發(fā)酵設(shè)備培訓(xùn)講義

1、第七章第七章 發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備主講人：劉萍第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵設(shè)備概述 發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料(培養(yǎng)基)調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備，通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備，以及攪拌器等。 種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。 發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。 它必須能夠提供微生物生命活動(dòng)和代謝所要求的條件，并便于操作和控制，保證工藝條件的實(shí)現(xiàn)，從而獲得高產(chǎn)。一、發(fā)酵罐一、發(fā)酵罐 發(fā)酵罐的定義：是為一個(gè)特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。對于某些工藝來說，發(fā)酵罐是個(gè)密閉容器，同時(shí)附帶精密控制系統(tǒng)；而對于另一些簡單的工藝來說，發(fā)酵罐只是個(gè)開口容器，有時(shí)甚至簡單到

2、只要有一個(gè)開口的坑。 發(fā)酵罐系統(tǒng)發(fā)酵罐系統(tǒng) 一個(gè)優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成（1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)（2）良好的液體混合特性（3）好的傳質(zhì)相傳熱速率（4）具有配套而又可靠的檢測、控制儀表發(fā)酵罐發(fā)展歷史發(fā)酵罐發(fā)展歷史 第一階段:1900年以前，是現(xiàn)代發(fā)酵罐的雛形，它帶有簡單的溫度和熱交換儀器。 第二階段:1900-1940年，出現(xiàn)了200m3的鋼制發(fā)酵罐，在面包酵母發(fā)酵罐中開始使用空氣分布器，機(jī)械攪拌開始用在小型的發(fā)酵罐中。 第三階段：1940-1960年，機(jī)械攪拌、通風(fēng)，無菌操作和純種培養(yǎng)等一系列技術(shù)開始完善，發(fā)酵工藝過程的參數(shù)檢測和控制方面已出現(xiàn)，耐蒸汽滅菌的在線連續(xù)測定的pH電極和溶氧電極，計(jì)算機(jī)

3、開始進(jìn)行發(fā)酵過程的控制。發(fā)酵產(chǎn)品的分離和純化設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)商品化。 第四階段：1960-1979年，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的容積增大到80-150m3。由于大規(guī)模生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的需要，又出現(xiàn)了壓力循環(huán)和壓力噴射型的發(fā)酵罐，它可以克服些氣體交換和熱交換問題。計(jì)算機(jī)開始在發(fā)酵工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。 第五階段：1979年至今。生物工程和技術(shù)的迅猛發(fā)展，給發(fā)酵工業(yè)提出了新的課題。于是，大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵罐應(yīng)運(yùn)而生，胰島素，干擾素等基因工程的產(chǎn)品走上商品化。 發(fā)酵罐的特點(diǎn)發(fā)酵罐的特點(diǎn) （1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對純種培養(yǎng)的要求之高，幾乎達(dá)到十分苛刻的程度。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運(yùn)行的高度可靠性是發(fā)酵

4、工業(yè)的顯著特點(diǎn)。（2）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動(dòng)化發(fā)展。 在發(fā)酵罐的自動(dòng)化方面，作為參數(shù)檢測的眼睛如pH電極、溶解氧電極、溶解二氧化碳電極等的在線檢測在國外巳相當(dāng)成熟。國內(nèi)目前尚處于起步階段，發(fā)酵檢測參數(shù)還只限于溫度、壓力、空氣流量等一些最常規(guī)的參數(shù)。發(fā)酵罐的種類發(fā)酵罐的種類 發(fā)酵工業(yè)上最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外，其它型式的發(fā)酵罐如：氣提式發(fā)酵罐、壓力循環(huán)發(fā)酵罐、帶超濾膜的發(fā)酵罐等 。典型發(fā)酵設(shè)備典型發(fā)酵設(shè)備 種子制備設(shè)備、主發(fā)酵設(shè)備、輔助設(shè)備(無菌空氣和培養(yǎng)基的制備)，發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備，粗產(chǎn)品的提取設(shè)備、產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備、流出物回收、利用

5、和處理設(shè)備等。發(fā)酵罐工藝操作條件發(fā)酵罐工藝操作條件 1溫度：2540。2壓力：01 kgcm3(表壓)。3滅菌條件；溫度100140，壓力03 kgcm3 (表壓).4pH：211。5需氧量：0050.3 kmo1m3h。6通氣量：0.32 VVM。7功率消耗：0.54kWm3。8. 發(fā)酵熱量：5 00020 000 kcalm3h。發(fā)酵罐的類型發(fā)酵罐的類型 1按微生物生長代謝需要分類：按微生物生長代謝需要分類：好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是

6、提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)酵罐。不需要通氣。酵罐。不需要通氣。2. 按照發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)分類：按照發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)分類：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的通風(fēng)式發(fā)罐，文氏管發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式的氣提式、非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的排管式和噴射液提式發(fā)酵罐，以及非循

7、環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。式發(fā)酵罐。這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和產(chǎn)物形成對氧的需求。產(chǎn)物形成對氧的需求。 3按容積分類：按容積分類：一般認(rèn)為一般認(rèn)為5001以下的是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐；以下的是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐；500-50001是中試發(fā)酵罐；是中試發(fā)酵罐；50001以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。第二節(jié) 嫌氣發(fā)酵設(shè)備 密閉厭氧發(fā)酵罐 對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。 酒精和啤酒都屬

8、于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時(shí)，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多。 它的容積常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是錐形的。 上部有物料口，冷卻水口，CO2和氣體出口、人孔和壓力表開口等。 溫度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合，排料管在罐的底部。 一、酒精發(fā)酵罐 酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件(1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件(2)一定的生化反應(yīng)時(shí)間(3)及時(shí)移走在生化反應(yīng)過程中將釋放的生物熱酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求 滿足工藝要求，有利于發(fā)酵的排出 從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出 有利于設(shè)備清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。 酒精發(fā)酵

9、罐筒體結(jié)構(gòu) 為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。 在酒精發(fā)酸過程中，為了回收二氧化碳?xì)怏w及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式。 罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)料管、接種管、壓力表和測量儀表接口管等。 罐底裝有排料口和排污口； 罐身上下部裝有取樣口和溫度計(jì)接口，對于大型發(fā)酵耀，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。 發(fā)酵的冷卻裝置 對于中小型發(fā)酵罐，多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻； 對于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置， 為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。 采用罐外列管式噴淋冷卻的方法，具有冷卻發(fā)酵液均勻，冷

