第二章-生物反应器设计-课件

发酵罐选型与设计举例12345678910111212二、气升式发酵罐n n气升式发酵罐气升式发酵罐气升式发酵罐气升式发酵罐(ALR)(ALR)(ALR)(ALR)是应用广泛的生物反应设备。这类是应用广泛的生物反应设备。这类是应用广泛的生物反应设备。这类是应用广泛的生物反应设备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等优点。等优点。等优点。等优点。n n 设备特点设备特点n n气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速的空气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速的空气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速的空气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液体的环流。体的环流。体的环流。体的环流。121313n n气升式反应器有多种类气升式反应器有多种类气升式反应器有多种类气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流型，常见的有气升环流型，常见的有气升环流型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式、鼓泡式、空气喷射式、鼓泡式、空气喷射式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大式等，生物工业已经大式等，生物工业已经大式等，生物工业已经大量应用的气升式发酵罐量应用的气升式发酵罐量应用的气升式发酵罐量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、有气升内环流发酵罐、有气升内环流发酵罐、有气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发气液双喷射气升环流发气液双喷射气升环流发气液双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板酵罐、设有多层分布板酵罐、设有多层分布板酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐。的塔式气升发酵罐。的塔式气升发酵罐。的塔式气升发酵罐。13工作原理工作原理n n把无菌空气通过喷嘴或把无菌空气通过喷嘴或把无菌空气通过喷嘴或把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，喷孔喷射进发酵液中，喷孔喷射进发酵液中，喷孔喷射进发酵液中，通过汽液混合物的湍流通过汽液混合物的湍流通过汽液混合物的湍流通过汽液混合物的湍流作用而使空气泡分割细作用而使空气泡分割细作用而使空气泡分割细作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的汽碎，同时由于形成的汽碎，同时由于形成的汽碎，同时由于形成的汽液混合物密度降低故向液混合物密度降低故向液混合物密度降低故向液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的上运动，而气含量小的上运动，而气含量小的上运动，而气含量小的发酵液则下沉，形成循发酵液则下沉，形成循发酵液则下沉，形成循发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶环流动，实现混合与溶环流动，实现混合与溶环流动，实现混合与溶氧。氧。氧。氧。14151515主要结构及操作参数主要结构及操作参数n n1、主要结构参数、主要结构参数（1）反应器的高径比：）反应器的高径比：n nH/D=59(2)导流筒径与罐径比导流筒径与罐径比n nDE/D=0.60.8（3）空气喷嘴直径与反应器直径比）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发酵液的混合和流动、溶氧等有重均对发酵液的混合和流动、溶氧等有重要作用。要作用。16n n2操作特性操作特性(1)平均循环时间平均循环时间tmn n发酵液必须维持一定的环流速度以不断补发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生命活动的需要。应微生物生命活动的需要。n n发酵液在环流管内循环一次所需要的时间，发酵液在环流管内循环一次所需要的时间，称为循环周期。称为循环周期。n n循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。1718（2）液气比）液气比R定义：发酵液环流量和通风量之比。定义：发酵液环流量和通风量之比。通气量对气升式发酵罐的混合与溶氧起决定通气量对气升式发酵罐的混合与溶氧起决定作用。作用。19(3)气升式反应器的溶氧传质气升式反应器的溶氧传质取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状态。态。20n n3典型的气升环流发酵罐典型的气升环流发酵罐n nICI压力循环式发酵罐生产单细胞蛋白，压力循环式发酵罐生产单细胞蛋白，容积达容积达3000m3，液柱高，液柱高55m,发酵液量发酵液量2100m3。n nBIOHOCH反应器用于污水处理，内设多反应器用于污水处理，内设多个气升环流管，有效体积个气升环流管，有效体积800020000m3。