资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,1 概 述,1 .1 生化反应器的类型,1.2 发酵罐必须满足的条件,1 .1 生化反应器的类型,1 生化反应器的类型,植物反应器：水蛭素,动物反应器：人乳铁蛋白，牛奶,固体发酵设备：曲盘，竹帘，曲池，曲箱,液体发酵设备：,嫌气发酵设备：啤酒，酒精,通风机械搅拌：,通用式,、自吸式、伍氏,通风发酵设备,通风搅拌：,气升式,、塔式,1.2 发酵罐必须满足的条件,能够造成无菌环境，密闭，有一定强度，,可灭菌，耐2.5,kg/cm,2,（表压）,的压力；,提供好气（嫌气）环境；,能够加热和冷却；,内壁要光滑、减少死角。,2 通风发酵罐,2.1 通风机械搅拌发酵罐,2.2 自吸式发酵罐,2.3 伍式发酵罐,2.4 气升式发酵罐,2.5 塔式发酵罐,2.1 通风机械搅拌发酵罐,2.1.1罐体尺寸,2.1.2罐的结构,2.1.3罐容积的计算,2.1.4罐的优缺点,2.1.2 罐的结构,图,6-1,小型发酵罐结构图,1,.,三角皮带转轴；,2,.,轴承支柱；,3.,联轴节；,4,.,轴封；,5.,窥镜；,6.,取样口；,7.,冷却水出口；,8.,夹套,；,9.,螺旋片；,10.,温度计；,11.,轴；,12.,搅拌器；,13.,底轴承；,14.,放料口；,15.,冷水进口；,16.,通风管；,17.,热电偶接口；,18.,挡板；,19.,接压力表；,20.,手孔；,21.,电动机；,22.,排气孔；,23.,取样口；,24.,进料口；,25.,压力表接口；,26.,窥镜；,27.,手孔；,28.,补料口,图,6-2,；大型发酵罐结构图,1,.,轴封；,2,.,人孔；,3.,梯子；,4.,联轴节；,5,.,中间轴承；,6.,热电偶接口；,7.,搅拌器；,8.,通风管；,9.,放料口；,10.,底轴承；,11.,温度计；,12.,冷却管；,13.,轴；,14.,取样；,15.,轴承柱；,16.,三角皮带传动；,17.,电动机；,18.,压力表；,19.,取样口；,20.,人孔；,21.,进料口；,22.,补料口；,23.,排气口；,24.,回流口；,25,.,窥镜,罐体,型式：密闭立式圆柱体，封头椭圆形，小罐封头与罐体法兰连接，大罐2,m,3,以上焊接。,容积：实验室0 .5-50,L，,中试罐200-500,L，,生产上0.5,m,3,-600m,3,.,材质:实验室为玻璃钢和不锈钢；工厂为不锈钢与碳钢,搅拌器和挡板,1,搅拌器的作用，型式及特点,搅拌器的作用,打碎气泡，提高氧的利用率,促进传质和传热,流型,径向流,轴向流,切向流,流型,径向流（叶片对液体施以径向离心力，流体流动的方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。）,特点：剪切作用较强，混合效果较差,流型,径向流,轴向流（流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上下循环流）,特点：剪切作用较弱，混合效果较好,流型,径向流,轴向流,切向流（无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时液体表面会形成旋涡，此时流体从浆叶周围周向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。）,特点：剪切作用和混合效果很差,螺 旋 桨 搅 拌 器,轴向流的代表,优点：混合效果好,缺点：剪切作用差，不能阻止气流沿搅拌轴上升，不能打碎气泡，不利于溶氧，只用于培养基的配制，料液的混合。,轴向流搅拌器的型式和特点,径向流搅拌器的型式与特点,圆盘平直叶涡轮搅拌器,：是径向流的代表，在圆盘上焊有六片平直叶，圆盘可阻止气体沿搅拌轴上升，轴向流差，不利于混合，剪切作用强，有利于打碎气泡，溶氧效果好，功率消耗大。