管和排酵母底閥及四通視鏡。5，罐主要附件38圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵C.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)(麥汁)和酵母對流獲得強(qiáng)化，可加速發(fā)酵。廠房投資節(jié)省。冷耗節(jié)省。C.C.T發(fā)酵可依賴CIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵39圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低(只能使用5~6代)；貯酒時，澄清比較困難(特別在使用非凝聚性酵母)，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致，一般要5~7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母40第二節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志近代通風(fēng)發(fā)酵工業(yè)的開始。在深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)中，發(fā)酵罐是關(guān)鍵設(shè)備。在發(fā)酵罐中，微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中進(jìn)行生長、新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。第二節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，深層41一、通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素、酵母等發(fā)酵用的發(fā)酵罐。好氣性發(fā)酵需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧。常用通風(fēng)發(fā)酵罐有以下幾種類型：機(jī)械攪拌發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐文氏管發(fā)酵罐一、通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷42（一）、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類型。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，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)酵所需要的氧氣。（一）、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用431，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的基本要求一個性能優(yōu)良的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐必須滿足以下基本要求：（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比；發(fā)酵罐的高度與直徑之比一般為2.5~4倍左右，罐身越長，氧的利用率較高（2）發(fā)酵罐能承受一定壓力；（3）發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧；（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積；（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底，避免染菌；（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量減少泄漏。1，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的基本要求一個性能優(yōu)良的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)442，機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是一種密封式受壓設(shè)備，其主要部件包括：2，機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是一種密封式45第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件46（1）罐體

發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成；小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接材料一般為不銹鋼。（1）罐體

發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成；47第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件48為了便于清洗，小型發(fā)酵罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝有快開人孔及清洗用的快開手孔。罐頂還裝有視鏡及燈鏡。在發(fā)酵罐的罐頂上的接管有：進(jìn)料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管。在罐身上的接管有冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、取樣管、溫度計管和測控儀表接口。為了便于清洗，小型發(fā)酵罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝49第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件50（2）．發(fā)酵罐罐體的尺寸比例

H/D=2.5~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/d=0.8~1.0(s/d)2=1.5~2.5(s/d)3=1~2（2）．發(fā)酵罐罐體的尺寸比例H/D=2.5~451攪拌的目的打碎氣泡，增加氣液接觸面積，即a↑產(chǎn)生渦流，延長氣泡在液體中的停留時間造成湍流，減小氣泡外滯流液膜的厚度，KL↑動量傳遞（N、Ws），有利于混合及固體物料保持懸浮狀態(tài)攪拌的效果:原生流→圓周運動（徑向運動）：層流及漩渦，原生流速V原∝n

擋板作用：次生流→軸向運動、翻動，決定混合好壞，V次∝n2攪拌效果評價：傳質(zhì)，傳熱及混合效果效果的改善：轉(zhuǎn)速，攪拌器（槳）的形式和數(shù)量攪拌的目的52第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件53攪拌器的形式：通用式發(fā)酵罐大多采用渦輪式攪拌器，而又以圓盤渦輪攪拌器為主。槳葉型式：圓盤渦輪攪拌器有平葉式、彎葉式、箭葉式三種。葉片數(shù)量：至少三個，通常六個，多至八個。

α

：彎>平>箭；β：彎>箭>平攪拌器的形式：通用式發(fā)酵罐大多采用渦輪式攪拌器，而又以圓54在相同的攪拌功率PG下，

粉碎氣泡能力：平>彎>箭

綜合傳質(zhì)+混合，翻動流體能力：箭>彎>平彎葉最好（對于KLa）。

在相同的攪拌功率PG下，55第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件56攪拌槳的層數(shù)：根據(jù)