212222气升环式反应器的特点气升环式反应器的特点n n反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混合与合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混合与合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混合与合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混合与停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都落在罐内各处的浓度都落在罐内各处的浓度都落在罐内各处的浓度都落在0.10.11 1范围内，溶解氧为范围内，溶解氧为范围内，溶解氧为范围内，溶解氧为1010-3030。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器能很好地满足这些要求。能很好地满足这些要求。能很好地满足这些要求。能很好地满足这些要求。222323n n较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较高的气含率和气液接触介面，因而有高传质速率高的气含率和气液接触介面，因而有高传质速率高的气含率和气液接触介面，因而有高传质速率高的气含率和气液接触介面，因而有高传质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。n n剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。232424n n传热良好：好气发酵传热良好：好气发酵传热良好：好气发酵传热良好：好气发酵均产生大量的发酵热，均产生大量的发酵热，均产生大量的发酵热，均产生大量的发酵热，如酵母培养旺盛期发如酵母培养旺盛期发如酵母培养旺盛期发如酵母培养旺盛期发酵热高达酵热高达酵热高达酵热高达3.03.03.03.04.0104.0104.0104.0105 5 5 5kJkJkJkJ(m3.h)(m3.h)(m3.h)(m3.h)，而传热温差则只有几而传热温差则只有几而传热温差则只有几而传热温差则只有几度，尤其夏季，若使度，尤其夏季，若使度，尤其夏季，若使度，尤其夏季，若使用非冷冻水，则只有用非冷冻水，则只有用非冷冻水，则只有用非冷冻水，则只有3-103-103-103-10左右，故需很左右，故需很左右，故需很左右，故需很大的换热面积与传热大的换热面积与传热大的换热面积与传热大的换热面积与传热系数。系数。系数。系数。具有外循环冷却的气升环流式发酵罐1一发酵罐 2一通气管 3一发酵液进口 4一空气分布器 5一空气进口 6一循环泵 7一发酵液出口 8一热交换器 9一喷嘴 10一发酵液出料口 12一排气管242525n n结构简单，易于加工制造：结构简单，易于加工制造：结构简单，易于加工制造：结构简单，易于加工制造：实验用气升式玻璃发酵罐实验用气升式玻璃发酵罐BIOTECHBIOTECH实验用气升式发酵罐实验用气升式发酵罐252626n n操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系统，所以结构较简单，能耗低，操作方便，特别统，所以结构较简单，能耗低，操作方便，特别统，所以结构较简单，能耗低，操作方便，特别统，所以结构较简单，能耗低，操作方便，特别是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染菌问是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染菌问是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染菌问是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染菌问题题题题 。n n无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于换热冷却系统的装设。换热冷却系统的装设。换热冷却系统的装设。换热冷却系统的装设。26三、自吸式发酵罐n n工作原理工作原理n n特点特点n n类型类型27 自自自自吸吸吸吸式式式式发发发发酵酵酵酵罐罐罐罐是是是是一一一一种种种种不不不不需需需需要要要要空空空空气气气气压压压压缩缩缩缩机机机机提提提提供供供供加加加加压压压压空空空空气气气气，而而而而依依依依靠靠靠靠特特特特设设设设的的的的机机机机械械械械搅搅搅搅拌拌拌拌吸吸吸吸气气气气装装装装置置置置或或或或液液液液体体体体喷喷喷喷射射射射吸吸吸吸气气气气装装装装置置置置吸吸吸吸入入入入无无无无菌菌菌菌空空空空气气气气并并并并同同同同时时时时实实实实现现现现混混混混合合合合搅搅搅搅拌拌拌拌与与与与溶氧传质的发酵罐。溶氧传质的发酵罐。溶氧传质的发酵罐。溶氧传质的发酵罐。主主主主要要要要应应应应用用用用在在在在医医医医药药药药工工工工业业业业、酵酵酵酵母母母母工工工工业业业业、生生生生产产产产葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖酸酸酸酸钙钙钙钙、力力力力复复复复霉霉霉霉素素素素、维维维维生生生生素素素素C C、酵酵酵酵母母母母、蛋蛋蛋蛋白酶等。白酶等。白酶等。白酶等。工作原理工作原理28机械搅拌式发酵罐吸气原理机械搅拌式发酵罐吸气原理机械搅拌式发酵罐吸气原理机械搅拌式发酵罐吸气原理 uu它的搅拌器是一个空心叶轮，它的搅拌器是一个空心叶轮，它的搅拌器是一个空心叶轮，它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外叶轮中形成负压，从而将罐外叶轮中形成负压，从而将罐外叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸到罐内，并与高速流的空气吸到罐内，并与高速流的空气吸到罐内，并与高速流的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的动的液体密切接触形成细小的动的液体密切接触形成细小的动的液体密切接触形成细小的气泡分散在液体之中，气液混气泡分散在液体之中，气液混气泡分散在液体之中，气液混气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮流到发酵液主合流体通过导轮流到发酵液主合流体通过导轮流到发酵液主合流体通过导轮流到发酵液主体。