10、卻效率高等優(yōu)點(diǎn)。 酒精發(fā)酵罐的洗滌 過去均由人工操作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且二氧化碳?xì)怏w一旦末徹底排除，工人入罐清洗會發(fā)生中毒事故。 近年來，酒精發(fā)酵罐巳逐步采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。水力噴射裝置 是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成 兩頭噴水管彎有一定的弧度 噴水管上均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔 噴水管安裝時(shí)呈水平 噴水管借活接頭和固定供水管相連接 它是借噴水管兩頭噴嘴以一定噴出速度而形成的反作用力，使噴水管自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。 對于120m3的酒精發(fā)酵耀，采用363mm的噴水管，管上開有4430個(gè)小孔，兩頭噴嘴口徑為9mm。 高壓強(qiáng)

11、的水力噴射洗滌裝置 它是一根直立的噴水管，沿軸向安裝于罐的中央，在垂直噴水管上按一定的間距均勻地鉆有4-6mm的小孔，孔與水平呈20度角，水平噴水管借活接頭，上端和供水總管，下端相垂直分配管相連接，洗滌水壓為0.6-0.8MPa。 水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，使其以每分鐘4856轉(zhuǎn)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并以極大的速度噴射到罐壁各處，而垂直的噴水管也以同樣的水流速度噴射到罐體四壁和罐底。 約5分鐘時(shí)間即可完成洗滌作業(yè)。洗滌水若用廢熱水，還可提高洗滌效果。 二、酒精發(fā)酵罐的計(jì)算 (一)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定 發(fā)酵罐全容積可按下式計(jì)算： (二)發(fā)酵罐罐數(shù)的確定 對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計(jì)算

12、(三)發(fā)酵罐冷卻面積計(jì)算 1總的發(fā)酵熱Q 微生物在嫌氣發(fā)醉過程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱Q1，蒸發(fā)熱損失Q2，罐壁向用圍散失的熱損失Q3等三部分熱量所組成。 微生物的生物合成熱是由維持微生物生命活動(dòng)的呼吸熱、促進(jìn)微生物增殖的繁殖熱以及微生物形成代謝產(chǎn)物的發(fā)酵熱所組成 由于各種微生物的生理特性和代謝途徑不同，故對于微生物的生物合成熱至今尚難準(zhǔn)確計(jì)算。 對于確定酒精、啤酒等嫌氣發(fā)酵的發(fā)酵熱，一船按發(fā)酵最旺盛時(shí)單位時(shí)間糖度降低的百分值來計(jì)算，通常以消耗1kg麥芽糖發(fā)酵放出的熱量約為418，600J為計(jì)算基準(zhǔn)。 如果發(fā)酵液不進(jìn)行冷卻，則發(fā)酵溫度可升高10。 此外，對于小型試驗(yàn)罐，也可在發(fā)酵最旺盛時(shí)

13、，測定其冷卻水的進(jìn)出口溫度和單位時(shí)間內(nèi)的耗水量，從而得出小罐的放熱量Q1。 代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量Q2與糖濃濃度、發(fā)酵程度好壞有關(guān)，除間接測定外，目前還難具體計(jì)算，一般計(jì)算時(shí)可取Q1的5、6左右。 不論發(fā)酵罐置于室內(nèi)或室外，均要向周圍空間散失熱量Q3，這部分熱量由對流相輻射組成，具體計(jì)算可參閱有關(guān)資料。 所以總的發(fā)酵熱是： 4冷卻水耗量的計(jì)算 由熱平衡方程式得： QAQB 式中 QA酒精或其他發(fā)酵產(chǎn)品的總發(fā)酵熱(Jh) QB冷卻水帶走的熱量(Jh) 例題 某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進(jìn)料量為24t/h。每4h裝滿一罐，發(fā)酵周期為72h，冷卻水的初、終溫分別為20和25，若罐內(nèi)采用蛇管冷卻，試確定發(fā)酵

14、罐的結(jié)構(gòu)尺寸、罐數(shù)、冷卻水耗量、冷卻面積和冷卻裝置的主要結(jié)構(gòu)尺寸。(糖化醪密度為1076kgm3) n=24/4=6 N=6 72/24+1=19 發(fā)酵罐容積 發(fā)酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結(jié)構(gòu)尺寸的比例關(guān)系如下： 由發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)尺寸，可確定全罐表面積罐體圓柱部分表面積F1和罐底罐頂表面積F2，F(xiàn)3分別為： 2冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸 假定罐壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)35t，生產(chǎn)廠所在地區(qū)的夏季平均溫度可查閱有關(guān)資料，現(xiàn)假定為32。Q3=全罐總表面積 ac (t2-t1)主發(fā)酵控制發(fā)酵液溫度tw為30，按題意冷卻水進(jìn)出口溫度分別為t120，t225 (4)傳熱總系數(shù)K值

15、的確定 選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為5360Mm，則管的橫截面積為考慮罐徑較大，設(shè)罐內(nèi)同心裝兩列蛇管，并同時(shí)進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為：(5)冷卻面積和主要尺寸二、啤酒發(fā)酵設(shè)備 近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。 大型化的目的是： (1) 由于大型化，使啤酒質(zhì)量均一化； 由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。 (1)發(fā)酵容器材料的變化。 由陶器向木材-水泥-金屬材料演變 現(xiàn)在的啤酒生產(chǎn)，后兩種材料都在使用。 我國大多數(shù)啤酒發(fā)酵容器為內(nèi)有涂料的鋼筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不銹鋼。啤酒發(fā)酵容器的變遷過

16、程（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變。）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變。小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，一般用開放式，對發(fā)酵的管理、小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，一般用開放式，對發(fā)酵的管理、泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測定等比較方便。泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測定等比較方便。隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并為密閉式。為密閉式。從開放式轉(zhuǎn)向密閉發(fā)酵的最大問題是發(fā)酵時(shí)被氣從開放式轉(zhuǎn)向密閉發(fā)酵的最大問題是發(fā)酵時(shí)被氣泡帶到表面的泡蓋的處理?？捎梦》ǚ蛛x泡泡帶到表面的泡蓋的處理?？捎梦》ǚ蛛x泡蓋。蓋。（3）密閉容器的演變。）密閉容器的演變。原來是在開放式長方形容器上面加弓形蓋子的密原來是在

17、開放式長方形容器上面加弓形蓋子的密閉發(fā)酵槽；閉發(fā)酵槽；隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥式圓筒形發(fā)酵罐。式圓筒形發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。 目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有很大的改進(jìn)，大都采用很大的改進(jìn)，大都采用CIP自動(dòng)清洗系統(tǒng)。自動(dòng)清洗系統(tǒng)。 啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備及計(jì)算 (一一)前發(fā)酵設(shè)備前發(fā)酵設(shè)備傳統(tǒng)的前發(fā)酵槽均置于發(fā)