H/D及（s/d）n

的要求進(jìn)行計算。一般3-4層，底層攪拌最重要，占軸功率的40%，所具葉片數(shù)最多（6-8片）。攪拌槳的層數(shù)：根據(jù)H/D及（s/d）n的要求進(jìn)行計算。一57第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件58蝸輪攪拌器平葉箭葉彎葉通用式發(fā)酵罐大多采用渦輪式攪拌器，而又以圓盤渦輪攪拌器為主。蝸輪攪拌器平葉箭葉彎葉通用式發(fā)酵罐大多采用渦輪式攪拌59大型發(fā)酵罐攪拌裝置攪拌槳冷卻管攪拌電機(jī)上封頭大型發(fā)酵罐攪拌裝置攪拌槳冷卻管攪拌電機(jī)上封頭60第九章

發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備61發(fā)酵罐

發(fā)酵罐：進(jìn)行液體深層培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。發(fā)酵罐發(fā)酵罐：進(jìn)行液體深層培養(yǎng)的生物反應(yīng)器。62第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件63大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐64第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件651、發(fā)酵罐的特點

（1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對純種培養(yǎng)的要求之高，幾乎達(dá)到十分苛刻的程度。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點。（2）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。

1、發(fā)酵罐的特點（1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對662、發(fā)酵罐的類型

發(fā)酵工業(yè)最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外，其它型式的發(fā)酵罐。2、發(fā)酵罐的類型發(fā)酵工業(yè)最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌67（1）按微生物生長代謝需要分類好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)酵罐。不需要通氣。（1）按微生物生長代謝需要分類68（2）按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：

循環(huán)式：伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐；

非循環(huán)式：通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：循環(huán)式：氣升式發(fā)酵罐；非循環(huán)式：排管式和噴射式發(fā)酵罐。

這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和產(chǎn)物形成對氧的需求。

（2）按照發(fā)酵罐設(shè)備特點分類69（3）按容積分類一般認(rèn)為500L以下的是實驗室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。（3）按容積分類70生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器71第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐

酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多。第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵72第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐

對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。第一節(jié)密閉厭氧發(fā)酵罐對這類發(fā)酵罐的要求是：73一、酒精發(fā)酵罐滿足酒精發(fā)酵的工藝要求滿足酒精酵母生長和代謝的必要工藝條件將發(fā)酵產(chǎn)生的熱量及時移走

有利于發(fā)酵液的排出，設(shè)備的清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。一、酒精發(fā)酵罐滿足酒精發(fā)酵的工藝要求74基本結(jié)構(gòu)冷卻裝置洗滌裝置基本結(jié)構(gòu)751，基本結(jié)構(gòu)酒精發(fā)酵罐筒體為圓柱形底蓋和頂蓋均為碟形或錐形的立式金屬容器罐頂裝有廢汽回收管，進(jìn)料管，按種管，壓力表、各種測量儀表接口管及供觀察清洗和檢修罐體內(nèi)部的人孔等罐底裝有排料口和排污口對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口1，基本結(jié)構(gòu)76

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。2，發(fā)酵罐的冷卻裝置中小型發(fā)酵罐：多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；大型發(fā)酵罐：由于罐外壁冷卻面積不能滿足冷卻要求，所以，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置。為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集77酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且CO2氣體一旦未徹底排除，工人入罐清洗會發(fā)生中毒事故。目前，酒精發(fā)酵罐已采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且CO278高壓水力噴射洗滌裝置（如圖），一根直立的噴水管，安裝于罐中央，在垂直噴水管上鉆小孔，水平噴水管借活接頭，上端和供水管，下端和垂直分配管連接。水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，并以極大的速度噴射到罐壁，而垂直噴水管也以同樣的水流速度噴射到罐體和罐底。高壓水力噴射洗滌裝置（如圖），一根直立的噴水管，安裝于罐中央79傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前圓筒體錐底罐（C.C.T)在露天大罐工藝中使用最為普遍．簡稱露天錐形發(fā)酵罐。二、啤酒發(fā)酵設(shè)備

傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒80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，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。大型化的目的：(1)

