1、发发 酵酵 设设 备备 主要内容：第一节主要内容：第一节 概概 述述 第二节第二节 嫌气发酵设备嫌气发酵设备 第三节第三节 通风发酵设备通风发酵设备 第四节第四节 发酵罐的比拟放大发酵罐的比拟放大学习要求：学习要求：了解发酵设备的类型，掌握了解发酵设备的类型，掌握 常用发酵设备的结构、设计常用发酵设备的结构、设计 和比拟放大的方法和比拟放大的方法 发酵车间主要设备为发酵车间主要设备为发酵罐发酵罐和和种子罐种子罐 种子罐：种子罐：以培养发酵所需的菌体量为目的以培养发酵所需的菌体量为目的 发酵罐：发酵罐：承担发酵产物的生成任务承担发酵产物的生成任务 作用：作用：具备微生物生命活动和代谢所要求的条具
2、备微生物生命活动和代谢所要求的条件，为微生物生长、代谢提供最件，为微生物生长、代谢提供最适宜环境适宜环境，并，并且便于操作和控制，保证工艺条件的实现且便于操作和控制，保证工艺条件的实现一、用用 途途第一节第一节 概概 述述 生物性：生物性：生物的生长代谢特性和要求，如：厌气、生物的生长代谢特性和要求，如：厌气、好气、光照、剪切力等好气、光照、剪切力等 阶段性：阶段性：微生物的生长、代谢过程各阶段对温度、微生物的生长、代谢过程各阶段对温度、溶氧、溶氧、pHpH等有不同的要求等有不同的要求 严密性：严密性：纯种发酵要求较高的无菌程度纯种发酵要求较高的无菌程度二、特二、特 性性v 工艺要求：工艺要求
3、：合适的温度，混合均匀合适的温度，混合均匀 防污染，耐腐蚀防污染，耐腐蚀三、要三、要 求求v经济要求：经济要求：设备费用设备费用（材料费、制造费）（材料费、制造费） 操作费用操作费用（能耗：热能、机械能）（能耗：热能、机械能） v操作要求：操作要求：结构简单，易检测与控制结构简单，易检测与控制 清洗维修方便清洗维修方便 19001900年以前年以前，容积小且只有简单的温控装置，容积小且只有简单的温控装置 1900190019401940年年，厌氧发酵罐容积增大到，厌氧发酵罐容积增大到100m100m3 3以上，以上，机械搅拌开始用在小型好氧发酵罐中机械搅拌开始用在小型好氧发酵罐中 194019
4、4019601960年年，机械搅拌、通气、无菌操作和纯，机械搅拌、通气、无菌操作和纯种培养等一系列技术逐渐完善，计算机开始用于种培养等一系列技术逐渐完善，计算机开始用于发酵过程的控制发酵过程的控制四、发四、发 展展 历历 史史v1960196019791979年年，机械搅拌通气发酵罐的容积增大，机械搅拌通气发酵罐的容积增大到到100m100m3 3以上，计算机在发酵工业上得到广泛应以上，计算机在发酵工业上得到广泛应用用v19791979年至今年至今，大型化、连续化、自控化，大型化、连续化、自控化1按微生物特性分类按微生物特性分类 好气发酵设备：好气发酵设备：发酵过程中需要不断通入含氧气发酵过程
5、中需要不断通入含氧气体，保证微生物发酵的需求。如：抗生素、酶制体，保证微生物发酵的需求。如：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸、维生素等为好气发酵产品剂、酵母、氨基酸、维生素等为好气发酵产品 厌气发酵设备：厌气发酵设备：发酵过程中不需要通入含氧气体。发酵过程中不需要通入含氧气体。如：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等为厌气发酵如：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等为厌气发酵产品产品 光照发酵设备光照发酵设备：微生物需要进行光合作用反应，微生物需要进行光合作用反应，要求发酵设备透光和具有光源要求发酵设备透光和具有光源五、类五、类 型型 池式：池式：发酵设备为池状发酵设备为池状 罐式：罐式：发酵设备为圆柱形且直径较
6、大发酵设备为圆柱形且直径较大 管式：管式：发酵过程是在管道中进行发酵过程是在管道中进行 塔式：塔式：发酵设备高度方向尺寸较大发酵设备高度方向尺寸较大 球式：球式：发酵设备为球状发酵设备为球状 2 按发酵设备外形分类按发酵设备外形分类 非循环式非循环式：发酵液只是局部混合，不够均匀：发酵液只是局部混合，不够均匀 循环式循环式：具有循环管，发酵液全部循环流动：具有循环管，发酵液全部循环流动u内循环式内循环式：循环管在发酵设备内部：循环管在发酵设备内部u外循环式外循环式：循环管在发酵设备外部：循环管在发酵设备外部4按发酵罐容积分类按发酵罐容积分类 500L500L以下的是以下的是实验室实验室发酵罐发
