发酵设备 第五章 通风发酵设备
通风发酵
第六章反应器的流动模型与放大
在前边讨论的CSTR和CPFR时，引入了全混流和活塞流概念，并称其
为理想流动模型，在实际生产的反应器流动都不符合上述这两种流动模 型，我们称非流动模型，它介于这两种理想流动模型之间。
在前边讨论，知道反应程度与反应时间有关，反应时间越长，反应
越彻底（转化率越高），反之越低。 在间歇操作反应器中由于物料同时放入，反应后同时放出，所以不存
P n V
g 0.5 s
0.4
0.5
kd=
Pg 2.36 3.30 Ni V
0.56
molO2 s0.7 n0.7 109 mL .min. 大气压（ p)
pg------千瓦；V------m3； vs------截面气速cm/min； n-----转数/分 有kLa与kd换算式可得出kLa的算式
P nD P 0.32 Q
2 3 o g 0.08
0.39
若：发酵罐搅拌器直径D=1.3m，搅拌转速n=80转 数/分，通风量27m3/分，采用涡轮用两档搅拌。 不通风时搅拌功率;
P 2 4.63N n D 10
3 5 2 P
9
P2=2×4.63×4.7×803×1.35×1060 ×10-9 =87.7（KW）
V N molO N 1000 m t 4 ml min
2 V
C
2、）物料衡算法 VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=Px
x 1 N k a Pk a p H H x k 定义： k a H
• p=H C* p*= H C
第五章通风发酵设备
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
生物工程设备各章节节要点3跟三套题
生物工程设备各章节要点第一章绪论题库1、生物工程的定义生物工程是指利用生物体系，应用先进的生物学和工程学原理，通过加工（或不加工）底物原料为人类提供所需产品（或社会服务）的一种新型跨学科技术。
2、1857年微生物学的鼻祖、以“发酵学之父”美誉著称的法国人巴斯德首次证明了酒精发酵是由酵母菌引起的，发酵现象是由微生物所进行的化学反应，而且不同的发酵与不同微生物有关。
（列文虎克、弗洛里、钱恩）3、生物工程设备主要包括生物反应器和生物反应物料处理及产物分离纯化设备。
第二章原料处理及灭菌设备题库1、发酵工厂中的原料都含有很多种杂质，为了清楚各种杂质，利用物料与杂质在物理特性上的差异，可以采用一些机械方法和措施将杂质除去，目前常用方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法。
2、振动筛的筛体包括筛框、筛面、吊杆、筛面清理装置、限振装置（不包括自衡振动器、）3、振动筛筛体内有有三个筛面，第一层是接料筛面，第二层是大杂筛面，第三层是小杂筛面。
（判断，填空）4、提高粉碎机效率的方法有：①采用密闭循环法②增加吸风装置，可以加速粉料离开筛孔③采用鳞状筛代替平筛5、生物产品发酵工厂中用到的输送设备按所输送的物料可分为固体物料的输送和液体物料的输送，输送固体物料可采用各种类型的输送机和气体输送装置，输送液体物料则采用各种类型的泵和空气压缩机。
6、根据卸料动力的不同，斗式提升机的卸料方法分为离心式、混合式和重力式7、培养基灭菌方式有两种：分批灭菌法和连续灭菌法（实消法和连消法）。
分批灭菌方法的优点是不需其他设备，操作简单，适于规模小的发酵罐使用或极易发泡或粘度很大的培养基的灭菌；缺点是加热和冷却所需时间较长，发酵罐利用率不高，培养基中营养成分会遭到一定程度的破坏。
培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌。
连续灭菌具有如下的优点：（1）提高产量。
与分批灭菌相比培养液受热时间短，可缩短发酵周期，同时培养基成分破坏较少。
第五章 通气发酵设备
（4）其它主要尺寸间的相互关系(考试时给出)
发酵罐装料容积V的计算
（装料系数 ）
装料量一般装料高度为圆柱部分高度的70％，但泡沫少时可取90％，多时可取60％。
D、机械搅拌通气发酵罐的通气与溶氧传质
氧的溶解过程实质上就是气体吸收过程。用双膜理论解释，即：空气被分散成细小的气泡，尽可能增大气液两相的接触界面和接触时间，以促进氧的溶解。
第五章通气发酵设备
发酵类型和设备
通气发酵罐(好气性发酵罐)
——需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。通入发酵液中的气泡越小，气泡与液体的接触面积就越大，液体中的氧的溶解速率也越快。
类型：机械搅拌式、自吸式、自升式、伍式、文氏管、塔式等。