使啤酒質(zhì)量均一化(2)由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。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81(1)發(fā)酵容器材料的變化由陶器向木材---水泥----金屬材料演變現(xiàn)在的啤酒生產(chǎn)，后兩種材料都在使用。我國大多數(shù)啤酒發(fā)酵容器為內(nèi)有涂料的鋼筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不銹鋼。啤酒發(fā)酵容器的變遷過程(1)發(fā)酵容器材料的變化啤酒發(fā)酵容器的變遷過程82（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變小規(guī)模生產(chǎn)時，一般用開放式，對發(fā)酵的管理、泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測定等比較方便。隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并為密閉式。（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變83（3）密閉容器的演變原來是在開放式長方形容器上面加弓形蓋子的密閉發(fā)酵槽；隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥式圓筒形發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有很大的改進(jìn)，大都采用CIP自動清洗系統(tǒng)。（3）密閉容器的演變84原位清洗（CleaningInPlace）

簡稱CIP，又稱在位清洗或自動清洗。指無需拆卸設(shè)備或設(shè)備部件即可在內(nèi)部循環(huán)自動清洗。用途：CIP清洗系統(tǒng)適用于各種飲料、乳品、果汁、啤酒、生物制藥等生產(chǎn)線設(shè)備和管道的就地清洗。原位清洗（CleaningInPlace）簡稱C85可提供酸洗，堿洗以及熱洗三個程序，并且可自動設(shè)置酸液，堿液濃度以及熱水的溫度。CIP清洗系統(tǒng)配置：清水罐，酸液罐，堿液罐，離心泵，控制柜等可提供酸洗，堿洗以及熱洗三個程序，并且可自動設(shè)置酸液，堿86CIP清洗程序及要求

a、水洗，循環(huán)5min。

b、堿洗（NaOH），循環(huán)10min，堿液濃度3%，溫度80℃。

c、水洗，循環(huán)5min至中性止。

d、酸洗

（HNO3），循環(huán)10min，酸液濃度1.5%，溫度80℃。

e、水洗，至中性澄清止(pH6.8-7.2)。

g、用清水沖洗，將殘留于罐表面及管線中的堿液沖洗干凈。

h、最后用酸性水沖洗循環(huán)，以中和殘留的堿性，放走洗水，使罐保持弱酸狀況。至此完成了全部清洗過程。CIP清洗程序及要求

a、水洗，循環(huán)5min。

b、堿洗87優(yōu)點：均勻處理所有接觸產(chǎn)品的表面避免設(shè)備部件在拆卸時可能受到的機(jī)械磨損排除打開設(shè)備或使用清洗儀器可能造成污染的意外可重復(fù)生產(chǎn)步驟的自動流程和在運行數(shù)據(jù)采集中的控制參數(shù)檢測優(yōu)點：88圓筒體錐底罐（C.C.T)

設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點C．C．T發(fā)酵最大特點在于大型化，容積從100~600m3(國內(nèi)也有60m3小型的)。圓筒體錐底罐（C.C.T)

設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點C．C．891，設(shè)備的外型特點外筒體：蝶形或拱形蓋，錐形體底，罐筒體壁和錐底有各種形式的冷卻夾套。筒體直徑(D)和筒體高度(H)是主要特性參數(shù)。對單釀罐一般是D：H＝1:1~2。對兩罐法發(fā)酵罐D(zhuǎn)：H＝1:3~4貯酒罐D(zhuǎn)：H＝1:1~21，設(shè)備的外型特點外筒體：90第九章發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備1課件91H/D=1.7-3H—筒身高度HL/D=2-2.5HL按照裝料VL=70%V總計算

d/D=1/3-1/2d-攪拌器直徑

W/D=1/12-1/8（取0.1,并留1-2cm間隙,以防死角）

W—檔板寬度B/D=0.8-1.0B—下攪拌器距底間距

(s/d)2=1.5-2.5可以取相同值，1.5≤s/d≤2(s/d)3=1-2s—攪拌器間距

發(fā)酵罐外形、結(jié)構(gòu)及幾何尺寸要求

H/D=1.7-3H—筒92發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為73~75°(一定體積沉降酵母在錐底中占有最小比表面積時摩接力最小)；對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為120~150°。