18、酵室內(nèi)，發(fā)酵槽大部分傳統(tǒng)的前發(fā)酵槽均置于發(fā)酵室內(nèi)，發(fā)酵槽大部分為開口式。為開口式。前發(fā)酵槽可為鋼板制，常見的采用鋼筋混凝上制前發(fā)酵槽可為鋼板制，常見的采用鋼筋混凝上制成，也有用磚砌、外面抹水泥的發(fā)酵槽。成，也有用磚砌、外面抹水泥的發(fā)酵槽。形式以長方形或正方形為主。形式以長方形或正方形為主。前發(fā)酵槽內(nèi)要涂布一層特殊涂料作為保護(hù)層。采前發(fā)酵槽內(nèi)要涂布一層特殊涂料作為保護(hù)層。采用不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂或其他特殊涂料用不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂或其他特殊涂料較為廣泛，但還未完全符合啤酒低溫發(fā)酵的防較為廣泛，但還未完全符合啤酒低溫發(fā)酵的防腐要求。腐要求。 前發(fā)酵槽的底略有傾斜，利于廢水排出前發(fā)酵槽的底略

19、有傾斜，利于廢水排出 離槽底離槽底10-15cm處，伸出有嫩啤酒放出管處，伸出有嫩啤酒放出管 為了維持發(fā)酵槽內(nèi)醪液的低溫，在槽中裝有冷為了維持發(fā)酵槽內(nèi)醪液的低溫，在槽中裝有冷卻蛇管或排管。卻蛇管或排管。 前發(fā)酵槽的冷卻面積，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對下面啤酒前發(fā)酵槽的冷卻面積，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對下面啤酒發(fā)酵取每立方米發(fā)酵液約為發(fā)酵取每立方米發(fā)酵液約為0.2平方米冷卻面積，平方米冷卻面積，蛇管內(nèi)通入蛇管內(nèi)通入0-2度的冰水。度的冰水。 注意注意CO2的排放，防止中毒的排放，防止中毒密閉式發(fā)酵槽優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1） 可回收二氧化碳可回收二氧化碳（2） 減少前發(fā)酵室內(nèi)通風(fēng)換氣的耗冷量減少前發(fā)酵室內(nèi)通風(fēng)換氣的耗冷量（3） 減少

20、雜菌污染機(jī)會。減少雜菌污染機(jī)會。組成組成在槽內(nèi)裝置冷卻蛇管在槽內(nèi)裝置冷卻蛇管在發(fā)酵室內(nèi)配置冷卻排，在發(fā)酵室內(nèi)配置冷卻排， 或采用空調(diào)裝置，使或采用空調(diào)裝置，使室內(nèi)維持工藝所要求的溫度和濕度。室內(nèi)維持工藝所要求的溫度和濕度。 發(fā)酵室內(nèi)裝置密閉式發(fā)酵罐，則采用空調(diào)設(shè)備，實(shí)施冷風(fēng)再循環(huán)更有利于冷耗的節(jié)約，為避免在室內(nèi)產(chǎn)生激烈的氣流，通風(fēng)口都應(yīng)設(shè)在墻角處。 降低發(fā)酵室的冷耗量措施 合理地在室內(nèi)配置進(jìn)出風(fēng)道以及正確操作空調(diào)設(shè)備 發(fā)酵室的四周墻壁和頂棚均要采用較好的絕熱結(jié)構(gòu)，絕熱層厚度不應(yīng)小于5cm。 發(fā)酵槽外壁及四周墻壁應(yīng)鋪砌白瓷磚或紅缸磚，也可用標(biāo)號較高的水泥抹面，再涂以較暗淡的油漆。 地面通道應(yīng)用防

21、滑瓷磚鋪設(shè)，并有定坡度，便于廢水排出。 發(fā)酵室內(nèi)頂相應(yīng)建成傾斜或光滑弧面，以免冷凝水淌入發(fā)酵槽內(nèi)。 從節(jié)省冷耗考慮，室內(nèi)空間不宜太高，單位體積發(fā)酵室內(nèi)的發(fā)酵槽容量應(yīng)盡可能最大。(二)前發(fā)酵罐的計(jì)算1. 發(fā)酵槽數(shù)目的確定發(fā)酵槽數(shù)目的確定 采用小容量的發(fā)酵槽，將導(dǎo)致一系列非生產(chǎn)消采用小容量的發(fā)酵槽，將導(dǎo)致一系列非生產(chǎn)消耗的增加。容積小，槽數(shù)目多，又必然會增加耗的增加。容積小，槽數(shù)目多，又必然會增加投資費(fèi)用，所以一般不宜采用。投資費(fèi)用，所以一般不宜采用。在一個(gè)發(fā)酵槽內(nèi)可容納一次麥汁量的前提下，發(fā)在一個(gè)發(fā)酵槽內(nèi)可容納一次麥汁量的前提下，發(fā)酵槽的數(shù)目可按下式計(jì)算酵槽的數(shù)目可按下式計(jì)算 若單個(gè)發(fā)酵槽可容納

22、糖化一次麥汁量的整倍數(shù)，則發(fā)酵槽數(shù)目可按下列通式計(jì)算 在一個(gè)發(fā)酵槽內(nèi)容納一次糖化麥芽汁量的前提下，發(fā)酵槽的數(shù)目僅僅取決于每日糖化次數(shù)和前發(fā)酵時(shí)間，而與生產(chǎn)量以及生產(chǎn)的不平衡性無關(guān)。 2前發(fā)酵槽容積的確定 計(jì)算糖化一次麥汁量或其量的整倍數(shù)，同時(shí)適當(dāng)考慮泡沫所占的空間，即可確定前發(fā)酵槽的客積。計(jì)算如下： (三)后發(fā)酵設(shè)備 主要完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進(jìn)啤酒的穩(wěn)定、澄清和成熟。 根據(jù)工藝要求，貯酒室內(nèi)要維持比前發(fā)酵室更低的溫度，一般要求0-2，特殊產(chǎn)品要求達(dá)到-2左右。 后發(fā)酵過程殘?zhí)禽^低，發(fā)酵溫和，故槽內(nèi)一般無須再裝置冷卻蛇管。 貯酒室的建筑結(jié)構(gòu)和保溫要求，均不能低于前發(fā)酵室，室內(nèi)

23、低溫的維持，是借室內(nèi)冷卻排管或通入冷風(fēng)循環(huán)而得。 后發(fā)酵槽是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種。工廠大多數(shù)采用臥式。 發(fā)酵過程中需飽和CO2，后發(fā)酵槽應(yīng)制成耐壓0.1-0.2MPa表壓的容器。 后發(fā)酵槽槽身裝有人孔、取樣閥、進(jìn)出啤酒接管、排出二氧化碳接管、壓縮空氣接管、溫度計(jì)、壓力表和安全閥等附屬裝置。 后發(fā)酵槽的材料，一般用A3鋼板制造，內(nèi)壁涂以防腐層。 貯酒槽全部放置在隔熱的貯酒室內(nèi)，維持一定的后酵溫度。毗鄰貯酒室外建有絕熱保暖的操作通道，在通道內(nèi)進(jìn)行后發(fā)酵過程的調(diào)節(jié)和操作。 貯酒室和通道相隔的墻壁上開有一定直徑和數(shù)量的玻璃窺察窗，便于觀察后發(fā)酵室內(nèi)部情況。 通道內(nèi)保持常溫，開啟發(fā)酵液