一、机械搅拌式通气发酵罐
——利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在料液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。
②消泡器
分锯齿形、梳状式及孔板式三种，如：耙式消泡桨、蝶式消泡器。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
(4)测量/传感器系统（pH，T，O2）
(5)附属（人孔、视镜）
C、设计计算
几何尺寸比例
体积
热量计算——后述
发酵罐数——见《嫌气发酵》
（1）Ｈ/Ｄ＝1.7-4
（2）公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和
（3）剪切力小，对生物细胞损伤小。无机械搅拌叶轮
（4）传热良好，液体循环速率高，便于在循环管路加装换热器。
（5）结构简单，无搅拌传动设备，节约动力约50％，省钢材，易于加工制造。
（6）操作和维修及清洗简便，操作无噪音。
（7）料液可充满达80～90％，而不需加消泡剂。
缺点：
不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低。
发酵设备试题库最新答案终
第一章通风发酵设备一、填空1. 机械搅拌式发酵罐空气分布器的形式有、。
2. 机械搅拌罐常用的搅拌器有、和等3. 气升式发酵罐的主要特点有、、等。
4. 自吸式发酵罐中氧的溶解主要靠与的作用完成的。
5. 自吸式发酵罐转子的形式有、等。
6. 机械通风搅拌发酵罐的形状为 + ；7. 消泡器作用是；机械消泡种类中罐内消泡有：、等；罐外消泡有：等。
8. 轴封的主要作用是，。
9. 联轴器的作用是：。
10. 公称体积指的是：。
11. 机械通风搅拌发酵罐的小型罐采用冷却，大罐采用，特大罐采用。
12. 气升式发酵罐的主要构件有：、、等。
13. 机械搅拌式发酵罐中挡板的作用是、；全挡板条件。
14. 端面轴封式的特点是：、、等。
15. 轴封常用形式有：及。
16. 机械通风搅拌发酵罐的椭圆顶、底和罐身连接的方式小型罐采用连接，大罐采用连接，特大罐采用连接。
17. 机械搅拌罐常用的搅拌器有平叶蜗轮主要产生和流、箭叶蜗轮产生和流。
18.双端面轴封装置的主要设计要求包括、、等。
19. 涡轮式搅拌器的流型主要为：，加可改变流型。
20. 搅拌式发酵罐的H / D一般为：。
21. 发酵过程中冷却热的计算方法有：、、等。
22. 气升式发酵罐的主要特点是：、、等。
23. 常见的气升式发酵罐有：、、等。
24. 气升式发酵罐中平均循环时间指：，黑曲霉培养时一般为：。
25. 自吸式发酵罐中转子与液面的距离一般为：。
26. 自吸式发酵罐中四弯叶转子的特点是：、、等。
27. 喷射自吸式发酵罐是靠：喷射吸入完成溶氧传质。
28. 溢流自吸式发酵罐的吸气原理是：。
29. 通风固相发酵设备的种类有：、等。
30. 通风固相发酵设备主要用于：、等产品。
31. 通风固相发酵设备的特点是：、等。
32.机械通风固体曲发酵设备的主要构件有：、、等。
33. 通风搅拌发酵罐的装液量一般为：。
34. 涡轮式搅拌器的主要种类有：、、等。
35. 机械搅拌式发酵罐中挡板一般安装：块。
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第一、二章物料预处理、灭菌设备一、填空1.带式输送机中托辊分上托辊、下托辊，其作用是防止输送带下垂，起支撑作用；张紧装置的作用是使输送带带产生以一定的预张力，避免输送带在传动滚筒上打滑；减少输送阻力。
2.锤式粉碎机对物料的破碎作用力主要包括冲击力、摩擦力和剪切力。
3.锤式粉碎机适合于脆性性质物料的粉碎，如地瓜、玉米，辊式粉碎机适合于粘性颗粒状、中等硬度性质物料的粉碎，麦芽、玉米。
4.磁力除铁器种类有：永磁溜管及永磁滚筒。
5.辊式粉碎机的破碎作用力主要为：挤压力、剪切力（当两辊速不同时）。
6.利用糖蜜原料发酵生产酒精前，需要对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌和增加营程。
7.后熟器作用是在一定温度下，维持一定时间，使糊化醪进一步煮熟。
8.平底筛板过滤槽的过滤介质是：。
9.糖化锅的作用是：使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。
10.淀粉质原料罐式蒸煮糖化流程中，对瓜干类原料来说蒸煮罐的个数一般为：3-4个，玉米类原料蒸煮罐的个数一般为：5-6个。
