1通風發(fā)酵設備

10發(fā)酵設備FermentationEquipment什么是發(fā)酵設備？包括那些設備？在發(fā)酵過程中具有什么用途和意義？種子制備設備主發(fā)酵設備過程掌握設備關心設備〔無菌空氣和培育基制備〕發(fā)酵液預處理設備產(chǎn)品提取與精巧設備廢物回收處理設備大影響。生物反響器設計的目標和原則生物反響器應具備的條件更快更好地生長，并得到更多需要的生物量或代謝產(chǎn)物。嚴密的構造良好的液體混合性能高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測和掌握儀表器受到的外壓略大于內(nèi)壓時，要防止液體和空氣從反響器外流入器內(nèi)。推斷標準效率。生物反響器設計的重要方面能是設計的一個重要因素。改善生物催化劑；好的過程掌握；好的無菌條件；抑制速度限制因素〔物質(zhì)、熱量、質(zhì)量傳遞〕等。設計原則在培育系統(tǒng)的已滅菌局部與未滅菌局部之間不能直接連通；污染；的固體物質(zhì)的場所；易于修理；反響器可保持小的正壓。生物反響器開發(fā)的趨勢和將來方向開發(fā)活性高、選擇性好及壽命長的生物催化劑細胞的固定化技術改進生物反響器的傳質(zhì)、傳熱的方法動化檢測和掌握系統(tǒng)掌握使反響器在最正確條件下操作成為可能植物細胞培育的工業(yè)反響器，固體發(fā)酵反響器、邊發(fā)酵邊分別反響器等的開發(fā)研制已獲得廣泛重視降低設備投資方面，對連續(xù)過程更加重視。連續(xù)生物反響器的主要問題是產(chǎn)物濃度低。隨著生物催化劑比活力的提高，這個問題將得到彌補。為了抑制發(fā)酵生物反響器的分類按所用的生物催化劑的不同分：酶催化反響器和細胞生物反響器式生物反響器按反響器構造特征分：釜式、管式、塔式、膜式等按能量的輸入方式分：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)式的通風式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。利用泵對液體的噴射作用而使液體循環(huán)的生物反響器等按生物催化劑在反響器中的分布方式分：生物團塊反響器、生物膜反響器生物膜反響器〔MBR反響器。這是一類僅適合于生化反響的反響器。等多種型式的生物反響器填充床型反響器(PBR)：把催化劑填充在固定床〔填充床〕中的反響器叫做固定床型反響器。這是使用最廣泛的固定化酶反響器，單位體積催化劑負荷量高、構造簡潔、簡潔放大、剪切力小、催化效率高。流化床型反響器(FBR)：裝有較小顆粒的垂直塔式反響器。底物以肯定流物、壓降較小等優(yōu)點，也很適于需排氣供氣的反響。按反響物系在反響器內(nèi)的流淌和混合狀態(tài)分：全混流型生物反響器、活塞流型生物反響器〔通氣發(fā)酵罐〕和厭氧微生物反響器〔嫌氣發(fā)酵罐。微生物反響器依據(jù)反響是否需要氧氣為基準，微生物反響器可分為需氧微生物反響器〔通氣發(fā)酵罐〕和厭氧微生物反響器〔嫌氣發(fā)酵罐。厭氧微生物反響器，除了必需具pH掌握便利，那么，這種反響器的設計和操作還是比較簡潔的。對于設計需氧微生物反響器，除了考慮應付雜菌污染和溫度、pH簡潔掌握外，還要求盡量降低動力費用和提高溶解氧KLa。通常，可先設計出試驗室規(guī)模的各種型式的反響器，但真能應用到工業(yè)上的懸浮在培育基中的，統(tǒng)稱為深層發(fā)酵罐的形式。第一章通風發(fā)酵設備中，微生物在適當?shù)沫h(huán)境中進展生長、陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。通氣攪拌罐是最常用的需氧微生物反響器。反響器主體用不銹鋼制造，攪拌而工業(yè)規(guī)模反響器則裝配兩擋以上的攪拌器。安裝攪拌軸的軸承必需無菌密封。4～6塊擋板。無菌空氣從分布器或噴咀吹進；罐溫用夾套或蛇管調(diào)整。操作時，為要使氣體和氣泡能停留在反響器的液面上部空間，液體裝量只能裝到70～80％。培育液簡潔產(chǎn)生泡沫，須用機械方法破泡或加消泡劑消泡。如培育液直接在罐內(nèi)用蒸汽滅菌，則蛇管需有相應的傳熱面積，以協(xié)作滅菌后冷卻需要。反響過程中所產(chǎn)生的熱量來自微生物反響熱和抑制攪拌粘性應力所消耗的能量。對間歇操作，則以前者為主，可以微生物反響熱的最大值作為設計基準。通氣攪拌罐有以下優(yōu)點：⑴pH和溫度簡潔掌握⑵尺寸放大的方法大致已確定⑶適用于連續(xù)通氣攪拌培育等。反之，也有以下缺點：⑴攪拌功率消耗大絲易被切斷，細胞易受損傷。常用通風發(fā)酵罐有以下幾種類型：機械攪拌發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐文氏管發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類型。它是利用機械攪拌器的作用，酵所需要的氧氣。使發(fā)酵液中保持的空氣數(shù)量增加，實際上是增加了傳質(zhì)量。②通過攪拌，大氣泡被攪拌器打碎，增加比外表積。③攪拌速度越快，攪拌雷諾準數(shù)增加，增加了傳氧速率。ReND2。發(fā)酵罐的根本條件一共性能優(yōu)良的機械攪拌通風發(fā)酵罐必需滿足以下根本要求：越高，氧的利用率較高。力〔氣壓和液壓〕和溫度，所以罐體各局部要能承受肯定的壓力。③發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必需的溶解氧。熱量必需通過冷卻來調(diào)整不同發(fā)酵階段所需的溫度。⑤發(fā)酵罐應盡量削減死角，避開藏垢積污，滅菌能徹底。⑥攪拌器軸封應嚴密，盡量削減泄漏。發(fā)酵罐罐體的尺寸比例1.7～4倍左右，型的高位罐高：徑=10以上，其優(yōu)點使大大提高了空氣的利用率，但壓縮空氣的壓力需要較高，料液不易混合均勻。s約為攪拌器直徑的三倍。大型發(fā)酵罐，可安裝三組以上的攪拌器。最下面一組攪拌器與風管出口較近為好，與罐c一般等于攪拌器直徑D i