24、的管道和閥門都接通到通道里。(四)后發(fā)酵罐的計(jì)算 貯酒罐的容量應(yīng)和啤酒過濾能力配合起來，即一天的過濾量要相當(dāng)一個(gè)罐或幾個(gè)罐的貯酒量。 如果濾酒時(shí)貯酒罐的背壓用CO2，情況會好得多。 一般小型啤酒廠，采用單個(gè)貯酒罐滿足每日裝酒產(chǎn)量，而大中型啤酒廠則要數(shù)個(gè)貯灑罐才能滿足要求。 （二）新型啤酒發(fā)酵設(shè)備 1. 圓筒體錐底發(fā)酵耀 圓簡體錐底立式發(fā)酵罐(簡稱錐形罐)，已廣泛用于上面或下面發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。 錐形耀可單獨(dú)用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進(jìn)行(一罐法)。 這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：在于能縮短發(fā)酵時(shí)間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，故能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。設(shè)備特點(diǎn) 這種設(shè)備一般置于室外。

25、已滅菌的新鮮麥汁與酵母由底部進(jìn)入罐內(nèi)； 發(fā)酵最旺盛時(shí)，使用全部冷卻夾套，維持適宜的發(fā)酵溫度。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒； CO 2氣體由罐頂排出。 罐身和罐蓋上均裝有人孔，罐頂裝有壓力表、安全閥和玻璃視鏡。 在罐底裝有凈化的CO2充氣管。 罐身裝有取樣管和溫度計(jì)接管。 設(shè)備外部包扎良好的保溫層，以減少冷量損耗。 優(yōu)點(diǎn)： （1）是能耗低，采用的管徑小，生產(chǎn)費(fèi)用可以降低。 （2）最終沉積在錐底的酵母，可打開錐底閥門，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。 影響發(fā)酵設(shè)備造價(jià)的因素 發(fā)酵設(shè)備大小、形式、操作壓力及所需的冷卻工作負(fù)荷。 容器的形式主要指其單位容積所需的表面積

26、，以m2/100L表示，這是影響造價(jià)的主要因素。大型發(fā)酵罐的設(shè)計(jì) 罐的耐壓要求 熱交換 內(nèi)部清洗 罐的耐壓要求 考慮CO2的回收。就必須使罐內(nèi)的CO2維持一定的壓力，所以大罐就成為一個(gè)耐壓罐，就有必要設(shè)立安全閥。 罐的工作壓力根據(jù)其不同的發(fā)酵工藝而有所不同。若作為前酵和貯酒兩用，就應(yīng)以貯灑時(shí)CO2含量為依據(jù)，所需的耐壓程度要稍高于單用于前酵的罐。 根據(jù)英國設(shè)計(jì)法則Bs5500(1976)的規(guī)定：如大罐的工作壓力為x磅平方英寸，則設(shè)計(jì)時(shí)用的罐壓力是x(1十10)。 當(dāng)壓力達(dá)到罐的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，安全閥應(yīng)開始開啟。安全閥最大的工作壓力是設(shè)計(jì)壓力加10罐內(nèi)真空 罐內(nèi)真空主要是系列的發(fā)酵罐在密閉條件下轉(zhuǎn)罐

27、或進(jìn)行內(nèi)部清洗時(shí)造成的。 大型發(fā)酵罐放料的速度很快造成一定的負(fù)壓。 罐內(nèi)留存一部分CO2氣體，在進(jìn)行清洗時(shí)，CO2有被除去的可能，所以也可能造成真空。 大型真空發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)防止真空的裝置。真空安全閥的作用是允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐 內(nèi)外壓力的平衡。 罐內(nèi)CO2的除去量可根據(jù)進(jìn)入的清洗液的堿含量算出，并進(jìn)一步計(jì)算出需要進(jìn)入罐內(nèi)的空氣量。罐內(nèi)的對流與熱交換 發(fā)酵罐中發(fā)酵液的對流主要依靠其中CO2的作用。在整個(gè)錐形罐的發(fā)酵液中形成一個(gè)CO2含量的梯度。 比重較小的發(fā)酵液具有上浮的提升力。而且在發(fā)酵時(shí)上升的二氧化碳?xì)馀輰χ車囊后w具有一種拖曳力 由于拖曳力和提升力結(jié)合后所造成的氣體攪拌作用，使罐的內(nèi)容

28、物得到循環(huán)，促進(jìn)了發(fā)酵液的混合相熱交換。 冷卻操作時(shí)啤酒溫度的變化也會引起罐的內(nèi)容物的對流循環(huán)。2.聯(lián)合罐 是一種具有較淺錐底的大直徑(高徑比為1：113)發(fā)酵罐 能在罐內(nèi)進(jìn)行機(jī)械攪拌，并具有冷卻裝置。 聯(lián)合罐在發(fā)酵生產(chǎn)上的用途與錐形罐相同，既可用于前、后發(fā)酵，也能用于多罐法及一罐法生產(chǎn)。因而它適合多方面的需要，故又稱該類型罐為通用罐。 結(jié)構(gòu)：主體是一圓柱體，是由7層1.2m寬的鋼板組成?？偟谋砻娣e是378m3 ，總體積765m3。 聯(lián)合罐是由帶人孔的薄殼垂直圓柱體、拱形頂及有足夠斜度以除去酵母的錐底所組成。 錐底的形式可與浸麥槽的錐底相似。 聯(lián)合罐的基礎(chǔ)是一鋼筋混凝土圓柱體，其外壁約3m高，

29、20cm厚。 基礎(chǔ)圓柱體壁上部的形狀是按照罐底的斜度來確定的。有30個(gè)鐵錨均勻地分埋入圓柱體壁中，并與罐焊接。圓柱體與罐底之間填入堅(jiān)固結(jié)實(shí)的水泥沙漿，在填充料與罐底之間留25.4cm厚的空心層以絕緣。 3. 朝日罐 前發(fā)酵和后發(fā)酵合一的室外大型發(fā)酵罐 朝日罐是用46mm的不繡鋼板制成的斜底圓柱型發(fā)酵罐。 其高度與直徑比為1:1-2:1 外部設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套包圍罐身與罐底。外面用泡沫塑料保溫 內(nèi)部設(shè)有帶轉(zhuǎn)軸的可動(dòng)排油管，用來排出酒液，并有保持酒液中CO 2含量均一的作用。朝日罐特點(diǎn)朝日罐與錐形罐具有相同的功能，但生產(chǎn)工藝不同。（1）利用離心機(jī)回收酵母（2）利用薄板換熱器控制發(fā)酵溫度（3）利