11.淀粉质原料罐式蒸煮糖化流程最后一个后熟器的醪液位置一般控制50%-70%左右的位置。
12.啤酒生产四器组合指的是：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅。
13.麦汁煮沸锅的作用有：麦汁的煮沸和浓缩、加热凝固蛋白质、酒花内物质的溶解等。
14.培养基连续灭菌流程的种类有：由热交换器组成的灭菌系统、蒸汽直接喷射型、连消塔，维持罐和喷淋冷却组成的。
15.培养基灭菌流程常用的冷却器形式有：喷淋冷却、真空冷却、板式换热器。
等。
二、单项选择1.锤片式粉碎机主要靠（c）的作用力对物料进行破碎的。
A 剪切作用B 挤压作用C 撞击作用D 劈裂作用2.大麦粗选机具有（B）层筛面。
A 2B 3C 4D 53.罐式连续蒸煮流程中蒸煮罐及后熟器的个数一般为（B）个。
A 1-3B 4―6C 6-9D 9-114. 啤酒厂大米的粉碎一般选择（ B）。
A锤式粉碎机 B 辊式粉碎机 C 盘式粉碎机 D 超细微粉碎机5. 平底麦汁过滤槽的麦糟层厚一般取（C）。
5 第五章 通风发酵罐.
刮板式消泡器:卧式偏心刮板消泡器，立式刮板式消泡器。 刮板式消泡器:卧式偏心刮板 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成。 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成 刮板的中心与壳体的中心有一个偏心距。 工作原理:刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳体四周， 受机械冲击而达到消泡作用。板的转速为1000~1400r/min。 消泡后的液体返回发酵罐，气体则通过气体出口排出。
机械搅拌发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风发酵罐类型 喷射自吸式发酵罐 伍氏发酵罐 文氏发酵罐 塔式发酵罐
机械搅拌通风 通风发酵罐 §1 机械搅拌通风发酵罐[70~80%] 一、结构 、 它由圆柱体及椭圆形或碟形 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板 或复合不锈钢制成， 或复合不锈钢制成，衬里用的不 锈钢板厚为2~3mm。 锈钢板厚为2~3mm。 为了在一定压力下操作、 为了在一定压力下操作、空消或 实消，罐为一个受压容器， 实消，罐为一个受压容器，通常 灭菌压力为2.5 2.5kg/cm 绝对） 灭菌压力为2.5kg/cm2（绝对）
2]挡板:作用是改变液流的方向， 2]挡板:作用是改变液流的方向，由径向流改 挡板 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 挡板宽度取（0.1-0.12）D，设4~6块即可满足 全挡板条件。 全挡板条件” “全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐 内附件而轴功率仍保持不变。 内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板 条件必须满足下式要求： (B/D)Z=[(0.1~0.12)D/D] × Z=0.5
第五章-发酵过程控制ppt课件(全)
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，
生物工程设备作业习题
生物工程设备复习题第一章通风发酵设备1. 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？2. 机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？搅拌转速的高低对不同种类微生物的生长、代谢有何影响？3. 机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？他们有何作用？4. 何谓发酵罐公称体积？何谓全挡板条件？5. 发酵罐有几种消泡方式，机械消泡的优缺点。
6. 如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？7. 大型发酵罐和小型发酵罐通过那些设备实现温度的调控？8. 气升式发酵罐有何特点？9. 高位筛板塔式发酵罐有何特点？10.自吸式发酵罐的特点，机械自吸式发酵罐吸气原理。
11. 文氏管自吸式发酵罐的结构特点与工作原理。
12. 机械通风固相曲体发酵设备结构单元与工作原理。
13.生物反应器在设计时需注意哪些问题？第二章嫌气发酵设备14. 嫌气发酵设备与通风发酵设备在结构方面有何区别？15. 酒精发酵罐的结构部件与作用。