7、酵罐 5005005000L5000L是是中试中试发酵罐或生产用种子罐发酵罐或生产用种子罐 5000L5000L以上是以上是生产生产规模的发酵罐规模的发酵罐3按物料混合方式分类按物料混合方式分类发酵设备发酵设备固体培养基固体培养基发酵设备发酵设备厌气发酵设备厌气发酵设备（隔绝空气）（隔绝空气）好气发酵设备好气发酵设备（接触空气）（接触空气）自然通风自然通风发酵设备发酵设备浅盘、帘子浅盘、帘子人工通风人工通风发酵设备发酵设备池式、盘式池式、盘式转鼓式、搅拌式转鼓式、搅拌式液体培养基液体培养基发酵设备发酵设备嫌气发酵设备嫌气发酵设备（隔绝空气）（隔绝空气）酒精发酵设备酒精发酵设备啤酒发酵设备啤酒发
8、酵设备通风发酵设备通风发酵设备（接触空气）（接触空气）机械搅拌机械搅拌通风发酵罐通风发酵罐 5 综合分类综合分类通风发酵设备通风发酵设备（进气、混合）（进气、混合）机械搅拌通风机械搅拌通风发酵罐发酵罐气升式发酵罐气升式发酵罐（无搅拌装置）（无搅拌装置）非循环式非循环式气升发酵罐气升发酵罐鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐塔式发酵罐塔式发酵罐循环式循环式气升发酵罐气升发酵罐内循环式内循环式气升发酵罐气升发酵罐外循环式外循环式气升发酵罐气升发酵罐自吸式发酵罐自吸式发酵罐（无送气装置）（无送气装置）非循环式非循环式自吸发酵罐自吸发酵罐离心式离心式自吸发酵罐自吸发酵罐循环式循环式自吸发酵罐自吸发酵罐喷射式喷射式
9、自吸发酵罐自吸发酵罐其它类型其它类型通风发酵设备通风发酵设备第二节第二节 嫌气发酵设备嫌气发酵设备一、一、酒精发酵设备酒精发酵设备二、二、啤酒发酵设备啤酒发酵设备一、酒精发酵设备一、酒精发酵设备（一）工艺要求（一）工艺要求 封闭封闭厌氧厌氧 承受一定压力承受一定压力 具有冷却装置具有冷却装置 尽量减少罐内部件，没有死角，便于彻底清洗灭尽量减少罐内部件，没有死角，便于彻底清洗灭菌菌v满足工艺满足工艺要求要求v有利于有利于发酵热发酵热的的释放释放v有利于有利于发酵液的发酵液的排出排出v有利于有利于设备设备制造、制造、安装、清洗、维安装、清洗、维修修（二）结构（二）结构 筒体筒体形状为圆柱形，底盖和
10、形状为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形顶盖均为碟形或锥形 罐顶罐顶装有人孔、视镜及二氧装有人孔、视镜及二氧化碳排出管、进料管、接种化碳排出管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管、压力表和测量仪表接口 罐底罐底设有排料（排污）口设有排料（排污）口 罐身罐身上下部装有取样口和温上下部装有取样口和温度计接口，大型发酵罐，罐度计接口，大型发酵罐，罐身上也装有人孔身上也装有人孔1.罐体罐体 罐外壁冷却：罐外壁冷却：中小型发酵罐，中小型发酵罐，采用罐顶喷水淋于罐外壁表采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却面进行膜状冷却 罐内冷却：罐内冷却：大型发酵罐，采大型发酵罐，采用罐内装有冷却蛇管或罐内用罐内装有
11、冷却蛇管或罐内蛇管与罐外壁喷洒联合冷却蛇管与罐外壁喷洒联合冷却装置装置 罐外冷却器冷却：罐外冷却器冷却：采用罐外采用罐外冷却器强制循环冷却，冷却冷却器强制循环冷却，冷却效率高效率高 2.冷却装置冷却装置 人工清洗：人工清洗：u劳动强度大劳动强度大u清洗不彻底清洗不彻底uCOCO2 2气体浓度高，气体浓度高，入罐清洗易发生窒入罐清洗易发生窒息事故息事故 水力喷射洗涤：水力喷射洗涤：提提高了工作效率高了工作效率3.洗涤装置洗涤装置 一根两头装有喷嘴的一根两头装有喷嘴的喷水管喷水管，喷水，喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔管上均匀地钻有一定数量的小孔 喷水管借喷水管借活接头活接头和固定供水管相连和固定
12、供水管相连接接 借喷水管两头喷嘴喷出洗涤水而形借喷水管两头喷嘴喷出洗涤水而形成的反作用力，使喷水管成的反作用力，使喷水管自动旋转自动旋转 在旋转过程中，喷水管内的洗涤水在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀喷洒在罐顶和罐壁上由喷水孔均匀喷洒在罐顶和罐壁上洗涤罐壁洗涤罐壁 一根安装于罐中央的一根安装于罐中央的喷喷水管水管 在喷水管上按一定的间在喷水管上按一定的间距均匀地钻有距均匀地钻有446mm6mm的小孔的小孔 孔与水平呈孔与水平呈2020度角度角 洗 涤 水 压 为洗 涤 水 压 为 0 . 60 . 6 0.8MPa0.8MPa洗涤冷却管洗涤冷却管 1、发酵罐数、发酵罐数 124ntN