30、用循環(huán)泵把發(fā)酵液抽出又送回去。 優(yōu)點(diǎn)： 三種設(shè)備互相組合，解決了前、后發(fā)酵溫度控制和酵母濃度的控制問題，加速了酵母的成熟。 使用酵母離心機(jī)分離發(fā)酵液的酵母，可以解決酵母沉淀慢的缺點(diǎn) 利用凝聚性弱的酵母進(jìn)行發(fā)酵，增加酵母與發(fā)酵濃接觸時(shí)間，促進(jìn)發(fā)酵液中乙醛和雙乙酰的還原，減少其含量。啤酒循環(huán)的操作 啤酒循環(huán)的目的是為了回收酵母，降低酒溫，控制下酒醉母濃度和排除啤酒中的生味物質(zhì)。 （1）第一次循環(huán)是在主發(fā)酵完畢的第8天，發(fā)酵液由離心機(jī)分離酵母后經(jīng)薄板換熱器降溫返回發(fā)酵耀，循環(huán)時(shí)間為7h。 （2）待后酵到4h時(shí)進(jìn)行第二次循環(huán)，使酵母濃度進(jìn)一步降低，循環(huán)時(shí)間為4-12h。 如果要求縮短成熟期，可縮短循環(huán)

31、時(shí)間。當(dāng)?shù)诙窝h(huán)時(shí)酵母由于攪動(dòng)的關(guān)系，發(fā)酵液中酵母濃度可能回升，這有利于雙乙酰的還原和生味物質(zhì)的排除。 （3）若雙乙酰含量高，或生味物質(zhì)較顯著，可在第10天進(jìn)行第三次循環(huán)操作。 利用朝日罐進(jìn)行一罐法生產(chǎn)啤酒的優(yōu)點(diǎn)是： 可加速啤酒的成熟 后酵時(shí)罐的裝量可達(dá)96，提高了設(shè)備利用率 減少了排除酵母時(shí)發(fā)酵液的損失 缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大。 （三）CIP清洗系統(tǒng) 啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不適用，必須采用自動(dòng)化的噴洗裝置。 采用較多的是CIP清洗系統(tǒng)。 所謂CIP系統(tǒng)，是clean in place的簡稱，意即內(nèi)部清洗系統(tǒng)。 由于大罐建在室外，所以連接的管道

32、要長而且主管的管徑必然要大， 一般為150mm。 如果在大罐中加澄清劑，會在罐底形成沉渣層，故在罐的出料處設(shè)一沉渣阻擋器 同時(shí)為了能放盡罐底的存液，出料處應(yīng)是一雙重出口。 沉于罐底的沉渣固形物具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)該回收，所以在洗罐時(shí)要盡可能少用水沖出沉渣，以免稀釋。 啤酒進(jìn)出站是供嫩啤酒(麥汁)進(jìn)入管、啤酒輸出管及清洗液返回管之間的聯(lián)結(jié)，它位于 罐出口底下，可用U形管在啤酒進(jìn)出管與清洗液返回管之間進(jìn)行任意聯(lián)結(jié)。 通氣管的出口應(yīng)在低于罐出口的位置，由橡皮管與清洗液返回管線相聯(lián)結(jié)。 CIF循環(huán)單位設(shè)在酒庫內(nèi)，包括微型開關(guān)(控制清洗液的進(jìn)出)、控制盤、CIP供應(yīng)泵、污水泵、水箱。 控制盤通過儀表來

33、控制清洗液的溫度、水位及罐的充滿與放空等程序。 清洗液進(jìn)出閥和通氣管上的通氣閥的控制與CIP系統(tǒng)的控制裝置是有關(guān)系的，所以可在清洗操作開始前先將通氣閥開啟。 清洗液返回管線的位置是在通氣管末端之下，這樣可以在CIP清洗操作時(shí)保證通氣管也能得到有效的清洗。 通氣閥位置應(yīng)在罐內(nèi)的清洗液的液位之上，可防止清洗后由于罐的冷卻而造成真空，因?yàn)樗梢詿o阻地補(bǔ)入空氣。 通氣管下部還具有壓力調(diào)節(jié)閥。 CIP消洗工作程序是自動(dòng)控制進(jìn)行的，從控制盤上可以通過儀表記求下溫度、壓力及時(shí)間等參數(shù)。 清洗程序(1)預(yù)沖洗：在罐底的沉渣放了一半之后進(jìn)行，每預(yù)沖洗：在罐底的沉渣放了一半之后進(jìn)行，每次預(yù)沖洗的時(shí)間為次預(yù)沖洗的時(shí)

34、間為30秒，進(jìn)行秒，進(jìn)行10次，是通過回次，是通過回轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)行的，每次沖洗之后要有轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)行的，每次沖洗之后要有30秒的排秒的排泄時(shí)間，主要排去底部的沉渣。泄時(shí)間，主要排去底部的沉渣。(2)在箱底被沖干凈后，用足量的水充入在箱底被沖干凈后，用足量的水充入CIP的供的供應(yīng)及返回管線，改變系統(tǒng)進(jìn)行堿預(yù)洗，自動(dòng)地應(yīng)及返回管線，改變系統(tǒng)進(jìn)行堿預(yù)洗，自動(dòng)地將清洗劑加入供水中，使清洗劑成為一種氯化將清洗劑加入供水中，使清洗劑成為一種氯化了的堿性洗滌劑，其總堿度在了的堿性洗滌劑，其總堿度在3000一一3300ppm之間，用這種堿液循環(huán)之間，用這種堿液循環(huán)16分鐘。在此期間分鐘。在此期間CIP供應(yīng)泵吸引端注入

35、蒸汽，使清洗液溫度維持在供應(yīng)泵吸引端注入蒸汽，使清洗液溫度維持在32左右。左右。(3)中間沖洗：用中間沖洗：用CIP循環(huán)單位的水罐來的清水進(jìn)循環(huán)單位的水罐來的清水進(jìn)行行4分鐘沖洗。分鐘沖洗。(4)從氣動(dòng)器來的空氣流入罐頂?shù)墓潭▏婎^，然后從氣動(dòng)器來的空氣流入罐頂?shù)墓潭▏婎^，然后進(jìn)行三次清水的噴沖，每次進(jìn)行三次清水的噴沖，每次30秒，從罐頂沿罐秒，從罐頂沿罐的四周沖洗下來。的四周沖洗下來。(5)進(jìn)行堿噴沖：用總堿度為進(jìn)行堿噴沖：用總堿度為3500-4000ppm的氯的氯化了的堿液進(jìn)行噴沖，堿液的溫度為化了的堿液進(jìn)行噴沖，堿液的溫度為32左右，左右，噴沖循環(huán)噴沖循環(huán)15分鐘。分鐘。(6)用清水沖洗，