16. 如何计算酒精发酵罐的个数和冷却面积？17.新型啤酒发酵设备有哪些类型？从结构角度比较他们的异同点。
18. 啤酒发酵罐的CIP清洗系统由那些操作程序组成？第三章动植物细胞培养反应器19. 微生物细胞、植物细胞、动物细胞的结构与功能有何区别？这些特点使得培养他们的反应器有何异同点？20. 植物细胞反应器有几类？21. 通气搅拌式细胞培养反应器、气升式动物细胞培养反应器的结构特点。
22. 中空纤维细胞培养反应器、微载体培养系统应用方面已取得哪些进展？23. 微藻大规模培养有何特点？试比较封闭式光生物反应器与开放式光生物反应器的优缺点。
24. 封闭式光生物反应器有哪些类型？管式光生物反应器有何优缺点？第四章物料处理与培养基制备25. 固体物料的筛选设备是如何满足筛选的工艺要求？26. 大麦精选机有几类？他们的结构有何特点？27. 固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？28. 锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？29. 辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？30. 罐式连续蒸煮糖化流程各个结构单元设备的结构特点与功能。
生物工程设备知识点
第二章物料输送过程与设备1.离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
2.气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
3.往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀4.漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
5.螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
6.压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机8.往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
发酵工业与发酵工程_05发酵设备
粗产品的提取设备
产品精制与干燥设备 流出物回收 利用和处理设备等
7. 发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。
2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。
3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3 (表压)。 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3· h。 6．通气量：0.3～2 VVM。 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
(二) 自吸式发酵罐
罐的主要构件是转子(自吸搅拌) 和定子(导轮)。
比较自吸式发酵罐与机械搅拌通风发酵罐
优点：
不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设
备投资，减少厂房面积。
溶氧速率高，溶氧效率高、能耗较低。
用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、
经济效益高的优点。
缺点：
负压，易染菌。
二、发酵罐的结构
1、罐体 3、消泡器 2、搅拌器和挡板 4、联轴器及轴承
5、变速装置 8、轴封
6、空气分布装置 9、冷却装置
7、发酵专用PH、DO电极
1. 罐体
由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，
材料为碳钢或不锈钢。
2. 搅拌器
• 最常用的搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种。
• 其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅拌程度
但剪切力较低。
（4）多棒搅拌桨，已用于粘稠的丝状链霉菌发酵的发 酵罐中。这种搅拌桨具有较好的剪切分散能力和较低 的功率消耗，在整个发酵过程中功率变化相对涡轮桨 要小的多。 （5）气体导入式搅拌器，它适应于低粘度的发酵液。
