通风发酵-高职高专

1、我帅吗？呵呵第五章 通风发酵设备大家好欢迎来到我们精英课堂首先我们有信心把我们的专业知识学扎实机械搅拌发酵罐机械搅拌通风发酵罐在生物工程工厂中得到广泛机械搅拌通风发酵罐在生物工程工厂中得到广泛使用，无论是用微生物作为生物催化剂，还是有使用，无论是用微生物作为生物催化剂，还是有酶或动植物细胞酶或动植物细胞(或组织或组织)作生物催化剂的生物工作生物催化剂的生物工程工厂都有此类设备。据不完全统计，它占了发程工厂都有此类设备。据不完全统计，它占了发酵罐总数的酵罐总数的70-80，故又常称之为通用式发，故又常称之为通用式发酵罐。酵罐。之机械搅拌发酵罐机械搅拌通风发酵罐靠通入的压缩空气和搅拌机械搅拌通风发

2、酵罐靠通入的压缩空气和搅拌叶轮实现发酵液的混合、溶氧传质，效率高，叶轮实现发酵液的混合、溶氧传质，效率高，同时强化热量传递。用于抗生素、酵母、氨基同时强化热量传递。用于抗生素、酵母、氨基酸、有机酸或是酶的生产，显示出高生产效率、酸、有机酸或是酶的生产，显示出高生产效率、高经济效益的优点。高经济效益的优点。之机械搅拌发酵罐231轴封轴封 ； 2、20人孔；人孔； 3梯；梯； 4联轴；联轴；5中间轴承；中间轴承； 6温度计接口；温度计接口；7搅拌叶轮；搅拌叶轮； 8进风管；进风管；9放料口；放料口； 10底轴承；底轴承；11热电偶接口；热电偶接口；12冷却管；冷却管；13搅拌轴；搅拌轴； 14取样

3、管；取样管；15轴承座；轴承座； 16传动皮带；传动皮带；17电机；电机； 18压力表；压力表；19取样口；取样口； 21进料口；进料口；22补料口；补料口； 23排气口；排气口；24回流口；回流口； 25视镜；视镜；大型发酵罐结构图一、机械搅拌发酵罐的结构2.挡板和搅拌器的作用挡板和搅拌器的作用 搅拌器的主要作用是混合和传质，即时使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，气泡细碎以增大气液界面，获得所需要氧速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气液固(细胞)三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。 挡板：挡板： 防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，增防止液面中央产生漩涡，促

4、使液体激烈翻动，增加溶解氧，改变液流的方向，由径向流改为轴向流。加溶解氧，改变液流的方向，由径向流改为轴向流。通常挡板宽度取通常挡板宽度取( (0.10.12)D，装设，装设46块即可满足全挡块即可满足全挡板条件。板条件。 所谓所谓“全挡板条件全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。件而轴功率仍保持不变。 要达到全挡板条件必须满足下式要求：要达到全挡板条件必须满足下式要求：5 . 012. 01 . 0nDDnDb 无挡板的搅拌器形成的流型 有挡板的搅拌器形成的流型搅拌器的类型平桨式搅拌器螺旋桨式搅拌器六平叶涡轮式搅拌器六弯叶涡轮式搅拌器六箭叶

5、涡轮式搅拌器搅拌器实物之机械搅拌发酵罐夹套式热交换器夹套式热交换器立式蛇管热交换器立式蛇管热交换器立式排管热交换立式排管热交换器器适用范围小型发酵罐和种小型发酵罐和种子罐子罐大中型发酵罐大中型发酵罐大型发酵罐大型发酵罐气温较高的地区气温较高的地区优点结构简单，容易结构简单，容易加工，罐内死角加工，罐内死角少，容易清洗灭少，容易清洗灭菌菌管壁薄，冷却水流管壁薄，冷却水流速大，传热系数大，速大，传热系数大，降温效果较好。降温效果较好。加工方便，提高加工方便，提高传热推动力的温传热推动力的温差。差。缺点传热壁较厚，冷传热壁较厚，冷却水流速低，降却水流速低，降温效果差，传热温效果差，传热系数小。系数小