13、间歇发酵罐数：间歇发酵罐数：（三）计算（三）计算式中：式中：n 每每24小时内进行加料的发酵罐数小时内进行加料的发酵罐数01VVn V1 每每24小时内制备的糖化醪液量，小时内制备的糖化醪液量，m3 V0 单个发酵罐的有效容积，单个发酵罐的有效容积，m3 t 一个发酵周期所需时间，一个发酵周期所需时间，h 2、结构尺寸、结构尺寸式中：式中： V发酵罐的全容积，发酵罐的全容积，m3 V0进入发酵罐的发酵液量，进入发酵罐的发酵液量，m3 装料系数，一般取装料系数，一般取0.850.900VV 发酵罐全容积发酵罐全容积: :带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积全容积: :3
14、34212hhHDVD罐体、罐底、罐盖高度罐体、罐底、罐盖高度和罐径的和罐径的尺寸关系：尺寸关系：DhDhDH1 . 005. 014. 01 . 05 . 11 . 121（1 1）冷却面积）冷却面积 3、冷却装置、冷却装置mTKQA式中：式中： A A冷却面积，冷却面积，m m2 2 Q总的发酵热，总的发酵热，kJ/h K总传热系数，总传热系数，kJ/m2 .h . Tm对数平均温度差，对数平均温度差，传热基本方程式：传热基本方程式： 生物合成热生物合成热Q Q1 1：u维持微生物生命活动的维持微生物生命活动的呼吸热呼吸热u促进微生物增殖的促进微生物增殖的繁殖热繁殖热u微生物形成代谢产物的
15、微生物形成代谢产物的发酵热发酵热 各种微生物的生理特性和代谢途径不同，因此各种微生物的生理特性和代谢途径不同，因此微生物的生物合成热至今尚难准确计算微生物的生物合成热至今尚难准确计算总的发酵热总的发酵热Q:)(321QQQQ式中：式中： 发酵液的密度，发酵液的密度，kg/m3 S糖度降低百分值，糖度降低百分值，/hSVQ016 .418v对于酒精、啤酒等嫌气发酵的发酵热，按发酵对于酒精、啤酒等嫌气发酵的发酵热，按发酵最旺盛时期最旺盛时期单位时间糖度降低的百分值来计算单位时间糖度降低的百分值来计算v通常以消耗通常以消耗1kg1kg麦芽糖发酵放出的热量约为麦芽糖发酵放出的热量约为418.6kJ41
16、8.6kJ为计算基准为计算基准式中：式中： TW罐壁温度，罐壁温度， TB环境气温，环境气温， KD对流传热系数，对流传热系数，kJ/m2 .h . KF辐射传热系数，辐射传热系数，kJ/m2 .h .)(3BWTTKAQc表FDKKKcv蒸发热量蒸发热量Q Q2 2: :与糖液浓度、发酵程度有关，一般与糖液浓度、发酵程度有关，一般计算时可取计算时可取Q Q1 1的的5 56 6左右左右v散发热量散发热量Q Q3 3：包括对流和辐射传热包括对流和辐射传热21122121lnln)()(TTTTTTTTTTTTTTTFFFFFFm总传热系数总传热系数K：对数平均温度差对数平均温度差Tm：RK21
17、111（2 2）冷却水量冷却水量热平衡方程式：热平衡方程式： QAQB 式中：式中：QA酒精发酵总的发酵热，酒精发酵总的发酵热，kJ/h QB冷却水带走的热量，冷却水带走的热量，kJ/h式中：式中：W冷却水消耗量，冷却水消耗量，kg/h CP冷却水在平均温度冷却水在平均温度Tm时的比热，时的比热，kJ/kg. T1、T2 分别为冷却水进出口温度，分别为冷却水进出口温度，212TTTm12TTWCQQPBA)(12TTCQWPA（3 3）冷却管总长度）冷却管总长度24cpdWuu核算管内流速：核算管内流速：u冷却水流量较冷却水流量较大、流速超过大、流速超过经济流速时，经济流速时，采用并联蛇管采用
18、并联蛇管式中：式中：dcp 蛇管直径，蛇管直径，m，一般，一般5080mmCPALd式中：式中： dp 蛇管圈直径，蛇管圈直径，m 按等热阻设计（等距离），则按等热阻设计（等距离），则dp=0.5D 按等热量设计（等面积），则按等热量设计（等面积），则dp0.7D hp蛇管旋转一圈上升的高度，蛇管旋转一圈上升的高度，m hp(23)dCp 22PPldh（4 4）每圈蛇管长度）每圈蛇管长度(5)(5)蛇管总圈数蛇管总圈数PLNl(6)(6)蛇管总高度蛇管总高度(1)PPPHNh 要求：要求：H Hp p=H=HL L-(0.8-(0.81) 1) （m m） 或或H Hp p/H/HL L=
19、0.8= 0.80.90.9 若若H Hp pH HL L , ,则说明则说明h hp p太小，则可加大蛇管圈间距太小，则可加大蛇管圈间距h hp p 若若H Hp pHHL L , ,不可减少不可减少h hp p，可以扩大蛇管圈直径，可以扩大蛇管圈直径d dp p 若若H Hp pH HL L , ,则分为则分为d dp p不同的里外两圈蛇管不同的里外两圈蛇管 （d dp1p10.5D0.5D和和d dp2p20.8D0.8D ）（7 7）校核：比较蛇管高度）校核：比较蛇管高度H Hp p与液体高度与液体高度H HL L例例 题题 某酒精工厂，每发酵罐的进料量为某酒精工厂，每发酵罐的进料量为