搅拌的作用：
搅拌能将通入空气的大气泡击碎成细小气泡， 增加气液接触面积。
第一章 通风发酵设备
基本要求
3.搅拌通风装置使之气液充分混合，保证 发酵液一定的溶解氧。 4.足够的冷却面积。 5.尽量减少死角。 6.轴封严密。 7.维修操作检测方便
二、结构及几何尺寸
1－轴封 2、20－人孔 3－梯 4－联轴 5－中间轴承 6－温度计接 口 7－搅拌叶轮 8－进风管 9－放料口 10－底轴承 11－热电偶接口 12－冷却管 13－搅拌轴 14－取样管 15－轴承座 16－传动皮带 17－电机 18－压力表 19－取样口 21－进料口 22－补料口 23－排气口 24－回流口 25－视镜
1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式； 4、5.涡轮式、旋浆式； R1=1750r/min; R2=1150r/min; R3=420 r/min
（2）根据搅拌过程和目的选型
这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器的
流动效果作出判断选择。
低黏度均相液－液混合
分散操作
悬浮液操作
有气体吸收的搅拌
搅拌器
搅拌器（或称搅拌桨）及搅拌轴的主要作用 是通过自身的运动使搅拌容器中的物料按某种特 定的方式流动，从而达到某种工艺要求。所谓特
定方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直
观的重要指标。
搅拌容器
搅拌容器也称搅拌槽或搅拌罐。 其作用是容纳搅拌器与物料在其内进行操作。 对于食品搅拌容器，除保证具体的工艺条件外，
（5）旁入式搅拌安装形式
搅拌器安装在容器侧壁，如图 6.3（5）
所示。
在同等功率下，能得到最好的搅拌效果。
转速一般在360~450r/min之间。 驱动方式有齿轮传动与带传动两种。 主要缺点是轴封比较困难。 不同角度的流动效果
不同角度的流动效果
旁入式搅拌装置在不同旋桨位置所产生的不同流动状态。
第五章通风发酵设备
• 2）与截面气速有关；
• 3）与搅拌转速有关；
• 4）与发酵罐结构有关。
• 2、从kLa的涵义进行讨论 • 1） kL大小与扩散系数、液膜厚度有关
kL
DL
L
2)a值大小可由下式表示
a
nd
2 m
nd
3 m
6
6VG 6H0
VL
6
dmVL dmVL dm
（H0
VG VL
）
dm-----气泡直径m（与单位体积交办功率、搅拌器线 速度有关）
机械搅拌通风发酵罐
气升式发酵罐
自吸湿发酵罐
机械搅拌通风发酵罐结构
主要部件：
罐体、搅拌装置、挡板、轴封、消泡器、传动 装置、冷却装置、通气装置、人孔、视镜、进料 口、出料口、取样口、补料口、消泡剂流加口， 压力表、安全阀、温度计等。
罐体 罐体有圆筒体和椭圆封头封底组成。 筒体高径比（H/D）=1.7~2.5 标准机械搅拌通风发酵罐H/D=2； 发酵罐的高径比是设计的重参数，它关系到溶氧
在1个大气压下：C*=0.25mmolO2/L，在亚硫酸氧化法，
C*=0.21mmolO2/L
又因C=0
N
所以：kLa =
V
C
物料衡算法
VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=PX
x
1
N k a Pk a p
V
• 其反应式如下：
• 2Na2SO3+O2 CuSO4 2NaSO4
•
剩余的
Na2SO3
+
H2O
《通风发酵设备》PPT课件
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机械搅拌通风发酵罐（通用式发酵罐）——兼有机 械搅拌和压缩空气分布装置的发酵罐，目前最大的 通用式发酵罐容积为480m3。
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发酵罐结构：罐体、搅 拌装置、 挡板、 消泡 器、 联轴器、变速装 置、 通气装置、 轴封、
传热装置、人孔、视镜、 进出料管、取样管等。
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4.1 机械搅拌通风发酵罐
3. 消泡装置：
发酵液中含有大量的蛋白质等易发泡物质，在强烈的通气和 搅拌条件下会产生大量的泡沫，将导致发酵液外溢和增加染 菌机会，进而导致装料系数降低。
减少发酵液泡沫比较有效的方法是加入消沫剂，也可采用机 械装置来破碎泡沫。
天然油脂是最早采用的化学消泡剂，但是其消泡能力弱，作 用时间短。目前，分子量>2000的聚醚、聚二甲基硅烷广泛 用于各种抗生素发酵的泡沫抑制中。
推进式叶轮
