第二章-通气生物反应器分解.ppt

1、第二章通风发酵设备。20世纪40年代中期，青霉素的工业化生产或深层通风培养技术的出现标志着现代通风发酵工业的开始。在深层曝气培养技术中，发酵罐是关键设备。在发酵罐中，微生物在合适的环境中生长、代谢并形成发酵产物。第一部分是机械搅拌发酵罐。一、工作原则。结构和几何尺寸。一、工作原理。利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，氧气溶解在发酵液中，从而保证微生物生长、繁殖和发酵所需的氧气供应。基本要求，1。该结构具有合适的直径与高度之比。发酵罐的高度与直径和高度之比通常为1.74。罐体越长，氧气利用率越高。2.它具有一定的刚性和强度，因为在灭菌和操作过程中发酵罐中有一定的压力和温度。因此，需要一

2、定的强度。3.搅拌通风装置，使气体和液体充分混合，确保发酵液中有一定的溶解氧。4.足够的冷却区域。5.最小化死角。6.轴封很紧。7.维护、操作和检查方便。结构和几何尺寸，1轴封2，20人孔3梯子4连接轴5中间轴承6温度计接口7搅拌叶轮8进气管9出料口10底部轴承11热电偶接口12冷却管13搅拌轴14取样管15轴承座16传动带17电机18压力表19取样口21进料口22进料口23排气口24回流口25视镜，自动玻璃发酵罐，玻璃搅拌发酵罐和不锈钢搅拌发酵罐材料为碳钢或不锈钢。大型发酵罐可以由内衬不锈钢或复合不锈钢制成。硬度和强度：加压容器，无论是空的还是灭菌的，通常具有2.5千克/立方米的灭菌压力。小

3、型发酵罐的顶部和主体通过法兰连接。顶部设有手孔，便于清洗。喷嘴、罐顶：进料管、进料管、排气管、接种管和压力表管。罐体：冷却水进出口管、进气管、温度计管和测控仪表接口。排气管应尽可能靠近缸盖的轴封位置。2.搅拌装置用途：有利于液体本身、气-液、气-固的混合和传质传热，特别是有利于氧气的溶解，增强气液之间的湍流，增加气液接触面积，延长气液接触时间。补充内容：液体搅拌器、带搅拌器的液体搅拌设备(1)基本结构(2)搅拌器用于液体搅拌，液体搅拌器主要用于以下几个方面：促进物料的传热和物料的均质温度；促进材料中所有成分的均匀混合；促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程；促进生化反应和化学反应，如酶反应。补

4、充内容：液体搅拌器、带搅拌器的液体搅拌设备(1)基本结构(2)搅拌器、带搅拌器的设备、工业上典型的带搅拌器的设备包括发酵罐、酶解罐、冷热罐、糖熔炉、沉淀罐等。虽然这些设备有不同的名称，但它们的基本结构都是液体混合器。(1)基本结构搅拌机种类很多，但它们的基本结构是一样的。其结构如图所示，主要由搅拌装置、轴封和搅拌容器组成。搅拌设备结构图、搅拌设备、轴封、搅拌装置、传动装置、搅拌轴搅拌器、搅拌容器、罐体、附件、搅拌器、搅拌器(或搅拌桨)和搅拌轴的主要功能是使搅拌容器中的物料通过自身的运动以一定的方式流动，以满足一定的工艺要求。所谓的比流量(流型)是衡量搅拌装置性能最直观、最重要的指标。搅拌容器，

5、搅拌容器也叫搅拌罐或搅拌罐。它的功能是包含搅拌器和在其中运行的材料。对于食品搅拌容器，除了保证特定的工艺条件外，专业技术要求如无污染和传动装置，传动装置是给搅拌装置和其他附件提供运动的传动部件的组合。在满足机器必要的运动功率和几何参数的前提下，希望传动链短，传动部件少，电机功率小，以降低成本。轴封，轴封是指搅拌轴和搅拌容器的轴封装置。为了避免食物污染，必须注意轴封的选择。附件，典型的混合设备通常配备有入口和出口管道、夹套、人孔、温度计插件和挡板。(2)搅拌器，1种搅拌器，2种搅拌器的安装形式，3种搅拌器叶片和流型的选择，4种搅拌器，典型的搅拌器类型，1种搅拌器类型，两种类型：小面积叶片高速运转