36、將殘留于罐表面及管線中的堿液用清水沖洗，將殘留于罐表面及管線中的堿液沖洗干凈。沖洗干凈。(7)最后用酸性水沖洗循環(huán)，以中和殘留的堿性，最后用酸性水沖洗循環(huán)，以中和殘留的堿性，放走洗水，使罐保持弱酸狀況。至此完成了全放走洗水，使罐保持弱酸狀況。至此完成了全部清洗過程。部清洗過程。 進(jìn)行大型增清洗工作的關(guān)鍵設(shè)備是噴嘴 (1)固定噴嘴，位于罐的上部; (2)回轉(zhuǎn)噴嘴，位于罐的下部。 啤酒的連續(xù)發(fā)酵罐種類 1兩個(gè)攪拌罐和一個(gè)酵母分離罐串聯(lián)起來，加入酒花的麥兩個(gè)攪拌罐和一個(gè)酵母分離罐串聯(lián)起來，加入酒花的麥芽汁流加入第一個(gè)攪拌罐，經(jīng)發(fā)酵后，成熟啤酒從分離芽汁流加入第一個(gè)攪拌罐，經(jīng)發(fā)酵后，成熟啤酒從分離罐中

37、流出。這種流程已達(dá)到日產(chǎn)罐中流出。這種流程已達(dá)到日產(chǎn)100m2的規(guī)模。的規(guī)模。2由數(shù)個(gè)高度由數(shù)個(gè)高度69m的塔式發(fā)酵罐串聯(lián)起來，附加一些酵的塔式發(fā)酵罐串聯(lián)起來，附加一些酵母分離和啤酒貯藏設(shè)備。母分離和啤酒貯藏設(shè)備。還有一個(gè)由主發(fā)酵塔和一個(gè)發(fā)酵塔組成，發(fā)酵周期還有一個(gè)由主發(fā)酵塔和一個(gè)發(fā)酵塔組成，發(fā)酵周期40、50小時(shí)，連續(xù)發(fā)酵兩個(gè)月，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于間歇法。小時(shí)，連續(xù)發(fā)酵兩個(gè)月，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于間歇法。三、丙酮丁醇發(fā)酵罐 生產(chǎn)丙酮、丁醇的發(fā)酵罐比酒精發(fā)酵罐高，罐身需承受高壓，罐壁較厚，用鋼板制成。頂蓋和底部采用球形封頭，罐內(nèi)表面平整光滑，無內(nèi)部件，采用表面噴淋冷卻。種子罐采用夾套冷卻。第三節(jié)

38、第三節(jié) 通風(fēng)發(fā)酵罐通風(fēng)發(fā)酵罐 一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐 機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。 它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。 發(fā)酵罐的基本條件發(fā)酵罐的基本條件 （1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，氧的利用率較高。氧的利用率較高。 （2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。 （3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。 （4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。 （5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，）

39、發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底，避免染菌。滅菌能徹底，避免染菌。 （6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防病量減少泄漏。）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防病量減少泄漏。二、發(fā)酵罐罐體的二、發(fā)酵罐罐體的尺寸比例尺寸比例 Di =1/3d H0 =2Di B =0.1D ha=0.25D S=3Di C= Di 發(fā)酵罐發(fā)酵罐三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 1、罐體罐體 2、攪拌器和擋板攪拌器和擋板 3、消泡器消泡器 4、聯(lián)軸器及軸承聯(lián)軸器及軸承 5、變速裝置變速裝置 6、空氣分布裝置空氣分布裝置 7、軸封軸封 8、冷卻裝置冷卻裝置 三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 罐體 ：由圓柱體及橢圓形或碟形封頭

40、焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，對于大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼板或復(fù)合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼板厚為2-3毫米。 為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力下操作、空消或?qū)嵪?，罐為一個(gè)受壓容器，通常滅菌的壓力為2.5公斤/厘米2（絕對壓力）。攪拌器攪拌器 攪拌器有平葉式、彎葉式、箭葉式三種 其作用是打碎氣泡，使氧溶解于醪液中，從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。 為了拆裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。通用發(fā)酵罐的攪拌槳類型通用發(fā)酵罐的攪拌槳類型 （1）通用發(fā)酵罐的攪拌槳最廣泛使用的是平葉渦輪攪拌槳，國內(nèi)采用的大多數(shù)是六平葉式，其各部分尺寸比例已規(guī)范化。 這種攪

41、拌槳具有很大的循環(huán)液體輸送量，功率消耗大。因此特別適用于絲狀菌發(fā)酵。 （2）船用螺旋攪拌器，它具有比渦輪槳更為強(qiáng)烈的軸向流動(dòng)，但是氧傳遞效率低。 （3）振動(dòng)混合器，盡管可以提供較高的氧傳遞效率，但剪切力較低。 （4）多棒攪拌槳，已用于粘稠的絲狀鏈霉菌發(fā)酵的發(fā)酵罐中。這種攪拌槳具有較好的剪切分散能力和較低的功率消耗，在整個(gè)發(fā)酵過程中功率變化相對渦輪槳要小的多。 （5）氣體導(dǎo)入式攪拌器，是由一個(gè)空心的攪拌槳組成，安裝在空心的攪拌軸上。攪拌槳上至少有一個(gè)暴露在液體中的開口。由于攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)，開口處的壓力隨之減少，使導(dǎo)入的氣體沿著攪拌軸向下流動(dòng)。它適應(yīng)于低粘度的發(fā)酵液。 消泡裝量 消泡方式有兩種：一是加

42、入化學(xué)消泡劑消除泡沫，但高濃度的化學(xué)消泡劑會對發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，故不能添加太多； 第二種方式，即機(jī)械消泡。機(jī)械消泡裝置主要有四種。 一是鋸齒式消泡槳它安裝于罐內(nèi)頂部、高出液面的位置，固定在攪拌軸上，隨攪拌軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷將泡沫打破。 二是半封閉式渦輪消泡器，它是由前者發(fā)展改進(jìn)而來，泡沫可直接被渦輪打碎或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎。 三是離心式消泡器，它們置于發(fā)酵罐的頂部，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫破碎，液體仍然返回罐內(nèi)。 第四種是刮板式消泡器，它安裝于發(fā)酵罐的排氣口處，泡沫從氣液進(jìn)口進(jìn)到高速旋轉(zhuǎn)的刮板中，刮板轉(zhuǎn)速為10001450 rpm，泡沫迅速被打碎，由于離心力作用，液體披甩向殼體壁上，返