0.8D i

。H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)=1.5~2.5或(s/d)=1~2發(fā)酵罐的構造及部件等。罐體發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐罐頂和的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝沒有快開入孔及清洗用的快開手孔。罐頂還裝有視鏡及燈鏡。在發(fā)酵罐的罐頂上的接收有：進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管。1-2攪拌通風發(fā)酵罐的構造示意圖攪拌器攪拌器有軸向式〔槳葉式、螺旋槳式〕和徑向式〔渦輪式〕兩種。軸向式攪拌器：槳葉式、螺旋槳式徑向式〔渦輪式〕攪拌器〔Discturbine：平直葉、彎葉、箭葉，國外多用箭葉式，KLa較小，混合較好，適合于菌絲體發(fā)酵液，由于剪切力小，彎葉式介于二者之間。1-3徑向式〔渦輪式〕攪拌器的構造示意圖擋板轉變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體猛烈翻動，(0.1~0.2)D6~4塊即可滿足全擋板條件。指在肯定轉數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要到達全擋板條件必需滿足下式要求：與罐壁之間的距離為(1/5-1/8)W，避開形成死角，防止物料與菌體積存。消泡器10~200.65倍。聯(lián)軸器軸連接，軸的連接應垂直，中心線對正。軸承為了削減震驚，中型發(fā)酵罐—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能適當調(diào)整。罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應承受液體潤滑的塑料軸瓦()，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4~0.7％。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套。變速裝置圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動較為簡便。軸封常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。旋轉軸到達密封的效果。填料室的寬度可依據(jù)軸封的直徑打算，其寬度為：S〕

d－轉軸直m〕H4S～6S〔mm〕滲漏及染菌；軸的磨損狀況較嚴峻；填料壓緊后摩擦功率消耗大；壽命短，常常修理，耗工時多。1-4填料函式軸封的構造示意圖稱機械軸封。密封作用是靠彈性元件〔彈簧、波浪管等〕的密封。1-5端面式軸封的構造示意圖面式軸封的優(yōu)點：清潔；密封牢靠；無死角，可以防止雜菌污染；使用壽命長；摩擦功率耗損??；軸或軸套不受磨損；小。∴在工廠得到廣泛應用。端面式軸封的缺點：構造比填料函密封簡單，裝拆不便；對動環(huán)及靜環(huán)的外表光滑度及平直度要求高，否則易泄漏。發(fā)酵罐的換熱裝置①夾套式換熱裝置這種裝置多應用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐；夾套的高度比靜止液面高度缺點是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時降溫效果差，②豎式蛇管換熱裝置這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，根53以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。這種裝置的優(yōu)點是：冷卻水在管內(nèi)的流速大；傳熱系數(shù)高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。但是氣溫高的地區(qū)，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵40￠aC，影響發(fā)酵產(chǎn)率，因此應承受冷凍鹽水或③豎式列管(排管)換熱裝置這種裝置是以列管形式分組對稱裝于發(fā)酵罐內(nèi)。其優(yōu)點是：加工便利，適用于氣溫較高，水源充分的地區(qū)。這種裝置的缺點是：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。