体。体。体。uu注注注注意意意意：转转转转子子子子内内内内是是是是真真真真空空空空，发发发发酵酵酵酵罐罐罐罐内是正压内是正压内是正压内是正压。29特点特点n n优点：优点：不必配备空气压缩机及其附不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减属设备，节约设备投资，减少厂房面积少厂房面积溶氧速率高，溶氧效率高、溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低能耗低用于酵母生产和醋酸发酵具用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益高有生产效率高、经济效益高的优点的优点30n n缺点：缺点：由于罐压较低，对某些由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌产品生产容易造成染菌必须配备低阻力损失的必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统高效空气过滤系统31常见类型常见类型机械搅拌自吸式发酵罐通过机械搅拌带动转子转动，形成负压自吸空气喷射自吸式发酵罐通过液体在细长的文氏管中快速流动，形成真空吸入空气溢流喷射自吸式发酵罐靠溢流喷射器形成自吸作用32（一）机械搅拌自吸式发酵罐（一）机械搅拌自吸式发酵罐（一）机械搅拌自吸式发酵罐（一）机械搅拌自吸式发酵罐uu构造构造构造构造吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和定子。定子。定子。定子。转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入转子转动时空气则由导气管吸入转子转动时空气则由导气管吸入转子转动时空气则由导气管吸入转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。uu搅拌器与机械罐的区别搅拌器与机械罐的区别搅拌器与机械罐的区别搅拌器与机械罐的区别机械罐：敞开式机械罐：敞开式机械罐：敞开式机械罐：敞开式叶轮叶轮叶轮叶轮，只起，只起，只起，只起搅拌搅拌搅拌搅拌作用，作用，作用，作用，转速较慢（转速较慢（转速较慢（转速较慢（150-180min150-180min），另需通风；），另需通风；），另需通风；），另需通风；自吸罐：闭式自吸罐：闭式自吸罐：闭式自吸罐：闭式叶轮叶轮叶轮叶轮，是一个，是一个，是一个，是一个搅拌搅拌搅拌搅拌吸气吸气吸气吸气装置装置装置装置，转速高（，转速高（，转速高（，转速高（1000-1500r/min1000-1500r/min），），），），自吸空气自吸空气自吸空气自吸空气搅拌部件：搅拌部件：搅拌部件：搅拌部件：转子转子转子转子-叶轮叶轮叶轮叶轮，关键部件，分，关键部件，分，关键部件，分，关键部件，分三棱叶，四弯叶；三棱叶，四弯叶；三棱叶，四弯叶；三棱叶，四弯叶；定子定子定子定子-导轮导轮导轮导轮，叶片数为，叶片数为，叶片数为，叶片数为1616、3232导气管导气管导气管导气管轴封轴封轴封轴封33自吸式发酵罐设计要点自吸式发酵罐设计要点自吸式发酵罐设计要点自吸式发酵罐设计要点(1)(1)(1)(1)发酵罐高径比（较小）发酵罐高径比（较小）发酵罐高径比（较小）发酵罐高径比（较小）H/D H/D H/D H/D=1 1 1 1：1.151.151.151.15左左左左右右右右，保保保保证证证证吸吸吸吸气气气气转子与液面距离转子与液面距离转子与液面距离转子与液面距离2-3m.2-3m.2-3m.2-3m.34(2)(2)转子与定子的确定转子与定子的确定转子与定子的确定转子与定子的确定 三直叶叶轮直径三直叶叶轮直径三直叶叶轮直径三直叶叶轮直径D=0.35DD=0.35D罐罐罐罐 四弯叶四弯叶四弯叶四弯叶 D/DD/D罐罐罐罐=1/81/15=1/81/15 定子厚度定子厚度定子厚度定子厚度B=B=（1/41/51/41/5）D D，定子直径定子直径定子直径定子直径=2D=2D 转子定子间隙转子定子间隙转子定子间隙转子定子间隙1-2.5mm.1-2.5mm.35（二）（二）喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐uu文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐uu液体喷射自吸式发酵罐液体喷射自吸式发酵罐36文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐原理：用泵使发酵液通过文原理：用泵使发酵液通过文原理：用泵使发酵液通过文原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由于液体在氏管吸气装置，由于液体在氏管吸气装置，由于液体在氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩段流速增加，文氏管的收缩段流速增加，文氏管的收缩段流速增加，文氏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，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。实现溶氧传质。实现溶氧传质。优优优优点点点点：吸吸吸吸氧氧氧氧的的的的效效效效率率率率高高高高，气气气气、液液液液、固固固固三三三三相相相相均均均均匀匀匀匀混混混混合合合合，设设设设备备备备简简简简单单单单，无无无无须须须须空空空空气气气气压压压压缩缩缩缩机机机机及及及及搅搅搅搅拌器，动力消耗省。拌器，动力消耗省。拌器，动力消耗省。拌器，动力消耗省。