20、24t/h。每。每4h装满一罐，发装满一罐，发酵周期为酵周期为72h，冷却水的初、终温分别为，冷却水的初、终温分别为20和和25，若罐内采，若罐内采用蛇管冷却，试确定发酵罐的结构尺寸、罐数、冷却水耗量、冷用蛇管冷却，试确定发酵罐的结构尺寸、罐数、冷却水耗量、冷却面积和冷却装置的主要结构尺寸。却面积和冷却装置的主要结构尺寸。(糖化醪密度为糖化醪密度为1076kg/m3)解：解： (1) 确定发酵罐个数确定发酵罐个数19124726124ntN6424n (2) 确定发酵罐体积及结构尺寸确定发酵罐体积及结构尺寸)m(1000.910761000424VV30 发酵罐体积发酵罐体积 发酵罐几何尺寸发
21、酵罐几何尺寸选取结构尺寸比例：选取结构尺寸比例：H = 1.2D，h1 h20.1Dh2Dh1H)32 . 02 . 1 (785. 0100)3131(4V2212DDDhhHD则则mDhhmDHmD47. 01 . 06 . 52 . 17 . 421 发酵罐表面积：发酵罐表面积：圆柱体表面积圆柱体表面积A1和罐底、罐顶表面积和罐底、罐顶表面积A2、 A322221232211847. 035. 235. 214. 3826 . 57 . 414. 3mhRRAAmDHA (3) 冷却面积和冷却装置主要结构尺寸冷却面积和冷却装置主要结构尺寸mTKQA 总的发酵热总的发酵热Q321QQQQ）
22、（BWCTTAKQQQmsqQ341251102%51046 .418%11000424)/(1068. 3102 . 1)3235(5 .331185 .331001007 . 1543444hkJQQTTTTcTTkkKBWBWBWC辐对 冷却水耗量冷却水耗量）（h/kg176002025186. 41068. 3)(512TTCQWp ）(2 . 725302030ln25302030ln)()(2121TTTTTTTTTFFFFm 对数平均温度差对数平均温度差Tm总传热系数总传热系数K值值)m/s(12. 11000)053. 0(785. 036002176002u42 . 08 .
23、 021045. 177. 11186. 4RDDuAK19321675011880035. 0270011450011 K 冷却面积冷却面积)m(5 .262 . 719321068. 325mTKQA 冷却装置主要结构尺寸冷却装置主要结构尺寸冷却管总长度冷却管总长度L)m(1492/ )06. 0053. 0(14. 35 .26CPdAL每圈蛇管长度每圈蛇管长度L)m(915. 0314. 32222PPhdl蛇管总圈数蛇管总圈数149179PLNl蛇管总高度蛇管总高度)m(4 . 2) 1(PPPhNH二、啤酒发酵设备二、啤酒发酵设备 （一）啤酒发酵（一）啤酒发酵容器的变迁容器的变迁1
24、. 材料的变化材料的变化v陶器、木材、陶器、木材、水泥、金属水泥、金属v密闭式发酵槽密闭式发酵槽u可回收二氧化碳可回收二氧化碳u减少前发酵室内通风减少前发酵室内通风换气的耗冷量换气的耗冷量u减少杂菌污染机会减少杂菌污染机会2.开放式向密闭式转变开放式向密闭式转变v小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、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都比较方便泡沫形态的观察和醪液浓度的测定都比较方便v在开放式长方形容器上面加弓形盖子改成密闭发在开放式长方形容器上面加弓形盖子改成密闭发酵槽酵槽3.密闭容器的发展密闭容器的发展 啤酒生产规模扩大，发酵容器啤酒生产规模扩大，
25、发酵容器大型化大型化，全部采用金属，全部采用金属制造的制造的发酵罐发酵罐 大型发酵罐装有独立的大型发酵罐装有独立的冷却装冷却装置和保温装置置和保温装置，采用，采用CIPCIP自动清自动清洗系统洗系统 (二二)啤酒前、后发酵设备啤酒前、后发酵设备1.前发酵设备前发酵设备 前发酵槽均置于发酵室内前发酵槽均置于发酵室内 类型类型: :长方形或正方形，大部分为开口式长方形或正方形，大部分为开口式 构造：构造：前发酵槽前发酵槽的底略有倾斜，的底略有倾斜，利于废水排出利于废水排出 离槽底离槽底101015cm15cm处，伸出有嫩啤处，伸出有嫩啤酒放出管酒放出管v材料：材料：前发酵槽常采用钢筋混凝土制成，也