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在相同搅拌功率下不同搅拌器破碎气泡的能力和翻动液 体的能力不同。由于发酵罐的H/D值较大，为了使发酵液充 分被搅动，可在同一搅拌轴上配置多个不同搅拌器。
考虑因素：罐内装料高度、发酵液特性、搅拌器 直径等。
对于抗生素生产发酵罐，一般在 搅拌轴上层采用轴流式搅拌器以强化 混合效果，下层采用径流式搅拌器以 利于粉碎气泡强化氧的传递。
采用下伸轴时要求双端面轴封，轴封要设 计可用蒸汽灭菌，用无菌空气保压防漏及冷却 。而上伸轴可采用单端面轴封。
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（1）动环和静环 （2）弹簧加荷装置 （3）辅助密封原件
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8.传热装置：夹套(<5m3)、内蛇管、外盘管
Q 发 酵 Q 生 物 Q 搅 拌 Q 空 气 Q 辐 射
5厌氧发酵设备
二、酒精连续发酵设备
尽管连续发酵具有上述优点，但在实际生产中,连续发 酵仍未能全部代替间歇发酵，原因是： 长期连续发酵生产中，遇到了微生物的突变和杂菌污 染问题，出现了发酵液在连续流动过程中的不均匀性 和丝状菌在管道中的流动困难，以及对微生物动态方 面的活动规律还缺乏足够的认识等。 酒精连续发酵的方式是从最初的单罐连续发酵发展到 多罐的串联连续发酵。目前，我国的糖蜜原料制酒精 及淀粉质原料制酒精的连续发酵生产是采用多罐串联 连续发酵。
2、结构
圆筒体锥底罐其直径D 与圆筒体高度H之比范围较大， 根据实践经验D:H=1：(2~6)均可取得良好的发酵效 果,但一般罐体不宜过高,特别在未设酵母离心机的情况 下更不宜过高，不然，酵母沉降困难，影响过滤。按 国内目前设备情况，控制直径与圆筒高度之比在 D:H=1：(2~4)是恰当的。锥底角度一般采用60-85° 以有利于酵母的排除。容量通常根据糖化麦芽汁产量 的总体积，再加20%容量体积做发酵时泡沫空间，一 般是12-15h充满一罐。
酒精发酵罐的结构
发酵罐的冷却装置，对于中小型发酵罐，多采 用罐外壁喷淋膜状冷却。对于大型发酵罐，罐 内装冷却蛇管或罐内蛇管和罐外喷淋联合冷却 装置。此外，也有采用罐外列管式喷淋冷却的 方法。
酒精发酵罐工作时，罐内不同高度的发酵液中二氧化 碳含量有所不同，发酵液中形成一个二氧化碳含量的 浓度梯度。一般罐底液层气泡密集程度较高，发酵液 相对密度小。罐上部液层二氧化碳气泡密集程度较低， 发酵液相对密度大。于是相对密度小的底部发酵液就 具有上浮的提升力。同时，上升的二氧化碳气泡对周 围的液体也具有一种拖曳力，拖曳力和液体上浮的提 升力相结合则构成气体搅拌作用，使罐内发酵液不断 循环混合和热交换。因此，酒精发酵罐一般不配置机 械搅拌器。 但当发酵罐容量较大，罐内产生的二氧化碳气量较少 时可配置侧向搅拌器。
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图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一，它是 利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合 促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁 殖、发酵所需要的氧气。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
筒体 直径 mm 1800 2200 2400 28003000 30003200 3200 3600 4600
换热 面积 m2 12 21 34 38-60 65 84 114 221
第一节 通风发酵罐
三、发酵罐 的结构
1、罐体 3、消泡器 5、变速装置 7、轴封
2、搅拌器和挡板 4、联轴器及轴承 6、空气分布装置 8、冷却装置
第一节 通风发酵罐
•
•
1.罐体 ：2立方米以下的小型发酵罐罐顶和 罐身采用法兰连接，大中型发酵罐大多是 整体焊接，由圆柱体及椭圆形或碟形封头 焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大 型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制 成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。罐内 焊缝要磨光，防止杂菌潜伏在缝隙中。 为了满足工业要求，在一定压力下操作、 空消或实消，罐为一个受压容器，通常灭 菌的压力为2.5公斤/厘米2（绝对压力）。