發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為73932，罐材料

大型C．C．T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制成。2，罐材料

大型C．C．T均采用碳鋼加涂料或不銹鋼兩種材料制943，冷卻夾套冷卻夾套的發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)一般分成三段：上段距發(fā)酵液面15cm向下排列；中段在筒體的下部距支撐裙座15cm向上排列；錐底段盡可能接近排酵母口，向上排列。3，冷卻夾套冷卻夾套的發(fā)酵罐或單釀罐內(nèi)一般分成三段：95冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；由于啤酒冰點溫度為-2.0~-2.7℃。為了防止啤酒在罐內(nèi)局部結(jié)冰，冷媒溫度應(yīng)在-3℃左右。

冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；964，隔熱層和防護(hù)層絕熱層材料應(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。啤酒C．C．T常用如下材料：絕熱材料聚酰氨樹脂，可現(xiàn)場噴涂發(fā)泡，施工方便，價格中等，但易燃。自熄式聚苯乙烯泡沫塑料是最佳絕熱材料，但價格貴。采用上述兩種絕熱材料只需厚度150~200mm。膨脹珍珠巖粉和礦渣棉價格低，因吸水性大需增加厚度200~250mm。外防護(hù)層一般采用0.7~1.5mm厚的合金鋁板或0.5~0.7mm的不銹鋼板，特別是瓦楞型板更受歡迎。4，隔熱層和防護(hù)層絕熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)低、體積質(zhì)量低、975，罐主要附件在上中下三段冷卻介質(zhì)進(jìn)口位置下裝智能型鉑溫度傳感器。在圓筒形下部裝可清洗取樣閥。罐頂部應(yīng)有安全閥、真空破壞閥。在液面上150mm裝有CIP裝置。還應(yīng)裝上視鏡、燈鏡、空氣和二氧化碳排出管等裝置。錐底有直徑500mm的快開人孔。如做單釀罐應(yīng)具有深入錐底800-1200mm的出酒管和排酵母底閥及四通視鏡。5，罐主要附件98圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵C.C.T發(fā)酵和傳統(tǒng)發(fā)酵相比，由于發(fā)酵基質(zhì)(麥汁)和酵母對流獲得強(qiáng)化，可加速發(fā)酵。廠房投資節(jié)省。冷耗節(jié)省。C.C.T發(fā)酵可依賴CIP自動程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點加速發(fā)酵99圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母泥使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低(只能使用5~6代)；貯酒時，澄清比較困難(特別在使用非凝聚性酵母)，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致，一般要5~7d以上，短期貯酒不能保證溫度一致圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點由于罐體比較高，酵母沉降層厚度大，酵母100第二節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志近代通風(fēng)發(fā)酵工業(yè)的開始。在深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)中，發(fā)酵罐是關(guān)鍵設(shè)備。在發(fā)酵罐中，微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中進(jìn)行生長、新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。第二節(jié)通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，深層101一、通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素、酵母等發(fā)酵用的發(fā)酵罐。好氣性發(fā)酵需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧。常用通風(fēng)發(fā)酵罐有以下幾種類型：機(jī)械攪拌發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐文氏管發(fā)酵罐一、通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷102（一）、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類型。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，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)酵所需要的氧氣。（一）、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用1031，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的基本要求一個性能優(yōu)良的機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐必須滿足以下基本要求：（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比；發(fā)酵罐的高度與直徑之比一般為2.5~4倍左右，罐身越長，氧的利用率較高（2）發(fā)酵罐能承受一定壓力；（3）發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧；（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積；（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