3738（三）溢流喷射自吸式发酵罐（三）溢流喷射自吸式发酵罐n n吸气原理吸气原理吸气原理吸气原理n n用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液用泵将发酵液从发酵罐的底部提升到罐顶的溢流口，液体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由体由于自重通过溢流管向发酵罐跌落，形成抛射流，由于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边于液体表面层作用，使靠近流体表面的无菌空气气体边界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，界层具有一定的速率，从而形成气体的流动和自吸作用，并被高速流动的液体打碎、分散并被高速流动的液体打碎、分散,与液体均匀混合与液体均匀混合,使氧使氧溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐溶解在发酵液中的，这是溶氧阶段。发酵液进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气后，微生物耗氧，同时将代谢产生的二氧化碳和其它气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大向体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的比重变大向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。酵液又从发酵罐底部被泵打入循环管，开始下一个循环。3940四、伍氏发酵罐四、伍氏发酵罐四、伍氏发酵罐四、伍氏发酵罐41一、酒精发酵设备（一）酒精发酵罐的基本要求：（一）酒精发酵罐的基本要求：满满足足酵酵母母生生长长和和代代谢谢的的必必要要工工艺艺条条件件 一定的生化反应时间一定的生化反应时间 及及时时移移走走在在生生化化反反应应过过程程中中所所释释放放的生物热的生物热 从从结结构构上上有有利利于于发发酵酵液液的的排排出出，有有利利于于设设备备清清洗洗、维维修修以以及及设设备备制制造造安安装方便等。装方便等。42（二）酒精发酵罐主要结构1 1、罐型、罐型酒精发酵罐筒体为圆柱形，酒精发酵罐筒体为圆柱形，酒精发酵罐筒体为圆柱形，酒精发酵罐筒体为圆柱形，低盖和顶盖均为碟形或锥形。低盖和顶盖均为碟形或锥形。低盖和顶盖均为碟形或锥形。低盖和顶盖均为碟形或锥形。在酒精发酵过程中，为了回在酒精发酵过程中，为了回在酒精发酵过程中，为了回在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出收二氧化碳气体及其所带出收二氧化碳气体及其所带出收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐采用密的部分酒精，发酵罐采用密的部分酒精，发酵罐采用密的部分酒精，发酵罐采用密闭式顶，有人孔、视镜及二闭式顶，有人孔、视镜及二闭式顶，有人孔、视镜及二闭式顶，有人孔、视镜及二氧化碳回收管。氧化碳回收管。氧化碳回收管。氧化碳回收管。进料管接种管压力表和测量进料管接种管压力表和测量进料管接种管压力表和测量进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。仪表接口管等。仪表接口管等。仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口罐罐底装有排料口和排污口罐罐底装有排料口和排污口罐罐底装有排料口和排污口罐身上下装有取样口和温度计身上下装有取样口和温度计身上下装有取样口和温度计身上下装有取样口和温度计接中口对于型发酵罐。接中口对于型发酵罐。接中口对于型发酵罐。接中口对于型发酵罐。为了便于维修和清洗，在近为了便于维修和清洗，在近为了便于维修和清洗，在近为了便于维修和清洗，在近罐底装有人孔。罐底装有人孔。罐底装有人孔。罐底装有人孔。43中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面进行膜状冷却进行膜状冷却进行膜状冷却进行膜状冷却对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐外壁罐外壁罐外壁罐外壁喷洒联合冷却喷洒联合冷却喷洒联合冷却喷洒联合冷却2.2.发酵的冷却装置发酵的冷却装置发酵的冷却装置发酵的冷却装置443 3.洗涤装置洗涤装置：水力喷射洗涤装置：水力喷射洗涤装置：水力喷射洗涤装置：水力喷射洗涤装置 45（一）发酵罐结构尺寸（一）发酵罐结构尺寸 发酵罐全体积：发酵罐全体积：发酵罐全体积：发酵罐全体积：式中式中式中式中V V V V发酵罐的容积发酵罐的容积发酵罐的容积发酵罐的容积 V V V V0 0 0 0进入发酵罐的发酵液量进入发酵罐的发酵液量进入发酵罐的发酵液量进入发酵罐的发酵液量 装液系数，一般取装液系数，一般取装液系数，一般取装液系数，一般取=0.850.90=0.850.90=0.850.90=0.850.90 带有锥形底、盖的圆柱形带有锥形底、盖的圆柱形带有锥形底、盖的圆柱形带有锥形底、盖的圆柱形 发酵罐全容积为：发酵罐全容积为：发酵罐全容积为：发酵罐全容积为：（三）酒精发酵罐的计算（三）酒精发酵罐的计算（三）酒精发酵罐的计算（三）酒精发酵罐的计算46酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸关系可推荐如下：尺寸关系可推荐如下：尺寸关系可推荐如下：尺寸关系可推荐如下：H=1.1 H=1.1 H=1.1 H=1.1-1.5D 1.5D 1.5D 1.5D h h h h1 1 1 1=0.1-0.14D=0.1-0.14D=0.1-0.14D=0.1-0.14D h h h h2 2 2 2=0.05-0.1D=0.05-0.1D=0.05-0.1D=0.05-0.1D根据发酵的全容积根据发酵的全容积根据发酵的全容积根据发酵的全容积V V V V和径高比等，即可确定发和径高比等，即可确定发和径高比等，即可确定发和径高比等，即可确定发酵罐的结构尺寸。