（1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的 利用率较高。 （一般高径比1.7～4倍） （2）发酵罐能承受一定的压力。（3）要保证发酵 液必须的溶解氧。
（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。
（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭 菌能彻底，避免染菌。 （6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。
二、发酵罐罐体的尺寸比例
常用的机械搅拌通风发酵罐的结 构及几何尺寸已规范化设计， 视发酵种类、厂房条件、罐体 积规模等在一定范围内变动。 其主要几何尺寸如图所示。
H/D=1.7~4 d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/D=0.8~1.0 (s/d)2 =1.5~2.5或 (s/d) 3=1~2
气泡直径仅与通风量有关，而与喷口直径无
空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。 分布装置的形式有单管及环形管等。常用的分布装置有单管式，管口对 正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，喷口朝下，管口与罐低的距离 约40mm，并且空气分散效果较好。通常通风管的空气流速取20米/秒。为 了防止吹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 部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。这叫补强板。
• 涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式、 箭叶式三种 • 其作用是打碎气泡，使氧溶解于 醪液中，从搅拌程度来说，以平 叶涡轮最为激烈，功率消耗也最 大，弯叶次之，箭叶最小。 • 为了拆装方便，大型搅拌器可做 成两半型，用螺栓联成整体。
第一节 通风发酵罐
通用发酵罐的搅拌桨类型
• （1）通用发酵罐的搅拌桨最广泛使用的是平叶涡 轮搅拌桨，国内采用的大多数是六平叶式，其各 部分尺寸比例已规范化。 这种搅拌桨具有很大的循环液体输送量，功率 消耗大。因此特别适用于丝状菌发酵。
第五章
通风发酵设备
第一节 通风发酵罐 第二节通气发酵罐中溶氧速率 与通气 、搅 拌的关系 第三节发酵罐的比拟放大 第四节参数的检测及 自动化简介
第一节 通风发酵罐
通风发酵罐有鼓泡式、气升式、机械搅拌式、自吸式、 喷射自吸式、涡流喷射自吸式等多种类型发酵罐，可用于生产 药用酵母、饲料酵母、活性干酵母、液体曲、谷氨酸、柠檬酸、 抗生素、维生素、曲制剂、食用醋、赖氨酸等。 通气发酵要将空气不断通入发酵液中，供给微生物所需的 氧，气泡愈小，气液接触面积愈大，氧的溶解速率也愈快，氧 的利用率也愈高，电耗也越少，产品的产率也越大。
图18 推进式搅拌器搅拌流型
第一节 通风发酵罐
• 挡 板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈 翻动，增加溶解氧。 • 通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4~6块即可满足全挡板条件。 • 所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保 持不变。 • 要达到全挡板条件必须满足下式要求：
0.75 1.5 2.2 23 3 4 5.5 7.5
2.大型机械搅拌通风发酵罐
表2 发酵罐技术参数
• 生产用的发酵 公称 罐日趋大型化。容量 m3 大型化的优点 在于：提高了 10 吨罐容的生产 21 量减少了能源 30 消耗，节约生 50 产成本，便于 自动化控制。 60 • 表2为发酵罐 技术参数 75
第一节 通风发酵罐
5. 变速装置
• 试验罐采用无级变速装置，发酵罐常用的变速装置 有三角皮带伸展动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置， 其中以三角皮带变速传动效率较高，但加工，安装 精度要求高，见图38、图39 。
图38 发酵罐变速装置
图39 发酵罐变速装置
第一节 通风发酵罐
6.