26、有用前发酵槽常采用钢筋混凝土制成，也有用砖砌、外面抹水泥的发酵槽或钢板制造砖砌、外面抹水泥的发酵槽或钢板制造v槽内要涂布一层特殊涂料作为保护层。采用不饱槽内要涂布一层特殊涂料作为保护层。采用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其它特殊涂料和聚脂树脂、环氧树脂或其它特殊涂料 A 在在发酵室内发酵室内配置冷却排管，或采用空调装置配置冷却排管，或采用空调装置 发酵室：发酵室：四周四周墙壁和顶棚墙壁和顶棚均要采用较好的绝热结均要采用较好的绝热结构，绝热层厚度不应小于构，绝热层厚度不应小于5cm5cm 地面地面通道应用防滑瓷砖铺设，并有一定坡度，便通道应用防滑瓷砖铺设，并有一定坡度，便于废水排出于废水排出 发酵室
27、内发酵室内顶棚顶棚应建成倾斜或光滑弧面，以免冷凝应建成倾斜或光滑弧面，以免冷凝水滴入发酵槽内水滴入发酵槽内 从节省冷耗考虑，室内空间不宜太高，单位体积从节省冷耗考虑，室内空间不宜太高，单位体积发酵室内的发酵槽容量应尽可能大发酵室内的发酵槽容量应尽可能大 定期定期通风换气通风换气，排放，排放COCO2 2v冷却装置：冷却装置：为了维持发酵槽内醪液的低温，在为了维持发酵槽内醪液的低温，在槽中装有槽中装有冷却蛇管冷却蛇管 发酵过程中需饱和发酵过程中需饱和COCO2 2，后发酵槽应，后发酵槽应制 成 耐 压制 成 耐 压 0 . 10 . 1 0.2MPa0.2MPa表压的容器表压的容器3.后发酵设备
28、后发酵设备v作用：作用：完成嫩啤酒的继续发酵，并完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化饱和二氧化碳碳，促进啤酒的稳定、澄清和成熟，促进啤酒的稳定、澄清和成熟v工艺要求：工艺要求：贮酒室内要维持比前发酵室更低的贮酒室内要维持比前发酵室更低的温度，一般要求温度，一般要求0 022，特殊产品要求达到，特殊产品要求达到22左右左右 类型：类型：后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧卧式式和和立式立式 冷却方式：冷却方式：后发酵过程残糖较低，发酵温和，故后发酵过程残糖较低，发酵温和，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 贮酒槽全部放置在隔热的贮酒槽全部放置在
29、隔热的贮酒室贮酒室内，维持一定的内，维持一定的后酵温度后酵温度 贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前发贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前发酵室，室内低温的维持，是借室内冷却排管或通酵室，室内低温的维持，是借室内冷却排管或通入冷风循环而得入冷风循环而得v构造：构造：后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒接管、排出二氧化碳接管、压缩空气接管、温酒接管、排出二氧化碳接管、压缩空气接管、温度计、压力表和安全阀等附属装置度计、压力表和安全阀等附属装置（三）新型啤酒发酵设备（三）新型啤酒发酵设备 发展发展: :室外、大型化，容量已达室外、大型化，容量已达150
30、01500吨吨u啤酒质量均一啤酒质量均一u生产的罐数减少，降低了设备投资生产的罐数减少，降低了设备投资 类型：类型：奈坦罐（奈坦罐（圆筒体锥底发酵罐圆筒体锥底发酵罐）、联合罐、）、联合罐、朝日罐朝日罐圆筒体锥底发酵罐圆筒体锥底发酵罐特点：特点： 具有独立的具有独立的冷却装置冷却装置和和保温装置保温装置 可单独用于前发酵或后发酵，还可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进可以将前、后发酵合并在该罐进行行( (一罐法一罐法) )构造：构造： 罐顶有罐顶有COCO2 2排出口、人孔、排出口、人孔、压力表、安全阀压力表、安全阀 罐底罐底装有装有COCO2 2充气管、麦汁充气管、麦汁与酵
31、母及啤酒进出口与酵母及啤酒进出口 罐身罐身装有取样管和温度计装有取样管和温度计接管、冷却装置接管、冷却装置 设备设备外部外部包扎良好的保温包扎良好的保温层层冷却装置：冷却装置： 冷却夹套分为冷却夹套分为24段段 夹套型式：夹套型式：扣槽钢、角钢、扣槽钢、角钢、半管、全管等半管、全管等 大型啤酒发酵罐采用大型啤酒发酵罐采用CIPCIP清洗系统清洗系统 所谓所谓CIPCIP系统，是系统，是clean in placeclean in place的简称，即内部的简称，即内部原位清洗原位清洗系统系统 CIPCIP循环装置包括微型开关循环装置包括微型开关( (控制清洗液的进出控制清洗液的进出) )、控制