酵罐的结构尺寸。酵罐的结构尺寸。酵罐的结构尺寸。47(四）发酵罐罐数的确定四）发酵罐罐数的确定对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算：N N N N发酵罐个数（其中一个作备用）（个）发酵罐个数（其中一个作备用）（个）发酵罐个数（其中一个作备用）（个）发酵罐个数（其中一个作备用）（个）n n n n每每每每24242424小时内进行加料的发酵罐数目（个）小时内进行加料的发酵罐数目（个）小时内进行加料的发酵罐数目（个）小时内进行加料的发酵罐数目（个）t t t t一次发酵罐周期所需要时间（小时一次发酵罐周期所需要时间（小时一次发酵罐周期所需要时间（小时一次发酵罐周期所需要时间（小时)48 （五）发酵罐冷却面积计算（五）发酵罐冷却面积计算（五）发酵罐冷却面积计算（五）发酵罐冷却面积计算 式中式中式中式中 Q Q Q Q总的发酵热总的发酵热总的发酵热总的发酵热（J/hJ/h ）K K K K传热总系数传热总系数传热总系数传热总系数 J/J/（mm2 2hh）t t t tm m m m对数平均温度差对数平均温度差对数平均温度差对数平均温度差 ,F F F F冷却面积冷却面积冷却面积冷却面积（mm2 2 ）发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即：49冷却水耗量的计算由热平衡方程式得：QAQB式中Q QA A酒精或其他发酵产品的总发酵热酒精或其他发酵产品的总发酵热(J(Jh)h)Q QB B冷却水带走的热量冷却水带走的热量(J(Jh)h)505152主发酵控制发酵液温度tw为30，按题意冷却水进出口温度分别为t120，t22553传热总系数K值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为 考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并 同时进入冷却水，则水在管内流速为：545556冷却面积和主要尺寸5758二、啤酒发酵设备59啤酒发酵设备uu近近年年来来，啤啤酒酒发发酵酵设设备备向向大大型型、室室外外、联联合合的的方方向向发发展展，迄迄今今为为止止，使使用用的的大大型型发发酵酵罐容量已达罐容量已达15001500吨吨uu大型化的目的大型化的目的使啤酒质量均一化使啤酒质量均一化由于啤酒生产的罐数减少，由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要使生产合理化，降低了主要设备的投资设备的投资60(1)(1)发酵容器材料的变化发酵容器材料的变化由由陶陶器器向向木木材材-水水泥泥-金金属属材材料演变料演变现现在在的的啤啤酒酒生生产产，后后两两种种材材料料都都在使用在使用我我国国大大多多数数啤啤酒酒发发酵酵容容器器为为内内有有涂涂料料的的钢钢筋筋水水泥泥槽槽，新新建建的的大大型型容器一般使用不锈钢容器一般使用不锈钢啤酒发酵容器的变迁过程61（2）开放式发酵容器向密闭式转变）开放式发酵容器向密闭式转变小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器大型化，并为密闭式从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。可用吸取法分离泡盖62（3 3）密闭容器的演变）密闭容器的演变）密闭容器的演变）密闭容器的演变原原来来是是在在开开放放式式长长方方形形容容器器上上面面加弓形盖子的密闭发酵槽加弓形盖子的密闭发酵槽随随着着技技术术革革新新过过渡渡到到用用钢钢板板、不不锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐后后来来出出现现的的是是立立式式圆圆筒筒体体锥锥底底发发酵罐酵罐目前使用的大型发酵罐主要是立目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、联合罐、朝日式罐，如奈坦罐、联合罐、朝日罐等罐等由于发酵罐容量的增大，要求清由于发酵罐容量的增大，要求清洗设备装置也有很大的改进，大洗设备装置也有很大的改进，大都采用都采用CIPCIP自动清洗系统自动清洗系统 63（4）啤酒发酵形式）啤酒发酵形式uu上面发酵上面发酵上面发酵上面发酵:发酵时酵母上浮发酵时酵母上浮发酵时酵母上浮发酵时酵母上浮,发酵终结很久才部分发酵终结很久才部分发酵终结很久才部分发酵终结很久才部分下沉下沉下沉下沉uu下面发酵下面发酵下面发酵下面发酵:发酵时酵母浮游于发酵液中发酵时酵母浮游于发酵液中发酵时酵母浮游于发酵液中发酵时酵母浮游于发酵液中,发酵完后发酵完后发酵完后发酵完后酵母即下沉酵母即下沉酵母即下沉酵母即下沉,酵母可重复使用酵母可重复使用酵母可重复使用酵母可重复使用5-75-75-75-7次次次次uu上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异上下面发酵工艺区别主要是发酵温度的差异啤酒种类啤酒种类啤酒种类啤酒种类 起始温度起始温度起始温度起始温度 最高温度最高温度最高温度最高温度 最终温度最终温度最终温度最终温度上面啤酒上面啤酒上面啤酒上面啤酒 10-15 15-25 5-710-15 15-25 5-710-15 15-25 5-710-15 15-25 5-7下面啤酒下面啤酒下面啤酒下面啤酒 6-8 8-12 3.5-56-8 8-12 3.5-56-8 8-12 3.5-56-8 8-12 3.5-564传统啤酒前、后发酵设备及计算前发酵设备前发酵设备前发酵设备前发酵设备uu传传统统的的前前发发酵酵槽槽均均置置于于发发酵酵室室内，发酵槽大部分为开口式内，发酵槽大部分为开口式uu前前发发酵酵槽槽可可为为钢钢板板制制，常常见见的的采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土制制成成，也也有有用用砖砌、外面抹水泥的发酵槽砖砌、外面抹水泥的发酵槽uu形式以长方形或正方形为主形式以长方形或正方形为主uu前前发发酵酵槽槽内内要要涂涂布布一一层层特特殊殊涂涂料料作作为为保保护护层层，采采用用不不饱饱和和聚聚脂脂树树脂脂、环环氧氧树树脂脂或或其其他他特特殊殊涂涂料料较较为为广广泛泛，但但还还未未完完全全符符合啤酒低温发酵的防腐要求。