6、。冷却水较高时，降冷却水较高时，降温困难，弯曲位置温困难，弯曲位置易腐蚀。易腐蚀。传热系数比蛇管传热系数比蛇管热交换器低，用热交换器低，用水量较大。水量较大。 发酵罐的换热装置发酵罐的换热装置2.发酵罐的换热装置发酵罐的换热装置（1）换热夹套：）换热夹套：（2）竖式蛇管：）竖式蛇管：（3）竖式列管：）竖式列管：之机械搅拌发酵罐 空气分布器的作用：吹入无菌空气，并使空气均匀空气分布器的作用：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，常用的分分布。分布装置的形式有单管及环形管等，常用的分布装置有单管式。布装置有单管式。4、空气分布器环型空气分布管单管式空气分布装置之机械搅拌发

7、酵罐3.消泡器 消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置，从而达到消泡的目的。两相的装置，从而达到消泡的目的。 两种消泡方法两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂；加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置使用机械消泡装置 化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等；动物油脂，如化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等；动物油脂，如猪油等；高分子化合物。猪油等；高分子化合物。机械消泡装置类型：最简单实用为耙式消泡器，此外还有

8、旋转机械消泡装置类型：最简单实用为耙式消泡器，此外还有旋转圆盘式消泡器、液体吹入式消泡器、吸引式消泡器、冲击反射圆盘式消泡器、液体吹入式消泡器、吸引式消泡器、冲击反射板式消泡器、超声波消泡器、碟片式消泡器等板式消泡器、超声波消泡器、碟片式消泡器等。消泡原理及实物其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中；有其作用是打碎气泡，使氧溶解于发酵液中；有涡轮式、推进式和涡轮式、推进式和Lightnin式搅拌叶轮，大多式搅拌叶轮，大多采用涡轮式叶轮，其有平叶式、弯叶式、箭叶采用涡轮式叶轮，其有平叶式、弯叶式、箭叶式之分；从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激式之分；从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大

9、，弯叶次之，箭叶最小。烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。图2.6 发酵罐搅拌叶轮结构图1-六直叶涡轮式；2-推进式 3-Lightnin A-315式 叶轮叶轮旋风离心式叶轮离心式耙式消泡器碟片式消泡器刮板式消泡器与填料密封相比，机械密封具有以下优点：与填料密封相比，机械密封具有以下优点：1、密封可靠，在长期运转中密封状态稳定，泄漏量很小，、密封可靠，在长期运转中密封状态稳定，泄漏量很小，其泄漏量仅为填料密封的其泄漏量仅为填料密封的1左右左右;2、使用寿命长，在油、水介质中一般可达、使用寿命长，在油、水介质中一般可达1-2年或更长，年或更长，在化工介质中一般能工作半年以上；在化工介质中一

10、般能工作半年以上；3、摩擦功率消耗低，其摩擦功率仅为填料密封的、摩擦功率消耗低，其摩擦功率仅为填料密封的10-50；4、轴或轴套基本上不磨损；、轴或轴套基本上不磨损；5、维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不、维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下不需经常性维修；需经常性维修；6、抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的、抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；偏斜不敏感；7、适用范围广，能用于高温、低温、高压、真空、不同、适用范围广，能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质的密封。旋转频率，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质

11、的密封。3、轴 封 填料函轴封填料函轴封：由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。 作用：作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和污染杂菌。防止泄露和污染杂菌。 端面式轴封又称机械轴封：端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性元件（弹密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。互贴合，并作相对转动而达到密封。

12、常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。压紧螺栓压紧螺栓填料箱体填料箱体 填料函转轴转轴填料压盖填料压盖铜环铜环填料填料转轴转轴动环动环静环静环堆焊硬质堆焊硬质O形环形环弹簧装置端面封轴机械轴封装置1）动环和静环）动环和静环2）弹簧加荷装置）弹簧加荷装置3）辅助密封元件）辅助密封元件 “O”形环和平橡胶垫片形环和平橡胶垫片气升式发酵罐气升式发酵罐目前世界上最大型的通气发酵罐就是气升环流式的，体积高达3000多立方米 一、类型一、类型气升环流式、鼓泡式、空气喷射式气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等等 气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵气升内环流发酵罐、气液

13、双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐已在工罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐已在工业上应用。业上应用。二、工作原理二、工作原理 把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。1 1 反应溶液分布均匀反应溶液分布均匀 气液固三相均匀混合气液固三相均匀混合2 2 较高的溶氧速率和溶氧效率，气升式反应器较高的溶氧速率和溶氧效率，气升式反应器具有较高的气含率和比气液接触截面，因而有具有较高的气含率和比气液接触截面，因而有较高的传质速率和溶氧效率

