《发酵设备》PPT课件

第四章发酵设备,1.概述2.实验室发酵设备3.通风发酵罐4.嫌气发酵设备5.固体发酵设备,发酵罐：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器。,1.概述,一个优良的发酵罐装置和组成:（1）应具有严密的结构（2）良好的液体混合特性（3）好的传质相传热速率（4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表,发酵罐的类型,按微生物生长代谢需要分类好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的含量；厌气：酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。,按容积分类：一般认为500L以下的是实验室发酵罐；500-5000L是中试发酵罐；5000L以上是生产规模的发酵罐。,2.实验室发酵设备,1.试管2.三角瓶3.厌氧瓶4.培养箱5.摇床6.小型发酵罐,菌种筛选,摇瓶试验,发酵罐试验,3.1机械搅拌发酵罐3.2实验室小型发酵罐3.3自吸式发酵罐3.4气升式发酵罐3.5固体发酵罐,3.通风发酵罐,3.1机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。,标准发酵罐的几何尺寸比例H/D=1.74d/D=1/21/3W/D=1/81/12B/D=0.81.0s/d=3,3.2发酵罐罐体的比例,3.3发酵罐的结构,1、罐体2、搅拌器和挡板3、消泡器4、空气分布装置5、发酵专用PH、DO电极6、冷却装置7、变速装置8、轴封、联轴器及轴承,由圆柱体及椭圆形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。,1.罐体,装于罐顶的接管有：进料口、补料口、排气口、接种口和压力表等，装于罐身的接管有：冷却水进出口、空气进口、温度和其他测控仪表的接口。,搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，,2.搅拌器、挡板,挡板的作用是改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4-6块即可挡板的长度自液面起到罐底为止。挡板与罐壁之间的距离为（1/5-1/9）W，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。,3.消泡装置消泡方式有两种：一是化学消泡，二是机械消泡。机械消泡装置主要有四种一是锯齿式消泡桨它安装于罐内顶部、高出液面的位置，固定在搅拌轴上，随搅拌轴转动，不断将泡沫打破。二是半封闭式涡轮消泡器，它是由前者发展改进而来，泡沫可直接被涡轮打碎或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎。三是离心式消泡器，它们置于发酵罐的顶部，利用高速旋转产生的离心力将泡沫破碎，液体仍然返回罐内。第四种是刮板式消泡器，它安装于发酵罐的排气口处，泡沫从气液进口进到高速旋转的刮板中，刮板转速为10001450rpm，泡沫迅速被打碎，由于离心力作用，液体披甩向壳体壁上，返回罐内，气体则由汽孔排出。,空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的为单管式，管口正对罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐低的距离约40mm，空气分散效果较好。若距离过大，空气分散效果较差。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。,4.空气分布装置,5.发酵专用PH、DO电极,PH测量范围0-14PH耐压0.4-0.6MPa温度60C-130CDO测量范围0-200耐压0.4-0.6MPa温度60C-130C,6.冷却装置,5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却。大型发酵罐采用列管冷却（四至八组）。冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔，最好用不锈钢制造。(蛇形管或列管),7.联轴器、轴承及轴封,大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦。罐内轴承接触处的轴颈极易磨损，尤其是底轴承处的磨损更为严重，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套，这样仅磨损轴套而轴不会磨损，检修时只要更换轴套就可以了。轴封：安装在旋转轴与设备之间的部件，使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，它的作用防止工作介质（液体、气体）泄露和污染杂菌。,控制器部件,主要测控参数有：温度，搅拌转速、罐压力、PH值、溶解氧、自动消泡、自动补料,发酵罐装料容积,发酵罐装料容积：在一般情况下，装料高度取罐圆柱部分高度,但须根据具体情况而定。一般占0.7，采用有效的机械消涣装置，可以提高罐的装料量，达到0.9。,3.2实验室小型不透明发酵罐,小试、中试发酵罐,正在发酵,3.3自吸式发酵罐,它与通用发酵罐的主要区别是：有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；没有通气管。具有转子和定子的搅拌器的吸气原理：浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘。这时，转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。由于转子的空膛与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过叶轮使气液均匀分布甩出。转子的搅拌，又使气液在叶轮周围形成强烈的混合流，空气泡被粉碎，气液充分混合。,自吸式发酵罐示意图,工作原理：在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷咀，空气喷咀以250300m/s的速度喷入上升管，借喷咀的作用使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。,3.4气升式发酵罐,气升式发酵罐,酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发酵罐因不需要通入无菌空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好气发酵设备简单得多。要求：封闭；承受一定压力；罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清洗。1.必须结构（顶、身、底）2.酒精和啤酒是低温发酵（10度以下）怎样控温？3.隔热：聚酰胺树脂等，厚150mm，外面有0.7mm不锈钢的保护层，4.罐的清洗及消毒,4.嫌气发酵设备,啤酒发酵设备,近年来，啤酒发酵设备向大型的方向发展，迄今为止，大型发酵罐容量已达1500m3。,1.冷却夹套：冷媒多采用乙二醇20%酒精溶液，也可使用氨(直接蒸发)作冷媒；2.罐身装有取样管和温度计接管。3.设备外部包扎良好的保温层，以减少冷量损耗,圆筒体锥底发酵罐（锥形罐）,发酵罐的洗涤,近年来，发酵罐巳逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要。,水力喷射装置,是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成两头喷水管弯有一定的弧度喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔喷水管借活接头和固定供水管相连接它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速度而形成的反作用力，使喷水管自动旋转。,高压强的水力喷射洗涤装置,它是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐的中央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀地钻有4-6mm的小孔，孔与水平呈20度角，水平喷水管借活接头，上端接供水总管，下端和垂直管相连接。水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，使其以每分钟4856转自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底。约5分钟时间即可完成洗涤作业。洗涤水若用热水，还可提高洗涤效果。,CIP清洗系统,啤酒发酵罐的容量正在逐步增大，这类发酵罐大部分安装在室外，原来的清洗方法已不适用，必须采用自动化的喷洗装置。采用较多的是CIP清洗系统。所谓CIP系统，是cleaninplace的简称，意即内部清洗系统。,CIP清洗系统示意图,清洗程序,(1)预冲洗：每次预冲洗的时间为30秒，进行10次，是通过回转喷嘴进行的，主要排去底部的沉渣。(2)碱预洗:使清洗剂成为一种氯化了的碱性洗涤剂，用这种碱液循环16分钟。清洗液温度维持在32左右。(3)中间冲洗：用CIP循环的水罐的清水进行4分钟冲洗。(4)三次清水的喷冲，每次30秒，从罐顶沿罐的四周冲洗。(5)进行碱喷冲：碱液进行喷冲，32左右，15分钟。(6)用清水冲洗残留于罐表面及管线中的碱液。(7)最后用酸性水冲洗循环，中和残留的碱性，放走洗水，使罐保持弱酸状况。,微生物在具有一定温度和湿度的固体表面进行生长和繁殖就称作为固体发酵。固体发酵主要适合于霉菌。按照固体培养方式来区分1浅盘式：国内广大农村的个体生产中，采用曲盘和曲架就可以进行生产。工业上是用多层铝制浅盘放在架子上进行培养，培养室保持一定的温度和湿度。2旋转式:旋转式固体发酵罐有鼓形和