,圆盘弯叶涡轮搅拌器,：径向流较差，轴向流较强，混合效果较好，剪切作用不如平直叶，溶氧效果不如平直叶，功率消耗小。,圆盘箭叶涡轮搅拌器,：轴向流强，径向流差，剪切作用小，混合效果最好，溶氧效果差，功率消耗最小。,+,+,+,+,+,+,箭叶,+,+,+,+,+,+,弯叶,+,+,+,+,+,+,平直叶,输出,溶氧,混合,剪切,径向流,轴向流,型式,菌丝体发酵,单细胞发酵,应用,几种涡轮搅拌器作用比较,轴流式搅拌器对发酵罐的液面控制不利。使用传统搅拌浆组合液面可以做到“风平浪静”；但使用轴流式搅拌浆组合（尤其是最上层的轴流式搅拌浆）通常会造成液面的“波澜壮阔”，从而影响放罐体积。以直径为,3800 mm,的发酵罐为例，“波浪”每高出,100mm,，就会造成一吨多的发酵液的损失，严重降低发酵罐的有效体积。,2 挡板,作用,：改变液流方向，消除液面中心旋涡，提高搅拌混合效果，提高湍流强度。,（,a,） （,b,） （,c,）,（,a,）,周边无档板；（,b,）螺旋桨搅拌器周边有垂直档板；,（,c,）涡轮搅拌器周边有,垂直档板,型式,：没有冷却列管或竖式蛇管的小罐，需设挡板；有冷却列管或竖式蛇管的大罐，可不再另装档板，但不能完全替代挡板的，还需另设挡板。位置由液面至罐底。,数量,：,全挡板条件：在一定的转数下，再增加罐内附件，而轴功率保持不变，即能达到消除液面漩涡的条件。,要求（,W/D）Z=0.5,因,W=0.1-0.12D,所以,Z=4-6,块。,3,消泡器,作用,：打碎泡沫，防止逃逸,型式,：锯齿状，梳状，孔板状，一般安装在搅拌轴上高出液面的部位，随搅拌轴转动而转动，将泡沫打碎。,长度：,L=0.65D,4 空气分布管,作用,：使通入的空气均匀分布,型式,：,单管式 正对罐底，距罐底,40,mm，,罐底衬不锈,钢圆板，防空气冲击,环 式 不常用，易堵。,5 传动装置,（1）变速装置,：,无级变速与皮带轮变速。10级(500)，八级(750)，六级(1000)，从主动轮直径比要小于7，以增加吃带面积。另外拉大主、从动轮间距也可增加吃带面积。,（2）搅拌轴：,有上悬式和下伸式两种，小罐只有一节，大罐有二至三节，之间用联轴器连接，联轴器多采用夹壳形或鼓形，装拆方便。,对于小罐：可采用上悬式安装。,对于大罐：要增加底轴承和中间轴承。材料可采用聚四氟乙烯或石棉酚醛塑料制成的滑动轴承，靠液体润滑。,对于更大罐：可用下伸式，缩短轴的长度，减少振动和噪音，重心低，稳定性强，但密封要严。,6 轴封,型式,：端面轴封和填料函式轴封,作用,：密封搅拌轴与罐顶（底）间的,缝隙，防止泄漏和染菌,组成,：,静环（软，不透性石墨）,8-9,动环（硬，硬质合金）,10-11,压紧弹簧,O,型圈,注意,：轴垂直；动环和静环表面水平,、光滑、紧密贴合；轴封要冷却,双端面轴封,填料函式轴封,填料,：,纤维织物、,橡胶、,工程塑料、,金属,组合材料,依靠填料和轴的外表面接触来实现密封的。这种密封在运转中填料与轴始终摩擦，摩擦十分严重。结构简单、价格便宜、维修方便。但泄漏量大、功耗损失大。,7 换热装置,（1）作用,：实消时预热和冷却，发酵过程中的冷却和加热。,（2）型式,：夹套、竖式蛇管、列管,夹套,：5,m,3,以下的罐子采用，冷却水流速低，传热系数小，换热效果差。但能减少罐内附件，减少死角。,冷却蛇管,：罐内装4-6组，水流速度快，但管径小，流量小，适用于冷却水温度低的地区。,冷却列管,：罐内装4-6组，管径大，耗水量大，降温快，适用于冷却水温度高的地区。,竖式蛇管,d,D,对称布置的几组,竖式蛇管：,传热,挡板作用,竖式蛇管,盘管加热器,（3）发酵热的计算,定义：在发酵过程中，单位时间内每,m,3,发酵液产生的,热量。