14、。较高的传质速率和溶氧效率。 3 3 剪切力小，对生物细胞损伤小。无机械搅拌剪切力小，对生物细胞损伤小。无机械搅拌叶轮叶轮 4 4 传热良好。液体综合循环速率高，同时便于传热良好。液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路加装换热器。在外循环管路加装换热器。 三、气升式反应器的特点三、气升式反应器的特点5 5 结构简单，易于加工制造。结构简单，易于加工制造。 6 6 操作和维修方便。操作和维修方便。（一）（一） 主要结构参数主要结构参数 反应器高径比反应器高径比 H/DH/D：5 59 9 导流筒径与罐径比导流筒径与罐径比 D DE E/D/D： 0.6-0.80.6-0.8空气喷嘴直径与反应器

15、直径比空气喷嘴直径与反应器直径比 D D l l/D/D导流筒上下端面到罐顶及罐底导流筒上下端面到罐顶及罐底的距离的距离四、气升环流式发酵罐的主要结构及操作参数四、气升环流式发酵罐的主要结构及操作参数 之气升式发酵罐ICIs air lift system for making single-cell protein in 1979冷却水GG培养基AAB注射入口ICI压力循环气升发酵罐五、典型的气升环流发酵罐简介五、典型的气升环流发酵罐简介 英国伯明翰ICI公司的压力循环发酵罐是国际上最出色的代表，公称体积达3000m3，液柱高达55m，故通气压力高，发酵液量2100m3。为了强化气液混合与溶

16、氧，沿罐高度设有19块有下降区的筛板以防止气泡合并为大气泡，同时为使塔顶的气液部分分离排气，顶部设有气液分离部分，直径约等于塔径的1.5倍。之气升式发酵罐BIOHOCH 反应器径向流喷射器是核心元件。空气和水相对喷入，含极大能量的水使空气分散成又细又均匀的气泡。循环管保证流向及液体充分曝气。BIOHOCH 反应器的特点：紧凑，无噪音，无异味 因为反应器很高，故占地面积小，不会受噪音和气味侵扰经济 氧利用率高保证能量节省80%可靠性 反应器易于进入，优质的防腐处理比混凝土更不易泄漏。一旦泄漏发生，也可立即监控。一套完整的系统保证废水不会无控制流出 。 BIOHOCH 反应器处理工业废水技术 之气

17、升式发酵罐之自吸式发酵罐自吸式发酵罐 自吸式发酵罐：自吸式发酵罐： 不需空气压缩机提供加压空不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。 应用：应用： 酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维生素等生产生素等生产 一、自吸式发酵罐简介之自吸式发酵罐 特点：特点： (1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；投资，减少厂房面积； (2)溶氧速率高

18、，溶氧效率高，能耗较低；溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济效率高生产效率高、经济效率高 (4)设备便于自动化、连续化。设备便于自动化、连续化。 缺点：缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40。二、机械搅拌自吸式发酵罐1-人孔 2-进风管 3-轴封 4-转子 5-电机 6-联轴器 7-轴封 8-搅拌轴 9-定子 l0-冷却蛇管 11-消泡器 12-排气管 13-消泡转轴 1机机械械搅搅拌拌自自吸吸式式发发酵酵罐罐结结构构主要构件：吸气主要构件：吸气搅

19、拌叶轮和导搅拌叶轮和导轮（转子和定轮（转子和定子）。子）。2、机械搅拌式发酵罐吸气原理、机械搅拌式发酵罐吸气原理之自吸式发酵罐三、喷射自吸式发酵罐1、喷射自吸式发酵罐类型：、喷射自吸式发酵罐类型： 利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合和溶氧传质。 文氏管自吸式发酵罐文氏管自吸式发酵罐 液体喷射自吸式发酵罐液体喷射自吸式发酵罐 溢流喷射自吸式发酵罐溢流喷射自吸式发酵罐1234567之自吸式发酵罐2、文氏管自吸式发酵罐、文氏管自吸式发酵罐l一排气管 2一罐体 3一换热夹套 4一循环泵 5一压力表 6一文氏管 7一吸气管 文氏吸气管结构 结构结构原理：用泵使发酵液通过文原理：用泵使发酵液通过文式管吸气装置，由于液体在式管吸气装置，由于液体在文式管的收缩段流速增加，文式管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。实现溶氧传质。2 2、液体喷射自吸、液体喷射自吸式发酵罐式发酵罐 液体喷射吸气装置简图1一高压料液管 2一吸气室 3一进风管 4一喷嘴 5一收缩段 6一导流尾管 7一扩散段 溢流喷射自吸式发酵罐的通气是依靠溢流喷射器，其吸气原理是液体溢流时形成抛射流，由于液体