• •
空气分布装置 关。
• 安装在发酵罐外的消泡器有涡轮消泡器、 旋风离心式消泡器和叶轮离心式消泡器、 碟片式消泡器和刮板式消泡器等 。 • （1）旋风离心式消泡器 • 图33为一种最简单的旋风离心式消泡器， 其工作原理与旋风分离器相同。 • （2）碟片式消泡器
• 碟片式消泡器装在发酵罐的顶部，见图34，当 泡沫溢上与碟片式消泡器接触时，泡沫受高速旋转 离心碟的离心力作用，将泡沫破碎分离成液态及气 态两相，气相沿碟片向上，通过通气孔沿空心轴向 上排出，液体则补甩回发酵罐中而达到消泡目的。 根据实验结果，直径220毫米的碟式消泡器，在酵 母发酵时的消泡能力约为30M3/小时的通风量。
表1所列为种子罐的一般技术参数。 图6 为一级种子罐和二级种子罐实例。
表1 种子罐技术参数
公称 容积 50L 筒体高度 筒体直径 夹套直径 H(mm) D1(mm) D2(mm) 813 φ300 φ400 转速 r/min 340 电机功率 KW 0.55
200L 500L 800L 1000L 1200L 2000L 3000L 5000L
图35 刮板式消泡器
第一节 通风发酵罐 4. 联轴器
• 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至 三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固 的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及 夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法 兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直， 中心线对正，见图36、图37 。和变速装置
图9 大中型发酵罐
第一节 通风发酵罐
• 罐体表面各种装置： • 小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔 ，中大型发酵罐装有供 维修、清洗的人孔,并在罐内设置爬梯 • 罐顶装有窥镜和孔灯，在其内面装有压缩空气或蒸汽吹管 • 罐顶接管：进料管、补料管、排气管（位置？）、接种管、 压力表接管 • 罐身接管：冷却水进出管、空气进管、温度计管和测控仪 器接口
图 竖 立 的 列 管 排 管 也 可 以 起 挡 板 作 用 / 20
• 通用式机械搅拌发酵罐中的平直 叶涡轮搅拌器要安一个圆盘
• 通用式机械搅拌发酵罐中的平直叶涡轮搅拌器如 果没有圆盘，从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气 泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打 碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时 气泡大，上升速度快，走短路，传质效果差。而安一 个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻玻只能从圆盘中央流 至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散， 提高了溶氧系数。
• 小型机械搅拌通 风发酵罐主要是 实验用（见图4） 和用作种子罐 （见图5）。其 容积为：实验室 用为 1 L--50L， 中试用为 50L-5000L，种子罐 为 50L--20000L。
图4 10L台式发酵罐
图5 种子罐 小型种子罐(夹套), 10m3以上的种子罐(内盘管)
图6 某抗菌素制药车间的一级种子罐和二级种子罐 右边为300L一级种子罐，左边为3000L二级种子罐
转速 r/mi n 150 154 180 160 160 165 170 142
电机 功率 kw 7.5 30 45 55 65 100 130 215
• 下面列举国内外一些企业的发酵罐容积： • 日本味之素：500M3 周口味精厂：200M3 益力味精厂：630M3 台湾味丹： 660M3
第一节 通风发酵罐
• 1)、安装在发酵罐内的消泡器
• 最简单实用的消泡装置为耙式消泡器，可直接安装在上搅 拌的轴上，消泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。安 装在发酵罐内转动轴的上部的消泡器有齿式、梳式、孔板 式、旋浆梳式等，见图31、图32。