,总发酵热 =生物合成热+机械搅拌热-汽化热-辐射损失热,计算：通过冷却水带走的热量进行计算,通过发酵液的温度升高进行计算,通过生物合成热进行计算,通过燃烧热进行计算,通过冷却水带走的热量进行计算,在主发酵期，产生热量最快最大的时期，一年中最热的半个月中，测定冷却水带走的热量。,Q,=,WC,(,t,2,-,t,1,)/,V,式中，,W,-,冷却水的流量（,kg/h）,C,-,冷却水的比热（,kj/kg）,V,-,发酵液总体积（,m,3,）,通过发酵液的温度升高进行计算,Q,=2,t,（,G,C+,G,1,C,1,)/,V,式中，,G,-,发酵液的重量（,kg),G,1,-,发酵罐的重量（,kg),C,、,C,1,发酵液与发酵罐的比热（,kj/kg）,t,-30min,内发酵液的温升（,）,罐体尺寸比例,H,0,:,D,=2.5-4:1,h,=,h,a,+,h,b,H,L,=,H,0,+,h,a,+,h,b,D,i,=1/3,D,C,=,D,i,S,=3,D,i,W,=0.1,D,挡板与罐壁的距离,=,（,1/5-1/8,）,W,材料：碳钢与不锈钢两种,对于碳钢的发酵罐,则要喷涂防腐涂料,2.1.3,罐的比例和容积的计算,图,6-11,机械搅拌发酵罐的,几何尺寸,W,圆筒容积：,V,1,=(/4 ),D,2,H,0,椭圆封头容积：,V,2,= (/4),D,2,h,b,+ (/6),D,2,h,a,= (/4),D,2(,h,b,+1/6,D,),式中,h,a,=1/4,D,公称容积：,V,3,=,V,1,+,V,2,（取整数）,全容积：,V,=,V,1,+2,V,2,装料容积：,V,4,=,V,1,+,V,2,（,是装料系数）,罐容积的计算,2.1.4,通用式发酵罐的优缺点,优点,: 适用范围广，便于,控温,，醪液,混合效果好,，,罐压高,。,缺点,: 搅拌,功率消耗大,，每立方米需2千瓦左右；,罐内,结构复杂，不易清洗，死角多，易渗漏,，,易染菌,。,培养,菌丝体,时，搅拌易受伤。,需,庞大的无菌空气制备系统,，,投资高，能耗高,。,2.2 自吸式发酵罐,2.2.1特点,不用空压机，在搅拌时或液体高速喷射时自动吸入空气。,2.2.2 定子与转子的结构与类型,定子的作用,：将气体与液体混匀，甩出，将大气泡打碎，促进溶氧。,转子的作用,：将转子内的液体甩出，形成内部真空，将气体吸入。,2.2.3,自吸式发酵罐的优缺点,优点,: 不需另设空气制备系统,投资少,能耗低,吸,入的气泡小,溶氧效果好,是通用罐的3倍.,缺点,:,搅拌转速要求高,如20立方米罐,要求400,rpm,而通用罐 200,rpm,功率消耗大,产生泡沫多,装料系数减少，,70%；,空气过滤器的阻力要求小;发酵罐内压力低,仅有0.1-0.2,kg/cm,2,易染菌,主要用于饲料酵母,液体醋等粗放的通风发酵。,2.3 伍式发酵罐,特点,：搅拌器兼做空气分布器,用途,：纸浆废液发酵生产酵母,2.4,气升式发酵罐,特点及结构,利用压缩空气的动能使醪液翻动，以减去机械搅拌和挡板，节省动力；罐外冷却，减少了罐内附件。,图,6-12,带升式发酵罐,1.,人孔；,2.,视镜；,3.,空气管；,4.,上升管；,5.,冷却夹套；,6.,单向阀门；,7.,空气喷嘴；,8.,带升管；,9.,罐体,图,6-14,塔式发酵罐。,1-,导流筒；,2-,筛板；,3-,分配器；,4,，,5-,人孔,内循环气升式发酵罐,气升环流式生物反应器,优点,:,结构简单，附件少，容易制造，维修和清洗。 取消了搅拌转动，减少了投资，,节省动力,约 50%，对,菌体无损伤,。,密封性能好，不易染菌,。 能,自消泡,，不须加消泡剂,。,装料系数高,，可达 80%-90%。,缺点:,耗气量非常大,。混合与通气相耦合问题，,很难在不改变通气的条件下改变混合状况,。,循环周期长，2.5分钟以上,，对于,好氧菌,不能满足溶氧需要,。对于,粘度大的醪液，相间混和接触较差,。无菌空气压力高，罐压低，,罐底易出现沉淀,。,降温也比较困难,。,
展开阅读全文