【發(fā)酵工程_第九章_發(fā)酵罐放大與設(shè)計(jì)

1、大型發(fā)酵罐大型發(fā)酵罐 氣氣升式發(fā)酵罐升式發(fā)酵罐 循環(huán)式循環(huán)式固固定化發(fā)酵罐定化發(fā)酵罐 nH/D=1.73 H筒身高度筒身高度 nHL/D=22.5 HL按照裝料按照裝料VL=70%V總計(jì)算計(jì)算 nd/D=1/31/2 d攪拌器直徑攪拌器直徑 nW/D=1/121/8（取取0.1 ，并留并留12cm間隙，以間隙，以防死角防死角） W檔板寬度檔板寬度nB/D=0.81.0 B下攪拌器距底間距下攪拌器距底間距 n1.5 s/d 2 s攪拌器間距攪拌器間距 SGLaW)VP(kK 3468片片n為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有，而大型發(fā)酵罐裝有，而大型發(fā)酵罐

2、裝有，底軸承和，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。n罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)采用液體潤(rùn)滑的罐內(nèi)軸承不能加潤(rùn)滑油，應(yīng)采用液體潤(rùn)滑的(如聚四氟乙烯等如聚四氟乙烯等)。之間的間隙常取軸徑的之間的間隙常取軸徑的0.40.7。為。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套。增加一個(gè)軸套。n試驗(yàn)罐采用試驗(yàn)罐采用。n發(fā)酵罐常用的變速裝置有發(fā)酵罐常用的變速裝置有、。n其中以三角皮帶變速傳動(dòng)其中以三角皮帶變速傳動(dòng)較為簡(jiǎn)便。較為簡(jiǎn)便。 內(nèi)部?jī)?nèi)部外部外部 適于不易染菌的發(fā)酵工藝適于不易染菌的發(fā)酵工藝 n發(fā)酵罐能否適合于生產(chǎn)工藝

3、的放大要求發(fā)酵罐能否適合于生產(chǎn)工藝的放大要求n發(fā)酵罐能否獲得最大的生產(chǎn)效率發(fā)酵罐能否獲得最大的生產(chǎn)效率 發(fā)酵罐的操作因素發(fā)酵罐的操作因素( (傳遞性能傳遞性能) )n隨規(guī)模擴(kuò)大，隨規(guī)模擴(kuò)大， ，KLa ，同等條件下傳氧效率，同等條件下傳氧效率 n產(chǎn)熱產(chǎn)熱Q Q1 1 V V罐體積罐體積 n傳熱傳熱Q Q2 2 除了篩選耐高溫菌株外，改善發(fā)酵罐的傳熱性能十分關(guān)除了篩選耐高溫菌株外，改善發(fā)酵罐的傳熱性能十分關(guān) 鍵鍵。 罐表面積AV， R1VA n發(fā)酵罐能在無(wú)雜菌污染條件下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌器發(fā)酵罐能在無(wú)雜菌污染條件下長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。攪拌器軸封嚴(yán)密，減少泄漏；結(jié)構(gòu)緊湊，附件少；無(wú)死軸封嚴(yán)密，減少泄漏；結(jié)構(gòu)緊湊

4、，附件少；無(wú)死角，內(nèi)壁光滑；管道等盡可能焊接，少用法蘭；角，內(nèi)壁光滑；管道等盡可能焊接，少用法蘭；可維持一定正壓；取樣口易于滅菌，各部分能單可維持一定正壓；取樣口易于滅菌，各部分能單獨(dú)滅菌。獨(dú)滅菌。n傳質(zhì)效果好（傳氧性能好，傳質(zhì)效果好（傳氧性能好，KLa大）大） 。 n有足夠的冷卻面積（傳熱性能好，冷卻能力強(qiáng)）。有足夠的冷卻面積（傳熱性能好，冷卻能力強(qiáng)）。n功耗低（傳遞效率高，節(jié)能）。功耗低（傳遞效率高，節(jié)能）。n采用不銹鋼，耐腐蝕及可以高溫滅菌。采用不銹鋼，耐腐蝕及可以高溫滅菌。 1. 放大的目的和任務(wù)放大的目的和任務(wù)2. 放大準(zhǔn)則放大準(zhǔn)則3. 放大方法放大方法實(shí)現(xiàn)生物技術(shù)成果走向產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)