32、盘、控制盘、CIPCIP供应泵、污水泵、水箱供应泵、污水泵、水箱 CIPCIP消洗消洗工作程序工作程序是自动控制进行的，从控制盘上是自动控制进行的，从控制盘上可以通过仪表记录下温度、压力及时间等参数可以通过仪表记录下温度、压力及时间等参数 CIP清洗系统：清洗系统：第三节第三节 通风发酵设备通风发酵设备一、一、机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐二、二、气升式发酵罐气升式发酵罐三、三、自吸式发酵罐自吸式发酵罐四、四、其它类型通风发酵罐其它类型通风发酵罐 结构严密，内壁光滑，耐腐蚀，内部附件尽量少结构严密，内壁光滑，耐腐蚀，内部附件尽量少 较好的气液接触和液固混合性能较好的气液接触和液固混合性能
33、 较强的热量交换能力较强的热量交换能力 尽量减少泡沫的产生或附设有效的消沫装置尽量减少泡沫的产生或附设有效的消沫装置 附有必要的检测及控制仪表附有必要的检测及控制仪表工艺要求：工艺要求：一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐 应用：应用：机械搅拌通风发酵罐是机械搅拌通风发酵罐是在工业生产中广泛在工业生产中广泛应用的深层好气培养应用的深层好气培养发酵发酵设备，尤其是微生物制设备，尤其是微生物制药工业中使用最普遍药工业中使用最普遍 特点：特点：既有送气系统，又具有机械搅拌装置，溶既有送气系统，又具有机械搅拌装置，溶氧速率高氧速率高 性能指标性能指标: :氧传递效率、功率输入、混合质量、搅氧传
34、递效率、功率输入、混合质量、搅拌桨形式、罐各部分的尺寸比例拌桨形式、罐各部分的尺寸比例1.1. 应具有适宜的应具有适宜的径高比径高比（D:H=1:D:H=1:1 1.7.74 4）2.2. 要保证发酵菌所需的溶解氧（要保证发酵菌所需的溶解氧（通气、混合通气、混合）3.3. 罐体和搅拌器的轴封应严密（罐体和搅拌器的轴封应严密（密闭密闭）4.4. 能承受一定的能承受一定的压力压力5.5. 应具有足够的应具有足够的冷却面积冷却面积6.6. 罐内应尽量罐内应尽量减少死角减少死角，能彻底灭菌，能彻底灭菌（一）基本条件（一）基本条件（二）（二）结构结构1、罐体罐体 2、搅拌装置搅拌装置3、空气分布装置空气
35、分布装置4、冷却装置冷却装置 5、消泡装置消泡装置231.罐体罐体23u小型发酵罐小型发酵罐罐顶和罐身罐顶和罐身采用法兰连采用法兰连接，顶部设接，顶部设有清洗用的有清洗用的手孔手孔u大型发酵罐大型发酵罐由圆柱体及由圆柱体及椭圆形或碟椭圆形或碟形封头焊接形封头焊接而成而成罐顶上的接管罐顶上的接管：进料口、补料口、进料口、补料口、排气口、接种口、排气口、接种口、取样口、压力表、取样口、压力表、视镜、人孔视镜、人孔罐身上的接管罐身上的接管：冷却水进出口、冷却水进出口、进气口、温度计进气口、温度计和测控仪表接口和测控仪表接口罐底部的接管罐底部的接管：排料口排料口u使气体使气体非直线上升非直线上升，延长
36、气体停留时间，提高无，延长气体停留时间，提高无菌气体中氧的利用率菌气体中氧的利用率u加强发酵液的加强发酵液的湍动湍动，有利于液体本身的混合及气，有利于液体本身的混合及气液、气固之间的混合，提高质量和热量的传递速液、气固之间的混合，提高质量和热量的传递速率率2.搅拌装置搅拌装置（1 1）搅拌器）搅拌器v作用：作用：u打碎气泡打碎气泡，增加气液接，增加气液接触面积，提高溶氧速率触面积，提高溶氧速率v类型：类型：不同搅拌器形成不同搅拌器形成的的流型流型B B、螺旋桨式螺旋桨式u桨叶倾斜或逐桨叶倾斜或逐渐向水平弯曲渐向水平弯曲C C、其它型式其它型式A A、圆盘涡轮式圆盘涡轮式u垂直桨叶装在垂直桨叶装
37、在圆盘上圆盘上A A、圆盘涡轮搅拌器圆盘涡轮搅拌器v特点：特点：u产生较大的产生较大的剪切力剪切力u功率消耗大功率消耗大u主要是主要是径向流径向流，混合范围较小，混合范围较小v类型：类型：u平叶式平叶式u弯叶式弯叶式u箭叶式箭叶式剪切力剪切力较大，打碎气泡效较大，打碎气泡效果好，溶氧速率高，功率果好，溶氧速率高，功率输出大输出大a. 圆盘平直叶涡轮搅拌器圆盘平直叶涡轮搅拌器气泡受到气泡受到圆盘圆盘的阻挡，避的阻挡，避免从轴部的叶片空隙上升免从轴部的叶片空隙上升主要产生主要产生径向流径向流，轴向混合差，搅拌强度随着轴向混合差，搅拌强度随着与搅拌轴距增大而减弱，故当培养液较粘稠时，与搅拌轴距增大而
38、减弱，故当培养液较粘稠时，混合效果就下降混合效果就下降b. 圆盘弯叶涡轮搅拌器圆盘弯叶涡轮搅拌器搅拌流型与平直叶涡轮相似，搅拌流型与平直叶涡轮相似，但剪切力较小但剪切力较小在相同的搅拌转速时，混合在相同的搅拌转速时，混合效果较好，功率输出较小效果较好，功率输出较小适用于混合要求较高，而溶适用于混合要求较高，而溶氧速率相对要求较低的发酵氧速率相对要求较低的发酵产品生产产品生产c. 圆盘箭叶涡轮搅拌器圆盘箭叶涡轮搅拌器既产生径向流，又产生既产生径向流，又产生轴向流轴向流混合范围较大混合范围较大，特别适，特别适用于丝状菌发酵过程用于丝状菌发酵过程相同转速条件下，产生相同转速条件下，产生的剪切力低，输
