食品发酵工程-7发酵单元操作

食 品 发 酵 工 程 发 酵 单 元 操 作 （ 四 ） 课 程 复 习v发 酵 设 备 包 括 2个 主 要 结 构 ；v酒 精 发 酵 罐 的 冷 却 洗 涤 装 置 ；v常 见 的 啤 酒 发 酵 罐 有 4大 类 ；v固 体 发 酵 常 见 有 4种 反 应 器 ；v发 酵 过 程 的 常 规 参 数 自 动 监 控 包 括 6个 指 标 。 思 考 题v通 风 发 酵 设 备 作 为 发 展 最 为 迅 猛 的 发 酵 设 备 ， 有 哪 些 具体 的 类 型 ， 这 些 发 酵 罐 是 如 何 运 行 和 工 作 的 ， 具 有 什 么样 的 结 构 ， 请 同 学 们 课 后 思 考 ？v预 习 课 本 P136P145 通 风 发 酵 设 备v四 十 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 志近 代 通 风 发 酵 工 业 的 开 始v在 深 层 通 风 培 养 技 术 中 ，发 酵 罐 是 关 键 设 备 。 机 械 搅 拌 发 酵 罐v机 械 搅 拌 发 酵 罐 是 利 用机 械 搅 拌 器 的 作 用 ， 使 空气 和 发 酵 液 充 分 混 合 ， 促使 氧 在 发 酵 液 中 溶 解 ， 以保 证 供 给 微 生 物 生 长 繁 殖 、发 酵 所 需 要 的 氧 气 。 机 械 搅 拌 发 酵 罐 的 结 构v适 宜 的 径 高 比v密 封 式 的 受 压 设 备v保 证 必 需 的 溶 氧v足 够 的 冷 却 面 积 罐 体 的 比 例 尺 寸v罐 的 高 度 与 直 径之 比 一 般 为 1.74，v发 酵 罐 两 组 搅 拌 器 间距 约 为 搅 拌 器 直 径 的 3倍v大 型 发 酵 罐 可 以 安 装3组 搅 拌 器 搅 拌 器v搅 拌 器 的 作 用打 碎 气 泡 ， 使 空 气 与 溶 液 均 匀 接 触 ， 使 氧 溶 解 于 发 酵 液 中v为 了 便 于 拆 装 ， 大 型 搅 拌 器 可 做 成 两 半 型 ， 用 螺 栓 联 成整 体 。 轴 向 搅 拌 器v形 成 轴 向 的 螺 旋 转 动 ， 混 合效 果 好 ， 但 造 成 的 剪 率 较 低 ，对 气 泡 的 分 散 效 果 不 好 。v常 用 的 螺 旋 桨 叶 数 Z=3， 螺 距等 于 搅 拌 器 直 径 ， 最 大 叶 端 速度 不 超 过 25m/s 螺 旋 桨 式桨 叶 式 圆 盘 直 叶 涡 轮 搅 拌 器v圆 盘 直 叶 涡 轮 搅 拌 器 的 圆盘 阻 挡 大 的 气 泡 ， 避 免 其 从轴 部 的 叶 片 空 隙 上 升 ， 保 证了 气 泡 的 更 好 的 分 散 。v具 有 很 大 的 循 环 输 送 量 和功 率 输 出 ， 包 括 粘 性 流 体 ，非 牛 顿 流 体 的 搅 拌 混 合 。 圆 盘 弯 叶 涡 轮 搅 拌 器v搅 拌 流 型 与 平 叶 涡 轮 的相 似 ， 在 相 同 的 搅 拌 转 速时 ， 其 混 合 效 果 较 好 。v输 出 的 功 率 较 平 叶 涡 轮 的为 小 。 在 混 合 要 求 特 别 高 ，而 溶 氧 速 率 相 对 要 求 略 低时 ， 可 选 用 圆 盘 弯 叶 涡 轮 。 圆 盘 箭 叶 涡 轮 搅 拌 器v其 搅 拌 流 型 与 上 述 两 种 涡轮 相 近 ， 但 它 的 轴 向 流 动 较强 烈 ， 但 在 同 样 的 转 速 下 ，它 造 成 的 剪 率 低 ， 输 出 功 率也 较 低 。 挡 板v挡 板 的 作 用 是 改 变 液 流 的 方 向 ， 由 径 向 改 为 轴 向流 ， 促 使 液 体 剧 烈 翻 动 ， 增 加 溶 氧v通 常 挡 板 宽 度 取 (0.10.2)D,装 设 64块 即 可 满 足全 挡 板 条 件v竖 立 的 列 管 、 接 管 也 可 以 起 挡 板 作 用 。 消 泡 器v 消 泡 器 的 作 用 是 将 泡 沫 打 碎 。v 长 度 约 为 罐 径 的 0.65倍v 常 见 的 形 式1. 锯 齿 式2. 梳 状 式3. 孔 板 式 机 械 消 泡 装 置v锯 齿 式 消 泡 桨v半 封 闭 式 涡 轮 消 泡 器v离 心 式 消 泡 器v刮 板 式 消 泡 器 连 轴 器v联 轴 器 使 发 酵 罐 的 上 下 搅 拌 轴 成 固 定 的 刚 性 联 接v小 型 发 酵 罐 可 采 用 法 兰 将 搅 拌 轴 连 接 ， 轴 的 连 接 应 垂 直 ，中 心 线 对 正 。v常 用 的 联 轴 器 有 鼓 形 及 夹 壳 形 两 种 。 轴 承v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 。v底 轴 承 和 中 间 轴 承 的 水 平 位 置 应 能 相 适 应 调 节 。v为 了 防 止 轴 颈 磨 损 ， 可 以 在 轴 承 接 触 处 的 轴 上 增 加 一 个轴 套 。 