43、回罐內(nèi)，氣體則由汽孔排出。擋擋 板板 擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動(dòng)，增加溶解氧。 通常擋板寬度?。?.1-0.12）D，裝設(shè)4-6塊即可滿足全擋板條件。 所謂“全擋板條件”是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求： D罐的直徑（mm） Z擋板數(shù) W擋板寬度（mm） 豎立的列管，排管，也可以起擋板作用，故一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板。 （但冷卻管為盤管時(shí)，則應(yīng)設(shè)擋板。）擋板的長度自液面起到罐底為止。 擋板與罐壁之間的距離為（1/51/9）W，避免形成死角，防止物料與菌體堆積。 聯(lián)軸器及軸承聯(lián)軸器及軸承 大

44、型發(fā)酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。 常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對正。 為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。 罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)采用液體潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。 軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4-0.7%，以適應(yīng)溫度差的變化。 罐內(nèi)軸承接觸處的軸頸極易磨損，尤其是底軸承處的磨損更為嚴(yán)重，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套，用緊固螺釘與軸固定，這樣僅磨損軸套而軸不會磨損，檢修時(shí)只要更換軸

45、套就可以了。變速裝置變速裝置 試驗(yàn)罐采用無級變速裝置，發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶伸展動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動(dòng)效率較高，但加工，安裝精度要求高。 采用變極電動(dòng)機(jī)作階段變速，即在需氧高峰時(shí)采用高轉(zhuǎn)速，而在不需較高溶解氧的階段適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，發(fā)酵產(chǎn)率并不降低，而動(dòng)力消耗則有所節(jié)約。 自動(dòng)化程度較高的發(fā)酵罐，采用可控硅變頻裝置，根據(jù)溶氧測定儀連續(xù)測定發(fā)酵液中溶解氧濃度的情況，并按照微生物生長需要的耗氧及發(fā)酵情況，隨時(shí)自動(dòng)變更轉(zhuǎn)速，這種裝置進(jìn)一步節(jié)約了動(dòng)力消耗，并可相應(yīng)提高發(fā)酵產(chǎn)率，但其裝置頗為復(fù)雜?？諝夥植佳b置空氣分布裝置 空氣分布裝置的作用是吹入無菌空氣，并使空

46、氣均勻分布。 分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等。常用的為單管式，管口對正罐底中央，裝于最低一擋攪拌器下面，管口與罐低的距離約40mm，并且空氣分散效果較好。 若距離過大，空氣分散效果較差。該距離可根據(jù)溶氧情況適當(dāng)調(diào)整，空氣由分布管噴出上升時(shí)，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。 通常通風(fēng)管的空氣流速取20米/秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補(bǔ)強(qiáng)?？裳娱L罐底壽命。 通風(fēng)量在0.020.5ml/sec時(shí)，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的1/3次方成正比。也就是說，噴口直徑越小，氣泡直徑也越小。因而氧的傳質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)

47、實(shí)際的通風(fēng)量均超過上述范圍，因此氣泡直徑僅與通風(fēng)量有關(guān)，而與噴口直徑無關(guān)。 軸軸 封封 軸封的作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。 填料函軸封是由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓待零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)到密封的效果。 安裝在旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間的部件，它的作用是阻止工作介質(zhì)（液體、氣體）沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出設(shè)備之處泄漏冷卻裝置冷卻裝置 5M3以下發(fā)酵罐一般采用夾套冷卻。大型發(fā)酵罐采用列管冷卻（四至八組）。帶夾套的發(fā)酵罐罐體壁厚要按外壓計(jì)算即3.5Kg/厘米2（絕對壓力） 夾套內(nèi)設(shè)置螺旋片導(dǎo)板，來增加換熱效果，同時(shí)對罐身起加強(qiáng)作用。冷卻列

48、管極易腐蝕或磨損穿孔，最好用不銹鋼制造。發(fā)酵罐裝料容積發(fā)酵罐裝料容積 發(fā)酵罐裝料容積：在一般情況下，裝料高度取罐圓柱部分高度,但須根據(jù)具體情況而定。采用有效的機(jī)械消渙裝置，可以提高罐的裝料量。攪拌器軸功率的計(jì)算攪拌器軸功率的計(jì)算 1、求攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù) 2、在不通氣條件下一只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率 3、在不通氣條件下兩只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率 4、求通氣條件下兩只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率 5、選用電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐 通用式發(fā)酵罐是最廣泛應(yīng)用的深層好氣培養(yǎng)設(shè)備 。 在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是制藥工業(yè)中，使用得最廣泛的就是通用式發(fā)酵罐。 這種發(fā)酵繞既具有機(jī)械攪拌

49、裝置，又具有壓縮空氣分布裝置。發(fā)酵罐的攪拌軸既可置于發(fā)酵罐的頂部，也可置于其底部，其高徑比為2:1-6:19 有關(guān)的重要因素是氧傳遞效率，功率輸入、混合質(zhì)量，攪拌槳形式和發(fā)酵罐的幾何比例等。 自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐 它與通用發(fā)酵罐的主要區(qū)別是：有一個(gè)特殊的攪拌器，攪拌器由轉(zhuǎn)子和定子組成；沒有通氣管。 具有轉(zhuǎn)子和定子的攪拌器的吸氣原理： 浸在發(fā)酵液中的轉(zhuǎn)子迅速旋轉(zhuǎn)，液體和空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣。這時(shí)，轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大。由于轉(zhuǎn)子的空膛與大氣相通，發(fā)酵罐外的空氣通過過濾器不斷地被吸入，隨即甩向葉輪外緣，再通過異向葉輪使氣液均勻分布甩出。轉(zhuǎn)子的攪拌，

50、又使氣液在葉輪周圍形成強(qiáng)烈的混合流，空氣泡被粉碎，氣液充分混合。 自吸式發(fā)酵罐的攪拌器自吸式發(fā)酵罐的攪拌器 回轉(zhuǎn)翼片式自吸攪拌器；噴射式自吸攪拌器；具有轉(zhuǎn)子和定子的自吸攪拌器。 氣泡塔式發(fā)酵罐氣泡塔式發(fā)酵罐 塔式發(fā)酵罐系一直立長圓筒，筒內(nèi)安裝孔板，有的還在罐內(nèi)安裝攪拌器，罐壁四周裝擋板。與分批的機(jī)械攪拌發(fā)酵罐類似，有的塔頂橫截面擴(kuò)大，供以降低流速，截留液體夾帶的懸浮物。發(fā)酵液和空氣可以并流，也可逆流。 罐的特點(diǎn)是：罐身高，高徑比為6；土霉素等生產(chǎn)用的設(shè)備，高徑比達(dá)到7。由于液位高，空氣利用率高，節(jié)省空氣約5，節(jié)省動(dòng)力約30，但底部存在沉淀現(xiàn)象；溫度高時(shí)降溫較難?，F(xiàn)代發(fā)酵罐的大型化給現(xiàn)代發(fā)酵罐的