6、的搅拌器，属于这类搅拌器，如涡轮型和螺旋桨型，主要用于低粘度物料；具有大面积叶片和低转速的搅拌器属于这种类型，例如框架型和垂直螺旋型，它们主要用于高粘度材料。不同的典型搅拌器类型，2种搅拌器安装形式，不同的搅拌器安装形式会产生不同的流场，造成搅拌效果的明显差异。搅拌轴相对于容器的五种常见安装方式见图6.3。(1)中心垂直搅拌装置(2)偏心搅拌装置(3)倾斜搅拌装置(4)底部搅拌装置(5)侧入搅拌装置(1)中心垂直搅拌装置，如图6.3(1)所示。这种安装形式的混合设备可以将叶片组合成各种结构形式，以适应各种用途。挡板，挡板，为了防止搅拌器附近出现涡流，挡板通常安装在立式容器的侧壁上。该装置的特点

7、是搅拌轴和搅拌器对称布置在搅拌槽的中心线上，驱动方式一般为皮带驱动或齿轮驱动，或通过减速驱动，或由电机直接驱动。(2)偏心搅拌装置，搅拌器安装在立式容器的偏心位置，可以防止液体产生漩涡，效果类似于安装挡板。中心线偏离容器轴线的混合轴将使液流在各点的压力分布不同，并加强液层之间的相对运动，从而增强液层之间的湍流，明显改善混合效果。然而，偏心混合很容易在工作过程中引起设备的振动，通常这种类型的安装仅用于小型设备。(3)倾斜搅拌装置是指搅拌器直接安装在罐的上边缘，搅拌轴倾斜插入容器中进行搅拌。带有简单搅拌容器的圆柱形或方形敞口立式搅拌设备，可通过夹板或卡盘与筒体边缘夹紧固定。这种安装式搅拌设备灵活、

8、使用维护方便、结构简单、重量轻，一般用于小型设备中，以防止涡流效应。(4)底部搅拌安装形式，其中搅拌器安装在容器底部。它具有轴短而薄、无中间轴承、机械密封结构、使用维护方便、使用寿命长等特点。此外，搅拌器安装在下封头，有利于上封头附件的布置和安装，尤其是上封头配有夹套、冷却部件和喷嘴时，更有利于整体的合理布局。由于底部出料口可以充分搅拌，输送管道畅通，有利于出料。这种搅拌设备的缺点是固体物料经常从桨式叶轮的下部粘在轴封上，很容易变成小块物料并混合成产品，影响产品质量。(5)并排搅拌装置，搅拌器安装在容器的侧壁上。在相同功率下，搅拌效果最佳。转速通常在360450转/分钟之间。有两种驱动模式：齿

9、轮驱动和皮带驱动。主要缺点是轴密封困难。不同角度的流动效果，不同角度的流动效果，以及并排搅拌装置在不同位置产生的不同流动状态搅拌装置周围流体有三个运动方向，即径向流、轴向流和环流。普通搅拌器通常只有一个主要流向。(1)轴向流型或(2)径向流型，液体从轴向进入叶片，从轴向流出，称为轴向流型，如图(1)所示。(1)轴向流型，流体从轴向进入叶轮，从径向流出。(2)径向流型，低速运行，主要为环形流。当转速增加时，液体的径向流量将逐渐增加。叶片转速越高，平叶片排出的径向气流越强，旋流效果将增强。在严重的情况下，它会导致液体溢出。4搅拌器的选择：(1)根据介质粘度进行选择；(2)根据混合过程和目的进行选择

10、。随着粘度的增加，搅拌器的选择顺序为螺旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和带式。对于旋浆式，指出大容器内液体体积大时转速应低，液体体积小时转速应高。各种类型的使用有重叠。例如，桨式搅拌器由于其简单的结构和使用挡板后改进的流动模式而广泛用于低粘度。涡轮型几乎是最广泛使用的桨型，因为它具有强对流循环能力、湍流扩散和剪切。根据介质的粘度，搅拌器选择曲线1。锚式和带式；2.泥浆类型；3.涡轮机类型；4，5。涡轮型、螺旋桨型；R1=1750转/分；R2=1150转/分钟；R3=420 r/min。(2)根据搅拌过程和目的，该方法根据搅拌过程和目的以及搅拌器的流动效果进行判断和选择。低粘度均相液-液混合和分散操作