39、出功率的剪切力低，输出功率也较低也较低B B、螺旋桨搅拌器螺旋桨搅拌器u推动流体轴向流动，推动流体轴向流动，混合范围大混合范围大u剪切力较小，氧传递剪切力较小，氧传递速率低速率低C、其它型式搅拌器其它型式搅拌器u气体导入式搅拌器：气体导入式搅拌器：用细管制作的搅拌器，安装用细管制作的搅拌器，安装在空心的搅拌轴上。适应于低粘度的发酵液在空心的搅拌轴上。适应于低粘度的发酵液u组合式搅拌器组合式搅拌器（2 2）挡）挡 板板 无挡板的流型无挡板的流型 有挡板的流型有挡板的流型v作用：作用：改变液流方改变液流方向向，促使液体激烈，促使液体激烈翻动，提高混合效翻动，提高混合效果，增加溶解氧果，增加溶解氧v
40、全挡板条件：全挡板条件：在在一定转速下再增加一定转速下再增加罐内附件而轴功率罐内附件而轴功率仍保持不变仍保持不变5 . 0nDb式中：式中： b挡板宽度（挡板宽度（mm） D罐的直径（罐的直径（mm） n挡板数挡板数 v尺寸、数量：尺寸、数量： 安装：安装：u挡板的长度自液面起到罐底为止挡板的长度自液面起到罐底为止u挡板与罐壁之间的距离为挡板与罐壁之间的距离为(1/51/9)bu竖立的列管、排管，也可以起挡板作用，一般具竖立的列管、排管，也可以起挡板作用，一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板u通常挡板宽度取通常挡板宽度取(0.10.12)D，装设，装设
41、46块块 作用：作用：大型发酵罐搅拌轴大型发酵罐搅拌轴分段制造，安装时用联轴分段制造，安装时用联轴器连接器连接 要求：要求：尺寸小，无死角，尺寸小，无死角，易清洗易清洗 类型：类型：法兰连接、鼓形、法兰连接、鼓形、夹壳形夹壳形 安装：安装：轴的连接应对正中轴的连接应对正中心线心线联轴器联轴器（3）轴和联轴器）轴和联轴器 中型发酵罐在罐内装中型发酵罐在罐内装有有底轴承底轴承 大型发酵罐还装有大型发酵罐还装有中中间轴承间轴承 罐内轴承不能加润滑罐内轴承不能加润滑油，应采用油，应采用滑动轴承滑动轴承中间轴承中间轴承底轴承底轴承（4）轴承）轴承 作用：作用：将罐顶或将罐顶或罐底与轴之间的罐底与轴之间的
42、缝隙加以密封，缝隙加以密封，防止泄漏和污染防止泄漏和污染杂菌杂菌 类型类型：u填料函轴封填料函轴封u端面轴封端面轴封（5 5）轴封）轴封v 定义：定义：旋转轴与罐体之间的密封称为轴封旋转轴与罐体之间的密封称为轴封u搅拌轴搅拌轴磨损磨损较严重较严重u摩擦消耗功率摩擦消耗功率较大较大u易易渗漏渗漏而染菌而染菌压紧螺栓压紧螺栓 填料箱体填料箱体转轴转轴填料压盖填料压盖填料填料铜环铜环填料函轴封填料函轴封v结构：结构：由填料箱体、填料底衬套、填料压盖由填料箱体、填料底衬套、填料压盖和压紧螺栓等零件构成和压紧螺栓等零件构成v特点：特点：u结构简单结构简单、价格低、价格低u摩擦功率耗损小摩擦功率耗损小，一
43、般为填料函式的，一般为填料函式的10105050u轴或轴套不受磨损轴或轴套不受磨损u结构复杂结构复杂，加工精度、安装技术要求高，拆装不，加工精度、安装技术要求高，拆装不便，初次成本高便，初次成本高端面轴封端面轴封（机械轴封）（机械轴封）v结构：结构：靠弹性元件的压力使靠弹性元件的压力使相对转动的动环和静环光滑表相对转动的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合而达到密封面紧密地相互贴合而达到密封弹簧弹簧 动环动环 静环静环 硬质合金硬质合金O形环形环v特点：特点：u密封可靠密封可靠，在较长地使用期，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏中，不会泄漏或很少泄漏试验罐试验罐采用无级变速装置采用无级变速装置发
44、酵罐发酵罐常采用三角皮带传动变速，常采用三角皮带传动变速，也有圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装也有圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置置使用使用变频装置变频装置，按照微生物生长，按照微生物生长的耗氧及发酵情况，随时自动变的耗氧及发酵情况，随时自动变更转速更转速（6）变速装置）变速装置 作用：作用：导入无菌空气，并使导入无菌空气，并使空气均匀分布空气均匀分布 要求：要求：气体分布均匀，气泡气体分布均匀，气泡小，结构简单，没有死角小，结构简单，没有死角 类型：类型：多孔环形管、单孔管多孔环形管、单孔管3、空气分布装置、空气分布装置u多孔环形管：多孔环形管：环的直径约环的直径约为搅拌器直径的为搅拌器直径的0.80.8