合啤酒低温发酵的防腐要求。65uu前前发发酵酵槽槽的的底底略略有有倾倾斜斜，利利于于废废水水排出排出uu离离槽槽底底10-15cm10-15cm处处，伸伸出出有有嫩嫩啤啤酒酒放出管放出管uu为为了了维维持持发发酵酵槽槽内内醪醪液液的的低低温温，在在槽中装有冷却蛇管或排管槽中装有冷却蛇管或排管uu前前发发酵酵槽槽的的冷冷却却面面积积，根根据据经经验验，对对下下面面啤啤酒酒发发酵酵取取每每立立方方米米发发酵酵液液约约为为0.20.2平平方方米米冷冷却却面面积积，蛇蛇管管内内通入通入0-20-2度的冰水度的冰水uu注意注意COCO2 2的排放，防止中毒的排放，防止中毒6667前发酵罐的计算1.发酵槽数目的确定uu采采用用小小容容量量的的发发酵酵槽槽，将将导导致致一一系系列列非非生生产产消消耗耗的的增增加加。容容积积小小，槽槽数数目目多多，又又必必然然会会增增加加投资费用，所以一般不宜采用。投资费用，所以一般不宜采用。uu在在一一个个发发酵酵槽槽内内可可容容纳纳一一次次麦麦汁汁量量的的前前提提下下，发酵槽的数目可按下式计算发酵槽的数目可按下式计算68n n若单个发酵槽可容纳糖化一次麦汁量的整倍数，若单个发酵槽可容纳糖化一次麦汁量的整倍数，则发酵槽数目可按下列通式计算则发酵槽数目可按下列通式计算 在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的前提下，发酵在一个发酵槽内容纳一次糖化麦芽汁量的前提下，发酵槽的数目仅仅取决于每日糖化次数和前发酵时间，而与槽的数目仅仅取决于每日糖化次数和前发酵时间，而与生产量以及生产的不平衡性无关。生产量以及生产的不平衡性无关。69后发酵设备uu主主要要完完成成嫩嫩啤啤酒酒的的继继续续发发酵酵，并并饱饱和和二二氧氧化化碳碳，促促进进啤啤酒酒的的稳稳定定、澄澄清清和和成熟成熟uu根根据据工工艺艺要要求求，贮贮酒酒室室内内要要维维持持比比前前发发酵酵室室更更低低的的温温度度，一一般般要要求求0-20-2，特殊产品要求达到，特殊产品要求达到-2-2左右左右uu后后发发酵酵过过程程残残糖糖较较低低，发发酵酵温温和和，故故槽内一般无须再装置冷却蛇管槽内一般无须再装置冷却蛇管7071uu后后发发酵酵槽槽的的材材料料，一一般般用用A3A3钢钢板板制制造造，内内壁壁涂涂以防腐层以防腐层uu贮贮酒酒槽槽全全部部放放置置在在隔隔热热的的贮贮酒酒室室内内，维维持持一一定定的的后后酵酵温温度度。毗毗邻邻贮贮酒酒室室外外建建有有绝绝热热保保暖暖的的操操作作通通道，在通道内进行后发酵过程的调节和操作道，在通道内进行后发酵过程的调节和操作uu贮贮酒酒室室和和通通道道相相隔隔的的墙墙壁壁上上开开有有一一定定直直径径和和数数量量的玻璃窥察窗，便于观察后发酵室内部情况的玻璃窥察窗，便于观察后发酵室内部情况uu通通道道内内保保持持常常温温，开开启启发发酵酵液液的的管管道道和和阀阀门门都都接接通到通道里通到通道里72后发酵罐的计算uu 贮贮酒酒罐罐的的容容量量应应和和啤啤酒酒过过滤滤能能力力配配合合起起来来，即即一天的过滤量要相当一个罐或几个罐的贮酒量一天的过滤量要相当一个罐或几个罐的贮酒量uu如果滤酒时贮酒罐的高压用如果滤酒时贮酒罐的高压用COCO2 2，情况会好得多，情况会好得多uu一一般般小小型型啤啤酒酒厂厂，采采用用单单个个贮贮酒酒罐罐满满足足每每日日装装酒酒产产量量，而而大大中中型型啤啤酒酒厂厂则则要要数数个个贮贮洒洒罐罐才才能能满满足足要求要求 73新型啤酒发酵设备1.1.圆筒体锥底发酵罐圆筒体锥底发酵罐圆筒体锥底发酵罐圆筒体锥底发酵罐n n圆圆简简体体锥锥底底立立式式发发酵酵罐罐(简简称称锥锥形形罐罐)，已已广广泛泛用用于于上上面或下面发酵啤酒生产。面或下面发酵啤酒生产。n n锥锥形形罐罐可可单单独独用用于于前前发发酵酵或或后后发发酵酵，还还可可以以将将前前、后后发发酵合并在该罐进行酵合并在该罐进行(一罐法一罐法)n n优优点点：能能缩缩短短发发酵酵时时间间，而而且且具具有有生生产产上上的的灵灵活活性性，故故能能适适合合于于生生产产各各种种类类型型啤啤酒酒的要求。的要求。74连续发酵特点连续发酵特点uu微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处微生物在整个发酵过程中始终维持在稳定状态，细胞处于均质状态，易于分期控制，若采用多罐发酵可以在不于均质状态，易于分期控制，若采用多罐发酵可以在不于均质状态，易于分期控制，若采用多罐发酵可以在不于均质状态，易于分期控制，若采用多罐发酵可以在不同的罐中控制不同的条件同的罐中控制不同的条件同的罐中控制不同的条件同的罐中控制不同的条件uu在此前提下，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在此前提下，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在此前提下，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在此前提下，可用数学方式和实验公式来表达连续发酵在稳定状态条件下微生物生长速度、代谢产物、底物浓在稳定状态条件下微生物生长速度、代谢产物、底物浓在稳定状态条件下微生物生长速度、代谢产物、底物浓在稳定状态条件下微生物生长速度、代谢产物、底物浓度和流加速度之间关系度和流加速度之间关系度和流加速度之间关系度和流加速度之间关系uu存在缺点存在缺点存在缺点存在缺点对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高对设备的合理性和加料设备的精确性要求甚高营养成分的利用较差，产物浓度较低营养成分的利用较差，产物浓度较低营养成分的利用较差，产物浓度较低营养成分的利用较差，产物浓度较低杂菌污染的机会较多杂菌污染的机会较多杂菌污染的机会较多杂菌污染的机会较多菌种易因变异而发生退化菌种易因变异而发生退化菌种易因变异而发生退化菌种易因变异而发生退化75（一）（一）连续发酵理论罐数的确定连续发酵理论罐数的确定1 