51、大型化給STFSTF帶來帶來系列難以克服的困難系列難以克服的困難 要大于1000kW的機(jī)械攪拌； 大量的冷卻水和排除熱量； 能量的均勻分布； 溶解氧、碳源和其它營養(yǎng)與pH控制等. 帶升式發(fā)酵罐帶升式發(fā)酵罐 帶升式發(fā)酵罐也稱為氣流攪拌發(fā)酵罐，不用機(jī)械攪拌，借通風(fēng)起到攪拌作用并供給氧氣。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積小，無攪拌傳動(dòng)設(shè)備，料液充滿系數(shù)大，無須加消泡劑，維修、操作及清洗簡便，節(jié)省動(dòng)力，減少染菌等。 工作原理：外循環(huán)氣流攪拌罐是將空氣上升管裝在罐外，下端與罐底連通，管底裝空氣噴嘴，壓縮空氣以250300ms高速噴出，與上升管內(nèi)醪液接觸，由于氣液混合體密度小于罐內(nèi)醪液，所以在管內(nèi)上升，管上端與

52、罐身切線相連，液體由切線進(jìn)入在罐內(nèi)回旋下降，形成激烈循環(huán)。液提式發(fā)酵罐液提式發(fā)酵罐 液提發(fā)酵罐是液體借助于一個(gè)液體泵進(jìn)行輸送，同時(shí)氣體在液體的噴嘴處被吸入發(fā)酵罐 噴嘴是這類發(fā)酵罐的一個(gè)特殊部件，制造要求精密。氣提式發(fā)酵罐氣提式發(fā)酵罐 空氣壓縮機(jī)是氣提式發(fā)酵罐的重要組成部分，它的效率決定于它的形式。 壓縮氣體通過空氣分布器進(jìn)入液體后，最初形成的氣泡是由液體劇烈翻動(dòng)來分散的，所以氣泡的分散程度決定于功率消耗速率。 圖中A、B、C和D是用于發(fā)酵罐底部的噴嘴；E和F是裝在發(fā)酵罐上部的噴嘴。這些噴嘴分別具有不同的特點(diǎn)和功能： A是氣液兩相自噴射噴嘴； B是兩相噴嘴，中心噴嘴是液相，氣體從周圍吸入； C也

53、是兩相噴嘴，中心噴嘴是液相，氣體從旁邊的管道吸入； D是放射流噴嘴，用于氣體分散和氣泡分配； E是垂直流噴嘴； F是泵噴射型噴嘴，可采用不同的噴射長度。 (一)噴嘴塔式（bcde） 這是由一個(gè)兩相噴嘴和鼓泡柱組成的發(fā)醉罐，它的通氣效率比多孔管式或多孔板式好得多。 這種形式的反應(yīng)器常用于廢水處理，如在一個(gè)15000m的活性污泥池中，安裝56個(gè)噴嘴，每天可轉(zhuǎn)化30000kg的氧。 (二)噴嘴塔循環(huán)式(b) 它以兩相噴嘴作為通氣裝置，具有高的液體循環(huán)速度。 (三)噴璃循環(huán)式 它利用噴嘴的噴射力，吸入氣體，使氣體在罐體內(nèi)部循環(huán)，達(dá)到較好的傳氧效果。 的傳氧效果。 (四)噴射通道式 在這種反應(yīng)器里，液體

54、在細(xì)長形的噴嘴里被加速，使循環(huán)液體的位能更有效地轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。噴嘴最窄處液體的速度最大，而靜壓最低，空氣通過小孔或狹窄處被吸入和分散，在噴嘴處形成的氣泡被向下流動(dòng)的液體帶到罐的底部。在窄管的終端，氣體向上運(yùn)動(dòng)并離開液體排出。 （五）滴流床式 液體在罐頂部被分散，然后向下滴流通過已被固定化的微生物細(xì)胞?？諝馐窃诠薜讓?dǎo)入并與液體逆向流動(dòng)。它在好氧廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用。 (六)多級塔循環(huán)式 這種罐以多孔盤管或篩孔發(fā)作為一級分離器。液休平面由溢流管控制。 (七)管道循環(huán)式 空氣以3-4m/s的速度導(dǎo)入液體流中，然后通過個(gè)多孔過濾器在 旋風(fēng)分離器中分離，最后排出系統(tǒng)。這種液流以單向通過泵和流量計(jì)。采用

55、這種可以有很高的細(xì)胞濃度可達(dá)t 659(干重細(xì)胞)L和高的氧傳遞速率。然而功率輸入也是相當(dāng)高的。 (八)液體流化床式 近年來，沉化床生化反應(yīng)器的研究報(bào)道很多，它主要應(yīng)用在3個(gè)方面 酶固定在固體基質(zhì)上； 完整細(xì)胞固定在固體基質(zhì)上進(jìn)行純培養(yǎng)； 生化流化床廣泛應(yīng)用于廢水處理過程。氣提式發(fā)酵罐 (一)單級塔式 在塔底裝有多孔管或多孔板或多孔環(huán)作為通氣裝置?？諝獗环稚⒊尚馀莺?，由于其本身的浮力在液體中上升，液體流向上運(yùn)動(dòng)，即維持一個(gè)逆向流動(dòng)的氣液流。 單級塔可用于面包酵母、啤酒、醋的生產(chǎn)，真菌培養(yǎng)，白喉毒素生產(chǎn)和廢水處理等。當(dāng)用于培養(yǎng)凝聚細(xì)胞時(shí)，可以得到高的細(xì)胞濃度和代謝產(chǎn)物。(二)單級氣提循環(huán)塔式 通氣運(yùn)行時(shí)，氣泡攜帶著液體向上運(yùn)動(dòng)，有一部分液體沿罐壁向下運(yùn)動(dòng)，這種逆向液流可通過將反應(yīng)器分成向上和向下流動(dòng)兩部分來控制的。 1內(nèi)循環(huán)式：它還可用于植物細(xì)胞培養(yǎng)和廢水處理。2 外循環(huán)式：它的氧傳遞系數(shù)比相應(yīng)的鼓泡柱低。工業(yè)上它巳用于年產(chǎn)1000噸規(guī)模的單細(xì)胞蛋白(SCP)的生產(chǎn)。3分割式：這種反應(yīng)器內(nèi)，裝著幾塊垂直的板，形成使液體上升和下降的兩個(gè)區(qū)域，液體在氣體的帶動(dòng)下形成液體流動(dòng)。 4 循環(huán)通道式：氣