45、倍，小孔倍，小孔直径直径5 58mm8mm，开孔的总面积，开孔的总面积约等于通风管的截面积约等于通风管的截面积空气由分布管喷出上升时，被搅拌器空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎打碎成小气成小气泡，并与醪液充分混合泡，并与醪液充分混合为了防止进气管吹入的空气直接喷击罐底，加速为了防止进气管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块钢罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块钢板板补强补强u单孔管：单孔管：管口对正管口对正罐底中央罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐底的距离约管口与罐底的距离约40mm40mmu小型发酵罐小型发酵罐采用采用罐壁
46、罐壁夹套冷却，夹套内设置螺旋片夹套冷却，夹套内设置螺旋片导板，来增加换热效果，同时对罐身起加强作用导板，来增加换热效果，同时对罐身起加强作用4、冷却装置、冷却装置v作用：作用：排除发酵过程中由于生物排除发酵过程中由于生物氧化作用及机械搅拌产生的热量，氧化作用及机械搅拌产生的热量，维持最适发酵温度维持最适发酵温度v类型：类型：罐壁夹套、罐罐壁夹套、罐内列管、罐外冷却器内列管、罐外冷却器u大型发酵罐大型发酵罐采用罐内列管冷却或罐外冷却器冷却采用罐内列管冷却或罐外冷却器冷却Dg500600700180020003000DpDg +50Dg +100Dg +200夹套式冷却装置夹套式冷却装置 用于用于
47、容积容积较小的（一般小较小的（一般小于于5m5m3 3 ）发酵罐、种子罐）发酵罐、种子罐 夹套的夹套的高度高度比静止液面高比静止液面高度约高度约高5050100mm100mm 夹套的夹套的厚度厚度对于不同直径对于不同直径的发酵罐有不同的尺寸的发酵罐有不同的尺寸 夹套上设有夹套上设有水蒸汽、冷却水水蒸汽、冷却水或其或其它介质的进出口它介质的进出口v加热蒸汽加热蒸汽从夹套上端进入，冷凝从夹套上端进入，冷凝液从底部排出液从底部排出v冷却介质冷却介质是从底部进入上部流出是从底部进入上部流出特点：特点：u结构简单，结构简单，加工容易加工容易u便于便于清洗清洗、灭菌、灭菌u传热系数较小传热系数较小，一般，
48、一般4004001000kJ/m1000kJ/m2 2.h.h. 竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组有四组、六组或八组特点：特点：u冷却水在管内的流速较快，冷却水在管内的流速较快，传热系传热系数数高。约为高。约为12001800kJ/m2.h.u容易被容易被腐蚀腐蚀，增加培养液中金属离，增加培养液中金属离子的浓度子的浓度u腐蚀而形成穿孔，引起污染腐蚀而形成穿孔，引起污染竖式蛇管冷却装置竖式蛇管冷却装置 传热系数较蛇管低，用水量传热系数较蛇管低，用水量较大较大罐外冷却装置罐外冷却装置 在罐外安装在罐外安装板式板式高效热交换高效热交换器，对发酵液进行循环
49、冷却器，对发酵液进行循环冷却 既强化了热交换过程，也便既强化了热交换过程，也便于清洗和检修，但易染菌于清洗和检修，但易染菌竖式排管冷却装置竖式排管冷却装置夹套冷却夹套冷却竖式蛇管冷却竖式蛇管冷却竖式排管冷却竖式排管冷却适适用用范范围围5m5m3 3以下小发酵罐以下小发酵罐大型发酵罐大型发酵罐大型发酵罐大型发酵罐气温较高的地区气温较高的地区优优点点结构简单，加工容结构简单，加工容易，罐内死角少，易，罐内死角少，容易清洗灭菌容易清洗灭菌流速大，传热系数流速大，传热系数大，降温效果较好大，降温效果较好加工方便，提高加工方便，提高推动传热的温差推动传热的温差缺缺点点传热壁较厚，冷却传热壁较厚，冷却水流
50、速低，降温效水流速低，降温效果差果差冷却水较高时，降冷却水较高时，降温困难，弯曲位置温困难，弯曲位置易腐蚀易腐蚀用水量较大用水量较大机械消泡装置：机械消泡装置：u耙式消泡器耙式消泡器锯齿形、梳状、孔锯齿形、梳状、孔板式板式安装在搅拌轴上，安装在搅拌轴上，随搅拌轴转动，将随搅拌轴转动，将泡沫打破泡沫打破 5、消泡装置、消泡装置消泡方式消泡方式：化学消泡、机械消泡化学消泡、机械消泡v高浓度的化学消泡剂会对发酵菌产生抑制作用高浓度的化学消泡剂会对发酵菌产生抑制作用锯齿式消泡器锯齿式消泡器叶轮离心式叶轮离心式旋风离心式旋风离心式u离心式消泡器离心式消泡器装于发酵罐的排气装于发酵罐的排气口上，夹带泡沫的