1、最低罐数限定最低罐数限定最低罐数限定最低罐数限定uu产物积累、菌体生长条件一致，用单罐产物积累、菌体生长条件一致，用单罐产物积累、菌体生长条件一致，用单罐产物积累、菌体生长条件一致，用单罐uu产物积累、菌体生长条件分为两个阶段，用产物积累、菌体生长条件分为两个阶段，用产物积累、菌体生长条件分为两个阶段，用产物积累、菌体生长条件分为两个阶段，用双罐双罐双罐双罐uu发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用发酵过程分多个阶段、各阶段条件不同，用多罐多罐多罐多罐 76(2)(2)(2)(2)从第一罐开始通过原点作物从第一罐开始通过原点作物从第一罐开始通过原点作物从第一罐开始通过原点作物料平衡线，斜率为料平衡线，斜率为料平衡线，斜率为料平衡线，斜率为D=q/VD=q/VD=q/VD=q/V，和，和，和，和曲线相交于曲线相交于曲线相交于曲线相交于A A A A点，点，点，点，A A A A点的横座点的横座点的横座点的横座标标标标X X X X1 1 1 1，即为第一个发酵罐出，即为第一个发酵罐出，即为第一个发酵罐出，即为第一个发酵罐出口的微生物浓度，一直作到口的微生物浓度，一直作到口的微生物浓度，一直作到口的微生物浓度，一直作到第第第第n n n n罐的微生物出口浓度罐的微生物出口浓度罐的微生物出口浓度罐的微生物出口浓度X X X Xn n n n。dXdXdXdXn n n n/dt=D(X/dt=D(X/dt=D(X/dt=D(Xn n n n-X-X-X-Xn-1n-1n-1n-1)第一罐，菌浓度为第一罐，菌浓度为第一罐，菌浓度为第一罐，菌浓度为X X X X1 1 1 1 第二罐，菌浓度为第二罐，菌浓度为第二罐，菌浓度为第二罐，菌浓度为X X X X2 2 2 2 第三罐，菌浓度为第三罐，菌浓度为第三罐，菌浓度为第三罐，菌浓度为X X X X3 3 3 3 第第第第n n n n罐罐罐罐，菌浓度为，菌浓度为，菌浓度为，菌浓度为X X X Xn n n n，罐罐罐罐数为数为数为数为n n n n个。个。个。个。若发酵最终产物不是菌体若发酵最终产物不是菌体若发酵最终产物不是菌体若发酵最终产物不是菌体而是代谢产品，用产物浓度而是代谢产品，用产物浓度而是代谢产品，用产物浓度而是代谢产品，用产物浓度P P P P代代代代X X X X，同样可作图解。，同样可作图解。，同样可作图解。，同样可作图解。2、用图解法确定连续发酵理论罐数、用图解法确定连续发酵理论罐数77（二）（二）（二）（二）酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程酒精连续发酵流程78uu 操作开始：糖液及酵母同时加入操作开始：糖液及酵母同时加入操作开始：糖液及酵母同时加入操作开始：糖液及酵母同时加入1-31-31-31-3罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀罐至满，停止加酵母，继续加糖液，开底部阀使发酵液流入使发酵液流入使发酵液流入使发酵液流入4 4 4 4号，号，号，号，4 4 4 4号流入号流入号流入号流入5 5 5 5号，至号，至号，至号，至9 9 9 9号结束，周期号结束，周期号结束，周期号结束，周期32323232小时，小时，小时，小时，10101010、11111111号为贮存计量号为贮存计量号为贮存计量号为贮存计量罐，轮用。罐，轮用。罐，轮用。罐，轮用。uu操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关操作结束：换罐（换种），停止流加糖液，关1 1 1 1号二氧化碳阀，泵转入号二氧化碳阀，泵转入号二氧化碳阀，泵转入号二氧化碳阀，泵转入2 2 2 2号，号，号，号，1 1 1 1号消号消号消号消毒并加新种新料重新开始，毒并加新种新料重新开始，毒并加新种新料重新开始，毒并加新种新料重新开始，1 1 1 1号满时，号满时，号满时，号满时，2 2 2 2号经泵排尽并消毒好，号经泵排尽并消毒好，号经泵排尽并消毒好，号经泵排尽并消毒好，1 1 1 1号流入号流入号流入号流入2 2 2 2号，如此号，如此号，如此号，如此下去，下去，下去，下去，20202020天换种一次。天换种一次。天换种一次。天换种一次。uu 1-31-31-31-3号罐为流加罐，始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时号罐为流加罐，始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时号罐为流加罐，始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时号罐为流加罐，始终处于主发酵状态，在这一阶段中酵母处增殖阶段，并同时随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵的作用。随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵的作用。随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵的作用。随着发酵醪中的淀粉和糊精继续被糖化而后几个罐则起后发酵的作用。10101010、11111111号号号号为计量罐。为计量罐。为计量罐。为计量罐。