空氣分布裝置空氣分布裝置的作用是吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式40mm，這樣的空氣分散效果較好。距離過大，分散效果較差，這可依據(jù)溶氧狀況適當調(diào)整?？諝庥煞植脊車姵錾仙龝r，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增0.8直徑為φ5～8mm，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風管的截面積。這種空氣分布裝置的空氣分散效果不如單管式。同時由于噴孔簡潔堵塞，現(xiàn)已很少承受。通常風管內(nèi)空氣流速取20msec。通風量在0.02~0.5mlsec時，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的13次方成正比，分布裝置的分布效果并不低于環(huán)形管。伍式發(fā)酵罐1，構造伍式發(fā)酵罐的主要部件是套筒、攪拌器。1-9伍式發(fā)酵罐的構造示意圖2，通氣原理簡單，清洗套筒較困難，消耗功率較高。自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵1450/0.07vvm分別細小，均勻地接觸，吸入的空氣中70～80％的氧被利用，使酒精轉化為醋酸的轉化率達96～97％，每噸醋酸發(fā)酵液耗電量約為1KW h。C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成績。1，自吸式發(fā)酵罐的構造〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕5〕消泡器。1-7自吸式發(fā)酵罐的構造示意圖2，自吸式發(fā)酵罐的工作原理由箱底向上升入的主軸帶動，當轉子轉動時空氣則由導氣管吸入。轉子的形式葉輪、六葉輪、三葉輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。在轉子啟動前，先用液體將轉子浸沒，然后啟動馬達使轉子轉動，由于轉子高速旋轉，液體或空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，在這個過程中，流流體離開轉子時，由動能轉變?yōu)閴毫δ芤灿螅懦龅娘L量也越大。圖當轉子空膛內(nèi)的流體從中心被甩向外緣時，在轉子中心處形成負壓，轉子轉速愈大，所造成的負壓也愈大，由于轉子的空膛用管子與大氣相通，因此大氣的空氣不斷地被吸入，甩向葉輪的外緣，通過導向葉輪而使氣液均勻分布甩出。由于轉子的攪拌作用，氣液在葉輪四周形成猛烈的混合流〔湍流，使剛離開葉輪的空氣馬上在循因此自吸式充氣裝置在攪拌的同時完成了充氣作用。1-8自吸式發(fā)酵罐的導輪的構造示意圖及充氣原理3，自吸式發(fā)酵罐的類型依據(jù)通氣的型式不同，自吸式發(fā)酵罐可分為三個類型：回轉翼片式自吸式發(fā)酵罐；具有轉子及定子的自吸式發(fā)酵罐；噴射式自吸式發(fā)酵罐。4，自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點：總過濾器等設備，削減廠房占地面積。30％左右，例如應用自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)酵母，30~50克。設備便于自動化、連續(xù)化，降低勞動強度，削減勞動力。酵母發(fā)酵周期短，發(fā)酵液中酵母濃度高，分別酵母后的廢液量少。設備構造簡潔，溶氧效果高，操作便利。缺點：由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)簡潔造成染菌。文氏管發(fā)酵罐其原理是用泵將發(fā)酵液壓入文氏管中，由于文氏管的收縮段中液體的流速增加，形成真空將空氣吸入，并使氣泡分散與液體混合，增加發(fā)酵液中的溶解氧。這種設備的優(yōu)點是：吸氧的效率高，氣、液、固三相均勻混合，設備簡潔，無須空氣壓縮機及攪拌器，動力消耗省。據(jù)試驗證明：收縮段中液體的雷諾準數(shù)在Re6104以上時，氣體的吸取率最之比降低，對于耗氧量較大的微生物發(fā)酵不適宜。此設備已適用于宇宙飛船的密封艙中，利用藻類的光合作用將氣體中的CO2復原成氧。假設氮氣中含有4％CO2，利用文氏管裝置只要一個循環(huán)就可使其中的CO22％。此外，在污水處理和石油發(fā)酵中也正在爭論使用。1-10文氏管發(fā)酵罐的構造示意圖氣升式發(fā)酵罐機械攪拌發(fā)酵罐其通風原理是罐內(nèi)通風，靠機械攪拌作用使氣泡分割細碎，與培育基充分混合，親熱接觸，以提高氧的吸取系數(shù)；設備構造比較簡單，動力其特點是：構造簡潔，冷卻面積??；50％，節(jié)約鋼材；操作無噪音；料液可布滿達80～90％，而不需加消泡劑；修理、操作及清洗簡便，削減雜菌感染。缺點：不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對于粘度大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。氣升式發(fā)酵罐