变 速 装 置v试 验 罐 采 用 无 级 变 速 装 置 。发 酵 罐 常 用 的 变 速 装 置 有 三角 皮 带 传 动 ， 圆 柱 或 螺 旋 圆锥 齿 轮 减 速 装 置 ， 其 中 以 三角 皮 带 变 速 传 动 较 为 简 便 。 轴 封v 轴 封 的 作 用 是 使 灌 顶 或 罐 底 与 轴 之 间 的 缝 隙 加 以 密 封 ，防 止 工 作 介 质 （ 液 体 、 气 体 ） 沿 转 动 轴 渗 出 设 备 之 外泄 漏 或 染 杂 菌 。v 可 分 为1. 填 料 函 式 轴 封2. 端 面 式 轴 封 填 料 函 式 轴 封v优 点 ： 结 构 简 单v主 要 缺 点1.死 角 多 ， 很 难 彻 底 灭 菌 ，容 易 渗 透 及 染 菌2.轴 的 磨 损 情 况 较 严 重3.填 料 压 紧 后 摩 擦 功 率 消 耗 大4.寿 命 短 ， 经 常 维 修 ， 耗 工 时 多 端 面 轴 封v 密 封 作 用 是 靠 弹 性 元 件 的 压 力使 垂 直 于 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 。v 优 点 较 多v 缺 点1.结 构 较 填 料 密 封 复 杂 ， 装 拆 不 便2.对 动 环 及 静 环 的 表 面 光 洁 度 及 平 直 度 要 求 高 空 气 分 布 装 置v作 用 是 吹 入 无 菌 空 气 ，并 使 空 气 均 匀 分 布v空 气 由 分 布 管 喷 出 上 升 时 ，被 搅 拌 器 打 碎 成 小 气 泡 ， 并与 培 养 液 充 分 混 合 ， 增 加了 气 液 传 质 效 果 。 夹 套 式 换 热 装 置v多 用 于 容 积 较 小 的 发 酵罐 、 种 子 罐v夹 套 的 高 度 比 静 止 液 面高 度 稍 高 即 可 ， 无 须 进 行冷 却 面 积 的 设 计 。v优 点v缺 点 竖 式 蛇 管 换 热 装 置v竖 式 的 蛇 管 分 组 安 装 于 发 酵 罐内 ， 容 积 5m3以 上 的 发 酵 罐 多 用这 种 换 热 装 置v适 用 于 冷 却 水 温 度 较 低的 地 区 ， 水 的 用 量 较 少v气 温 高 ， 冷 却 水 温 度 较 高 ，则 发 酵 降 温 困 难 。 竖 式 列 管 换 热 装 置v以 列 管 形 式 分 组 对 称 装 于 发 酵 罐 内v优 点 ： 加 工 方 便 ， 适 用 于 气 温 较 高 ， 水 源 充 足 的 地 区v缺 点 ： 传 热 系 数 较 蛇 管 低 ， 用 水 较 大 。 气 升 式 发 酵 罐v机 械 搅 拌 发 酵 罐 具 有 众 多 有 点 ， 但 是设 备 构 造 比 较 复 杂 ， 动 能 消 耗 较 大 。采 用 气 升 式 发 酵 罐 可 以 克 服 上 述 的 缺 点 。 气 升 式 发 酵 罐 的 结 构 及 原 理v分 为 内 循 环 和 外 循 环 两 种v罐 体v上 升 管v空 气 喷 嘴 性 能 指 标 v循 环 周 期 时 间 必 须符 合 菌 种 发 酵 的 需 要v选 用 适 当 直 径 的 喷嘴 以 增 加 溶 氧 系 数 。 自 吸 式 发 酵 罐v不 需 要 空 气 压 缩 机 提 供 无菌 空 气v高 速 旋 转 的 转 子 产 生 的 真空 或 液 体 喷 射 吸 气 装 置 吸入 空 气v用 于 醋 酸 及 酵 母 单 细 胞 蛋白 的 生 产v节 能 、 节 省 空 间 、 设 备 结构 简 单 弗 盖 布 氏 发 酵 罐v动 力 小 ， 节 能v具 有 独 特 的 搅 拌器 和 通 气 结 构 本 章 小 结v机 械 搅 拌 发 酵 设 备 结 构 一 般 有 11部 分 的v常 见 的 机 械 搅 拌 发 酵 设 备 有 3类 思 考 题v发 酵 中 如 何 进 行 中 试 及 放 大 试 验 一 直 是 关 键 的 技 术 ， 在此 之 中 有 什 么 地 方 需 要 学 习 和 掌 握 ， 有 哪 些 关 键 技 术 要注 意 。 请 同 学 们 课 后 思 考 ？v预 习 课 本 P156P171 v三 路 进 气v四 路 出 气 连 消 塔 加 热 的 连 续 灭 菌 两 级 冷 却 、 分 离 、 加 热 的 空 气 除 菌 流 程v流 程 的 特 点 ： 两 次 冷 却 ， 两 次 分 离 ， 适 当 加 热 。 尤 其 适用 于 潮 湿 的 地 区 酒 精 发 酵 罐 的 结 构v发 酵 罐 体 为 圆 筒 形v底 盖 和 顶 盖 为碟 形 或 锥 形v罐 顶 设 备v罐 底 设 备 思 考 题v发 酵 过 程 中 的 微 生 物 要 严 格 控 制 其 染 菌 的 情 况 ， 实 际 生产 中 往 往 要 求 对 染 菌 进 行 防 治 ， 有 哪 些 关 键 技 术 要 注 意 。请 同 学 们 课 后 思 考 ？