第五章 發(fā)酵設(shè)備

發(fā)酵設(shè)備第五章四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，或深層通風(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(zhǎng)、新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。

第一節(jié)通氣式發(fā)酵罐通風(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，以補(bǔ)充微生物所消耗的氧。通風(fēng)發(fā)酵罐的類型機(jī)械攪拌發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。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(zhǎng)繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。1.機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的基本要求發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。發(fā)酵罐能承受一定壓力。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。發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，能徹底滅菌，避免染菌。攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量減少泄漏。2.機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)機(jī)械攪拌發(fā)酵罐主要部件包括：罐身軸封消泡器攪拌器擋板換熱裝置空氣分布器人孔以及管路等攪拌器：攪拌器的作用:（1）溶質(zhì)的混合.（2）使氧溶解于發(fā)酵液中。攪拌器有軸向式（槳葉式、螺旋槳式）和徑向式（渦輪式）兩種。軸向式攪拌器槳葉式螺旋槳式

徑向式（渦輪式）攪拌器

（Discturbine）平直葉彎葉箭葉聯(lián)軸器大型發(fā)酵罐攪拌軸較長(zhǎng)，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。軸承為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐—般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)采用液體潤(rùn)滑的塑料軸瓦(如聚四氟乙烯等)，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4~0.7％。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套。變速裝置試驗(yàn)罐采用無級(jí)變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動(dòng)較為簡(jiǎn)便。軸封軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。端面軸封填料函發(fā)酵罐的換熱裝置夾套式換熱裝置這種裝置多應(yīng)用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐；夾套的高度比靜止液面高度稍高即可，無須進(jìn)行冷卻面積的設(shè)計(jì)。豎式蛇管換熱裝置這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，根據(jù)管的直徑大小而定，容積5m3以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。二、氣升式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐其通風(fēng)原理是罐內(nèi)通風(fēng)，靠機(jī)械攪拌作用使氣泡分割細(xì)碎，與培養(yǎng)基充分混合，密切接觸，以提高氧的吸收系數(shù)；設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，動(dòng)能消耗較太。采用氣升式發(fā)酵罐可以克服上述的缺點(diǎn)。1.氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻面積??；無攪拌傳動(dòng)設(shè)備，節(jié)省動(dòng)力，節(jié)省鋼材；操作時(shí)無噪音；料液裝料系數(shù)達(dá)80~90％，而不須加消泡劑；維修、操作及清洗簡(jiǎn)便，減少雜菌感染。但還不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對(duì)于粘度較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。

2.氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及原理分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。其主要結(jié)構(gòu)包括：罐體上升管空氣噴嘴內(nèi)循環(huán)外循環(huán)典型的氣升環(huán)流發(fā)酵罐a—高位篩板式發(fā)酵罐

b—用于培養(yǎng)單細(xì)胞蛋白的氣升式發(fā)酵罐a

b

三、自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮，而是通過攪拌自動(dòng)吸入空氣的發(fā)酵罐。這種設(shè)備的耗電量小，能保證發(fā)酵所需的空氣，并能使氣液分離細(xì)小，均勻地接觸，吸入空氣中70~80%的氧被利用。采用了不同型式、容積的自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)葡萄糖酸鈣、利福霉素、維生素C、酵母、蛋白酶等，都取得了良好的成績(jī)。1.自吸式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)罐體自吸攪拌器及導(dǎo)輪軸封換熱裝置消泡器2.自吸式發(fā)酵罐的充氣原理自吸式發(fā)酵罐的主要的構(gòu)件是自吸攪拌器及導(dǎo)輪，簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)子及定子。轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主軸帶動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空氣則由導(dǎo)氣管吸入。轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六葉輪、三葉輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。3.自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯聰、總過濾器等設(shè)備，減少廠房占地面積。減少發(fā)酵設(shè)備投資約30％左右．例如應(yīng)用自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)酵母，容積酵母的產(chǎn)量可高達(dá)30~50克。設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)力。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溶氧效果高，操作方便。

文氏管發(fā)酵罐其原理是用泵將發(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。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：吸氧的效率高，氣、液、固三相均勻混合，設(shè)備簡(jiǎn)單，無須空氣壓縮機(jī)及攪拌器，動(dòng)力消耗省。這種設(shè)備的缺點(diǎn)是氣體吸入量與液體循環(huán)量之比較低，對(duì)于好氧量較大的微生物發(fā)酵不適宜。第二節(jié)厭氧發(fā)酵設(shè)備一、酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)

1，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，接種管，壓力表、各種測(cè)量?jī)x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(duì)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(jì)接口1.冷卻水入口2.取樣口3.壓力表4.CO2氣體出口5.噴淋水6.料液及酒母入口7.人孔8.冷卻水出口9.溫度計(jì)10.噴淋水收集器1.噴淋水出口12.發(fā)酵液及污水排出口二、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(jiǎn)稱露天錐形發(fā)酵罐。第三節(jié)固體發(fā)酵設(shè)備一、自然通風(fēng)固體曲發(fā)酵設(shè)備二、機(jī)械通風(fēng)固體曲發(fā)酵設(shè)備使用了機(jī)械通風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)化了通風(fēng)效果，提高了曲的質(zhì)量。

BMR固體發(fā)酵罐

轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)筒式臥式罐體。帶外夾套,安全通氣、排氣及取樣口。裝料系數(shù)40%-60%?？煽貐?shù)：溫度、攪拌、濕度、通氣量、罐壓。操作人員的穿著固體量少淺盤，簾子量多厚層通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備液體厭氧發(fā)酵好氧發(fā)酵機(jī)械攪拌風(fēng)攪非循環(huán)式——通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐、自吸式循環(huán)式伍氏（內(nèi)循環(huán)）、泵循環(huán)、文氏管循環(huán)（外循環(huán)）非循環(huán)式——循環(huán)式——空氣帶升式噴射式排管式小試機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐中試機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐第四節(jié)發(fā)酵罐的一些操作1.接種接種的三種方法：火圈直接倒種注射器接種壓力差接種小罐接種口用火圈殺菌；橡膠口在火圈上過一下，套入接種口；打開進(jìn)口閥、進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，罐內(nèi)升壓至1kg/cm2；突然打開排氣閥，罐內(nèi)壓力下降至0.5kg/cm2，瓶?jī)?nèi)種子液進(jìn)入罐內(nèi)；一次沒有接完再重復(fù)。注意：接種瓶密封、耐高壓；接種瓶口上要旋緊、塞子塞緊，防止漏氣染菌；進(jìn)氣口壓力表一定不能超過1kg/cm2（否則接種瓶會(huì)爆炸）；一次接不完反復(fù)兩三次直至全部種子液接入罐內(nèi)為止。2.移種種子罐→發(fā)酵罐移種管滅菌：進(jìn)入罐的管道閥門要關(guān)好，移種管中壓力>2kg/cm2，滅菌15min，關(guān)蒸氣種子罐上進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，壓力升至2kg/cm2發(fā)酵罐中保持正壓，比空氣高一點(diǎn)，排氣閥打開，進(jìn)氣閥關(guān)小，0.5kg/cm2打開通向罐的閥門，兩罐相通，因壓力差，菌液進(jìn)入發(fā)酵罐關(guān)掉通向罐的兩個(gè)閥門，移種管滅菌3.取樣①②③取樣閥①關(guān)