1、淀粉质原料发酵酒精流程、淀粉质原料发酵酒精流程79(三三)啤酒连续发酵啤酒连续发酵uu 连续发酵缺点连续发酵缺点连续发酵缺点连续发酵缺点双乙酰高双乙酰高双乙酰高双乙酰高微生物变异微生物变异微生物变异微生物变异uu染菌染菌染菌染菌uu使用连续发酵的啤酒厂使用连续发酵的啤酒厂使用连续发酵的啤酒厂使用连续发酵的啤酒厂 新西兰啤酒厂新西兰啤酒厂新西兰啤酒厂新西兰啤酒厂 三罐和四罐三罐和四罐三罐和四罐三罐和四罐 英国英国英国英国 塔式罐塔式罐塔式罐塔式罐 上海啤酒厂上海啤酒厂上海啤酒厂上海啤酒厂 塔式罐塔式罐塔式罐塔式罐uu连续发酵流程：多罐式和塔式连续发酵流程：多罐式和塔式连续发酵流程：多罐式和塔式连续发酵流程：多罐式和塔式80第四节第四节 生物反应器的比拟放大生物反应器的比拟放大vv生物反应器的放大目的及方法生物反应器的放大目的、内容生物反应器的放大目的、内容生物反应器放大方法生物反应器放大方法vv通风发酵罐的放大设计机械搅拌通风发酵罐的经验放大机械搅拌通风发酵罐的经验放大气升式发酵罐的放大气升式发酵罐的放大81生物反应器的比拟放大任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历任何一个生物工程产品的研究开发周期必须经历3 3个阶段：个阶段：个阶段：个阶段：（1 1）实验室阶段）实验室阶段）实验室阶段）实验室阶段（2 2）中试阶段）中试阶段）中试阶段）中试阶段（3 3）工厂化规模）工厂化规模）工厂化规模）工厂化规模比拟放大比拟放大把小型设备中进行科学实验所获得的成果把小型设备中进行科学实验所获得的成果把小型设备中进行科学实验所获得的成果把小型设备中进行科学实验所获得的成果 在大生产设备中予在大生产设备中予在大生产设备中予在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，以再现的手段，它不是等比例放大，以再现的手段，它不是等比例放大，以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行而是以相似论的方法进行而是以相似论的方法进行而是以相似论的方法进行放大放大放大放大82生物反应器的放大目的生物反应器的放大目的应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。生物反应器的放大目的及方法比拟放大的内容比拟放大的内容罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。大问题，这些内容都有一定的相互关系。大问题，这些内容都有一定的相互关系。大问题，这些内容都有一定的相互关系。831 1、几何相似放大、几何相似放大、几何相似放大、几何相似放大按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。放大倍按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。放大倍按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。放大倍按反应器的各个部件的几何尺寸比例进行放大。放大倍数实际上就是反应器的增加倍数。数实际上就是反应器的增加倍数。数实际上就是反应器的增加倍数。数实际上就是反应器的增加倍数。842 2、以单位体积液体中搅拌功率、以单位体积液体中搅拌功率、以单位体积液体中搅拌功率、以单位体积液体中搅拌功率P0/VLP0/VL相等的准则进行反相等的准则进行反相等的准则进行反相等的准则进行反应器放大应器放大应器放大应器放大 n n这这种方法适用对于以溶氧速率控制发酵反应的生物发酵，种方法适用对于以溶氧速率控制发酵反应的生物发酵，种方法适用对于以溶氧速率控制发酵反应的生物发酵，种方法适用对于以溶氧速率控制发酵反应的生物发酵，粘度较高的非牛顿型流体或高细胞密度的培养粘度较高的非牛顿型流体或高细胞密度的培养粘度较高的非牛顿型流体或高细胞密度的培养粘度较高的非牛顿型流体或高细胞密度的培养 n n P0/VLP0/VL 常数常数常数常数 1.1.对于不通气的搅拌反应器对于不通气的搅拌反应器对于不通气的搅拌反应器对于不通气的搅拌反应器 2.2.对于通气搅拌反应器，可取单位体积液体分配的通气对于通气搅拌反应器，可取单位体积液体分配的通气对于通气搅拌反应器，可取单位体积液体分配的通气对于通气搅拌反应器，可取单位体积液体分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大搅拌功率相同的准则进行放大搅拌功率相同的准则进行放大搅拌功率相同的准则进行放大85n n对于通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体对于通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体对于通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体对于通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即：分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即：分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即：分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即：n n对于对于对于对于不通气时的机械搅拌生物反应器不通气时的机械搅拌生物反应器不通气时的机械搅拌生物反应器不通气时的机械搅拌生物反应器，轴功率计算，轴功率计算，轴功率计算，轴功率计算 对于对于对于对于通气式机械搅拌生物反应器通气式机械搅拌生物反应器通气式机械搅拌生物反应器通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体，可取单位体积液体，可取