1、13.2 发酵设备发酵设备23.2 发酵设备 发酵的操作过程 发酵罐的设计要求 常用发酵罐 机械搅拌式发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 塔式发酵罐3什么是发酵 生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵 微生物生理学：有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为“发酵” 发酵的菌种微生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体4什么是酵母 一种单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌 有氧气的环境中，酵母菌将葡萄糖转化为水和二氧化碳 无氧的条件下，将葡萄糖分解为二氧化碳和酒精 C6H12
2、O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (放出能量:118 kJ/mol) 酿酒过程中，乙醇被保留下来 烤面包或蒸馒头的过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发5发酵罐的操作和设计要求 气-液接触 浓度的在线检测 混合 传热 泡沫控制 营养物或控制pH用的试剂的加入结构可靠结构可靠良好的良好的气液接触和液固气液接触和液固混合混合性能性能减少减少机械搅拌机械搅拌和通气所消耗的动和通气所消耗的动力力良好的良好的传热传热性能性能设置有效的设置有效的消泡沫装置消泡沫装置必要和可靠的必要和可靠的监测及控制仪表监测及控制仪表6间歇发酵罐7发酵罐的设计要求8发酵罐型式 按搅拌和通气的能量输入方式
3、可分为 机械搅拌式 外部液体循环式 空气喷射提升式9机械搅拌式10外部液体循环式11空气喷射提升式12常用发酵罐 机械搅拌式发酵罐n 自吸式发酵罐n 气升式发酵罐n 塔式发酵罐13机械搅拌式发酵罐机械搅拌压缩空气通气装置14机械搅拌式发酵罐主要组成部件罐体-1搅拌装置-2传热装置-4通气装置-7传动机构-615罐体组成 圆筒形筒身上下两个椭圆形封头几何尺寸比例H/D=1.73；d/D=1/21/3W/D=1/81/12；B/D=0.81s/d=1.52.5 (2); s/d=12 (3)发酵罐的公称容积V0为筒身部分容积Vc和底封头容积Vb之和，即V0=Vc+Vb实际装料量 V=0V0;0是装
4、料系数，0.70.8 V= （0.70.8）V016罐体接管和接口 冷却水、给排气、取样、放料、接种、消泡剂、酸、碱等工艺接管视镜、仪表等接口材料 不锈钢钢板或复合不锈钢板以保证罐内培养液清洁和壁面光滑 压力容器用钢强度 能承受灭菌蒸汽的压力和温度17搅拌装置采用圆盘涡轮式搅拌器配置2-3个搅拌器 有利于液体本身的混合及气液和液固之间的混合改善传质和传热有助于氧的溶解18通气装置将无菌空气导入罐内的装置单孔管单孔管的出口位置正下方开口向下19传热装置发酵过程中发酵液产生热量最适宜培养温度冷却水导出部分热量发酵罐的传热装置有夹套和蛇管20机械消末装置 发酵过程中，由于发酵液中含有大量蛋白质等发泡
5、物质，在强烈的通气搅拌下将产生大量泡沫 消除发酵液泡沫 消泡剂(天然油脂、聚醚类、硅类、高碳醇) 机械消泡装置21耙式消泡桨 消泡桨安装于搅拌轴上，与轴同转，齿面略高于液面，消泡桨直径约为罐径的0.80.9 当少量泡沫上升时，如果泡沫的机械强度较小，耙齿可把泡沫打碎。22封闭式涡轮消泡桨 尺寸 消沫器直径约为罐径的1/2 安装 涡轮消沫器直接安装于搅拌轴上，由于搅拌轴转速太低效果不佳 下伸轴发酵罐，罐顶安装，涡轮轴高速旋转 工作过程 泡沫直接被涡轮打碎，或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎23自吸式发酵罐 不需空气压缩机 自吸入空气的生物反应器24自吸式发酵罐的形式 形式 叶轮和导轮自吸入式发酵罐 喷
6、射自吸式反应器 文丘里管反应器 共同特点: 利用特殊转子或喷射器或文丘里管所形成的负压，将空气从外界吸入25文氏管的原理 文氏管的原理 把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区。当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定的吸附作用 26自吸式发酵罐的优点 节约了空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐等设备，减少占地面积 可减少发酵设备投资约30%左右 发酵总动力消耗比通用式低27自吸式发酵罐的缺点 必须采用高效率、低阻力的空气除菌装置 用于无菌要求较低的醋酸和酵母的发酵生产中 不适用于对剪切作用敏感的微生物的发酵28气升式发酵罐29工作原理 利用
7、空气喷嘴喷出250300m/s高速的空气，空气以气泡形式分散于液体中，使平均密度下降；在不通气一侧，因液体密度较大，与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液体的环流喷嘴喷嘴30类型31气升式发酵罐的特点 能耗低、液体中的剪切作用小、结构简单 氧传递能力比机械搅拌发酵罐高 不适于高黏度或含大量固体的培养液32塔式发酵罐利用通入培养液中的空气泡的上升，从而带动液体运动，产生混合效果，并供给微生物生长繁殖所需要的氧33高位筛板塔式发酵罐 结构 高度与直径比约为7左右 罐内装有若干块筛板1 工作原理 进料 压缩空气由罐底导入，经过筛板逐渐上升 发酵液随气泡上升，又通过筛板上的降液管2下降，从而形成循环34高位筛板塔式发酵罐的特点 造价仅为通用式发酵罐1/3左右 不会因为轴封引起杂菌污染 结构简单，维修方便，操作费用低