5、生物技術(shù)成果走向產(chǎn)業(yè)化 生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)的三個(gè)階段：的三個(gè)階段： 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模：菌種選育及發(fā)酵條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室規(guī)模：菌種選育及發(fā)酵條件優(yōu)化 中試規(guī)模：確定放大規(guī)律及最佳操作條件中試規(guī)模：確定放大規(guī)律及最佳操作條件 工廠規(guī)模：通過(guò)產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益工廠規(guī)模：通過(guò)產(chǎn)業(yè)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益力求保持所有規(guī)模的發(fā)酵過(guò)程中有最佳的力求保持所有規(guī)模的發(fā)酵過(guò)程中有最佳的外部條件，確保外部條件，確?！鞍l(fā)酵單位相似發(fā)酵單位相似”。通常根據(jù)實(shí)際發(fā)酵中主要影響因素來(lái)確通常根據(jù)實(shí)際發(fā)酵中主要影響因素來(lái)確定，如：定，如：KLa、 P/V、nd等等。等等。經(jīng)驗(yàn)放大法經(jīng)驗(yàn)放大法幾何相似法幾何相似法非幾何相似法非

6、幾何相似法量綱（因次）分析法量綱（因次）分析法時(shí)間常數(shù)法時(shí)間常數(shù)法數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法在發(fā)酵罐的放大中，主要解決放大后生產(chǎn)罐的空氣流量、在發(fā)酵罐的放大中，主要解決放大后生產(chǎn)罐的空氣流量、攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率消耗等三個(gè)問(wèn)題，即操作參數(shù)的放攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌功率消耗等三個(gè)問(wèn)題，即操作參數(shù)的放大設(shè)計(jì)。常用的放大方法有：大設(shè)計(jì)。常用的放大方法有：幾何尺寸放大幾何尺寸放大空氣流量放大空氣流量放大v VVM相等相等v Ws相等相等v KLa相等相等攪拌功率及攪拌轉(zhuǎn)速的放大攪拌功率及攪拌轉(zhuǎn)速的放大n放大倍數(shù)放大倍數(shù)m指罐的體積增加倍數(shù)，即指罐的體積增加倍數(shù)，即 幾何相似，幾何相似，則則 12VVm 2211DHD

7、HmDDDDDDHDHDVV31212122212122212)(444431212mDDHHPDVVMPDVVVMWS)()(22211212)()(PPDDWWSS1)()(122222111212LLSSVVDPDPVVMVVMWW21122121221212DDPPVVDDPPVVMVVMLL3/2LLgLaHVQK1)()()()()()(3211322212LLgLLgLaLaHVQHVQKK32232112)()()()(LLLgLgHHVQVQ2DWQSg3DV DHL 311212)(DDWWSS又PDVVMPDVVVMWLS)()(23221121221122112212)

8、()()(1DDPPWWDDPPDPWDPWVVMVVMSSSS 1. 與普通微生物發(fā)酵罐最大的區(qū)別：與普通微生物發(fā)酵罐最大的區(qū)別：帶有嚴(yán)格防止重組菌帶有嚴(yán)格防止重組菌的部件的部件2. 重組菌泄漏途徑：重組菌泄漏途徑： 排出的氣體應(yīng)要經(jīng)過(guò)加熱滅菌或用微孔過(guò)濾排出的氣體應(yīng)要經(jīng)過(guò)加熱滅菌或用微孔過(guò)濾器除菌后才能排放到空氣中。器除菌后才能排放到空氣中。90L以下的發(fā)酵罐可采用磁力攪拌；對(duì)于體積以下的發(fā)酵罐可采用磁力攪拌；對(duì)于體積較大的發(fā)酵罐應(yīng)采用雙端面密封較大的發(fā)酵罐應(yīng)采用雙端面密封,且用作潤(rùn)滑劑且用作潤(rùn)滑劑的無(wú)菌水的壓力應(yīng)高于生物反應(yīng)器內(nèi)的壓力。的無(wú)菌水的壓力應(yīng)高于生物反應(yīng)器內(nèi)的壓力。采用特殊的取樣系統(tǒng)；滅菌處理采用特殊的取樣系統(tǒng)；滅菌處理n了解發(fā)酵罐的類型，掌握通用式發(fā)酵罐的了解發(fā)酵罐的類型，掌握通用式