第四章 發(fā)酵設(shè)備

第四章生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器是發(fā)酵工程中最重要的設(shè)備之一大型發(fā)酵罐攪拌裝置機(jī)械攪拌生物反應(yīng)器動物細(xì)胞反應(yīng)器固體生物反應(yīng)器醬油發(fā)酵池李錦記集團(tuán)醬油發(fā)酵池厭氧發(fā)酵罐一個(gè)優(yōu)良的培養(yǎng)裝置應(yīng)具有：嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)良好的液體混合性能高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測和控制儀表根據(jù)反應(yīng)是否需要氧氣為基準(zhǔn)微生物反應(yīng)器可分為:需氧微生物反應(yīng)器（通氣發(fā)酵罐）厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）酒精發(fā)酵罐酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件(1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件(2)一定的生化反應(yīng)時(shí)間(3)及時(shí)移走在生化反應(yīng)過程中將釋放的生物熱厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求滿足工藝要求，有利于發(fā)酵物的排出從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出有利于設(shè)備清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu)為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。在酒精發(fā)酸過程中，為了回收二氧化碳?xì)怏w及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式。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管等。罐底裝有排料口和排污口；罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口，對于大型發(fā)酵耀，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。啤酒發(fā)酵設(shè)備

厭氧微生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）§1.通氣攪拌罐通氣攪拌罐有下列優(yōu)點(diǎn)：⑴pH和溫度容易控制⑵尺寸放大的方法大致已確定⑶適用于CSTR等。通氣攪拌罐的缺點(diǎn)：⑴攪拌功率消耗大⑵因罐內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易清洗干凈，易被雜菌污染。此外，雖裝有無菌密封裝置，但在軸承處還會發(fā)生雜菌污染。⑶培養(yǎng)絲狀菌時(shí)，常用攪拌槳葉的剪切力致使菌絲易被切斷，細(xì)胞易受損傷。一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐攪拌的作用：①液體通風(fēng)后進(jìn)入的氣泡在攪拌中隨著液體旋轉(zhuǎn)使之所走路程延長，使發(fā)酵液中保持的空氣數(shù)量增加，實(shí)際上是增加了傳質(zhì)量。②通過攪拌，大氣泡被攪拌器打碎，增加比表面積。③攪拌速度越快，攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)增加，增加了傳氧速率。1．

發(fā)酵罐的基本條件①

發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的高徑比（一般高度與直徑之比為1.7～4倍）②

發(fā)酵罐能承受一定的壓力：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。這是因?yàn)槲⑸锷L代謝過程放出大量的熱量必須通過冷卻來調(diào)節(jié)不同發(fā)酵階段所需的溫度。⑤發(fā)酵罐應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底。⑥

攪拌器軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量減少泄漏。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵罐的幾何尺寸

H/D=1.7~4d/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)酵罐的部分部件①攪拌器和擋板攪拌器分平葉式、彎葉式、箭葉式三種，國外多用平葉，我國多用彎葉。其作用是打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于醪液中。擋板的作用：改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。全擋板條件是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。達(dá)到全擋板條件的要求，須滿足：

②消泡器消泡器的作用是將泡沫打破。最常用的形式有鋸齒式、梳狀式及孔板式?？装迨降目讖郊s10～20mm。③空氣分布裝置單管式分布裝置：管口正對罐底中央，與罐底的距離約40mm，這樣的空氣分散效果較好。環(huán)形管的分布裝置：以環(huán)徑為攪拌器直徑的0.8倍較有效，噴孔直徑為φ5～8mm，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風(fēng)管的截面積?？諝饬魉偃。?0m/s④軸封

填料函式軸封的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單。主要缺點(diǎn)是：①死角多，很難徹底滅菌，易滲漏和滅菌②軸的磨損較嚴(yán)重③填料壓緊后摩擦功率消耗大④壽命短端面式軸封又叫機(jī)械軸封。優(yōu)點(diǎn)：①清潔②密封可靠，在較長地使用期中，不會泄漏或很少泄漏③無死角，可以防止雜菌污染④使用壽命長，質(zhì)量好的可用2～5年不需維修。⑤摩擦功率耗損小，一般為填料函式的10～50％。⑥軸或軸套不受磨損⑦它對軸的精度和光潔度沒有填料函那么要求嚴(yán)格，對軸的震動敏感性小。二、自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機(jī)，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。應(yīng)用：醫(yī)藥工業(yè)、酵母工業(yè)、生產(chǎn)葡萄糖酸鈣、力復(fù)霉素、維生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成績。

文氏管發(fā)酵罐工作原理：用泵將發(fā)酵液壓入文氏管中，由于文氏管的收縮段中液體的流速增加，形成真空將空氣吸入，并使氣泡分散與液體混合，增加發(fā)酵液中的溶解氧。自吸式發(fā)酵罐優(yōu)點(diǎn)：①

節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐、總過濾器設(shè)備，減少廠房占地面積。②

減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約30％左右。③

設(shè)備便于自動化、連續(xù)化，降低老定強(qiáng)度，減少勞動力。④

設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效率高，操作方便。缺點(diǎn)：由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。工作原理：自吸式發(fā)酵罐的構(gòu)件主要使自吸攪拌器和導(dǎo)輪，又稱轉(zhuǎn)子及定子。轉(zhuǎn)子由罐底向上升入的主軸帶動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)空氣則由導(dǎo)氣管吸入。在轉(zhuǎn)子啟動前，先用液體將轉(zhuǎn)子浸沒，然后啟動馬達(dá)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，液體或空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，在這個(gè)過程中，流體便獲得能量，若轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速愈快，旋轉(zhuǎn)的線速度也愈大，則流體的動能也愈大，流體離開轉(zhuǎn)子時(shí)，由動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芤灿?，排出的風(fēng)量也越大。當(dāng)轉(zhuǎn)子空膛內(nèi)的流體從中心被甩向外緣時(shí)，在轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大，由于轉(zhuǎn)子的空膛用管子與大氣相通，因此大氣的空氣不斷地被吸入，甩向葉輪的外緣，通過導(dǎo)向葉輪而使氣液均勻分布甩出。由于轉(zhuǎn)子的攪拌作用，氣液在葉輪周圍形成強(qiáng)烈的混合流（湍流），使剛離開葉輪的空氣立即在循環(huán)的發(fā)酵液中分裂成細(xì)微的氣泡，并在湍流狀態(tài)下混合，翻騰，擴(kuò)散到整個(gè)罐中，因此自吸式充氣裝置