11、悬浮操作是气体吸收搅拌结晶过程中的搅拌操作。这种搅拌方式具有搅拌难度小、水平桨循环能力强、能耗少的优点，是最适合的搅拌方式。平桨式结构简单，成本低，适合小容量液相混合。汽轮机耗电量大，这会增加成本。低粘度均质液-液混合，分散操作，涡轮式由于其高剪切力和大循环容量，所以它是最合适的。其中，平叶片涡轮的剪切作用大于折叠叶片和弯曲叶片，应优先选用。为了增强剪切效果，可以在容器中设置挡板。涡轮型：它有广泛的应用，其中弯曲叶片涡轮型是最好的。它没有中间圆盘，液体上下流动平稳，排放性能好，叶片不易磨损。桨式：低速时，仅用于固体粒径小、固液相对密度差小、固体浓度高、沉降速度慢的悬浮液。旋转浆型：适用范围窄，

12、仅适用于固液相对密度差小或固液比低于5%的悬浮液。对于轴流式搅拌器，不得添加挡板。因为固体颗粒会沉积在挡板的死角，所以挡板只能在固液比很低时使用。悬挂操作、盘式涡轮机：最适合。它有很强的剪切力，在圆盘下可以有一些气体存在，使气体分散更加平衡。开式涡轮机：不适用。平桨式和旋转桨式：仅用于少量易吸收气体分散性不高的场合。气体吸收搅拌，结晶过程中的搅拌操作，小直径快速搅拌器：如涡轮式，适用于颗粒结晶。大直径慢速搅拌器：如桨式，用于大晶体的结晶。发酵罐搅拌器结构，搅拌器能使被搅拌的液体形成轴向或径向流动。径向流在发酵罐中占主导地位。当使用涡轮搅拌器时，为了避免气泡在低阻力搅拌器的中心部分沿着搅拌轴上升

13、，在搅拌器的中心通常有一个圆盘。常用的涡轮搅拌器有平叶片、弯叶片和箭头叶片。叶子的数量一般是六片，少则四片，多则八片。为了便于拆卸和组装，大型搅拌器可以制成两半并用螺栓固定在一个要达到全挡板条件，必须满足以下要求：无挡板搅拌器形成的流型，有挡板搅拌器形成的流型；3.轴封、填料函轴封：由填料函、填料底衬、填料压盖和压紧螺栓组成，构成旋转轴密封。功能：密封水箱顶部或底部与轴之间的间隙，防止泄漏和杂菌污染。端面轴封也称机械轴封：密封功能是使动环和静环的垂直轴的光滑面相互靠近，并作相对转动，实现密封。常用的轴封包括填料函轴封和端面轴封。空气分配器，空气分配器的功能：吹入无菌空气并均匀分配。分配装置：单

14、管和环形管等。常用的配电装置是单管。最简单的曝气装置：单孔管的出口位于最下面的搅拌器正下方，开口向下，以避免固体物质在开口处的培养液中积累，以及固体物质在槽底部沉淀。喷嘴和罐底之间的距离约为40毫米。开口向下的多孔环形管：环的直径约为搅拌器直径的0.8倍。直径为5-8毫米的孔的总面积大约等于通风管的横截面积。当通风量较小时，气泡直径与空气喷嘴直径有关。喷嘴直径越小，气泡直径越小，氧传质系数越大。发酵过程中曝气量大，气泡直径只与曝气量有关，与分布器直径无关。当机械搅拌强度较大时，多孔分布器的氧传递效果并不比单孔管好，这将造成不必要的压力损失，并容易使材料堵塞孔隙。5。消泡装置安装在发酵罐内转轴的

15、上部或发酵罐的排气系统上，可以将泡沫破碎或将泡沫分离成液相和气相，从而达到消泡的目的。两种消泡方法：(1)加入化学消泡剂(2)使用机械消泡剂化学消泡剂：植物油，如玉米油和大豆油；动物脂肪和油，如猪油；大分子化合物。机械消泡装置：最简单、最实用的是耙式消泡器。耙式消泡剂、6、联轴器和轴承。大型发酵罐的搅拌轴很长，通常分为两到三段。上下搅拌轴通过联轴器牢固刚性连接。小型发酵罐可使用法兰连接搅拌轴，联轴器、法兰和中型发酵罐通常在罐内配备底部轴承；大型发酵罐配有中间轴承。油箱中的轴承、底部轴承、中间轴承和轴承不应用润滑油和塑料轴瓦(如石棉酚醛塑料、聚四氟乙烯等)润滑。)应该使用。7。冷却装置、管壳式换热器、蛇管式换热器、机械搅拌发酵罐(TRC)第一段、1。工作原理2。结构和几何尺寸3。溶氧速率、机械搅拌发酵罐的通气和搅