发酵设备与反应器PPT课件

最低一挡搅拌器下面，管口与罐底的距离约 40mm，气速20m/s
空气分布. 器
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7 消泡装置 ➢ 作用：打碎泡沫，防止逃逸 ➢ 长度：约为罐径的0．65倍。 ➢ 安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵
罐排气系统上，可将泡沫打破或将泡沫破碎 分离成液态和气态两相的装置 ➢ 最简单实用的是耙式消泡器
第八章 发酵设备与反应器
主讲：鲍成满
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生物反应过程示意图
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一 生物反应器概述 二 微生物细胞反应器——发酵罐 三 发酵罐的放大
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一 生物反应器概述
❖ 生物反应器：是利用酶或生物体（如微生 物）所具有的生物功能，在体外进行生化 反应的装置系统。
❖ 生物反应器的作用：为生物反应提供一个 体外优化的物理、化学环境，以获到更多 需要地生物量或代谢产物。
➢ 圆筒体锥底立式发酵 罐(简称锥形罐)，已 广泛用于发酵啤酒生 产。
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❖ 设备外形特点
➢ 一般置于室外
➢ 罐体圆柱形，罐顶椭圆封头，锥形体底。锥 底角取排出角为73~75˚，对于贮酒罐，常取 锥角为120~150 ˚
➢ 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数
。单酿罐一般是D：H＝1：1~2。对两罐法
❖ 相同搅拌功率下，翻动流体的能力： 箭叶式 > 弯叶 > 平叶
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3 挡板 ➢ 作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的
方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧
(W )Z(0.1~0.1)2 DZ0.5
D
D
式中:
D—罐的直径 Z—挡板数 W—挡板宽度
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➢ 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挡板或其它附件而搅 拌功率仍保持不变，漩涡基本消失
加接触界面；延长气液接触时间；有利于传 质传热 。 ➢ 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径 向式（涡轮式）两种。
轴向式
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径向式
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轴向式搅拌器
螺旋桨式
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桨叶式
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径向式（涡轮式）搅拌器
平叶
弯叶
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箭叶
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❖ 相同半径、转速时，功率消耗： 平叶＞弯叶＞箭叶
❖ 相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力： 平叶＞弯叶＞箭叶
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1 罐体
➢ 型式：圆柱体、椭圆形或 碟形封头焊接而成
➢ 容积：实验室0 .5-50L，中 试罐200-500L，生产上 0.5m3-600m3.
➢ 材质：实验室为玻璃钢和 不锈钢；工厂为不锈钢与 碳钢
➢ 受压容器：通常灭菌的压
力0.25MPa
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2 搅拌装置 ➢ 作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中；增
备，罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清 洗灭菌 ➢ 酒精等都属于嫌气发酵产物，其发酵罐因不 需要通入无菌空气，因此在设备放大、制造 和操作时，都比好气发酵设备简单得多
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1 啤酒发酵设备
❖近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联 合的方向发展，迄今为止，使用的大型发 酵罐容量已达1500吨。
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❖ 露天式锥底发酵罐
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5 传热装置
➢ 作用：实消时预热和冷却，发酵过程中的冷 却和加热
➢ 型式：夹套、竖式蛇管、列管 ➢ 5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却 ➢ 大型发酵罐一般采用蛇管或列管，易腐蚀或
磨损穿孔
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夹套
蛇管
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6 通气部分 ➢ 作用：吹入无菌空气，使空气均匀分布 ➢ 形式：单管及环形管等 ➢ 常用的为单管式，管口对正罐底中央，装于
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❖ 气升式反应器与机械搅拌通风反应器的不同 在于无机械搅拌
❖ 特点 ➢ 反应溶液分布均匀 ➢ 较高的溶氧速率和溶氧效率 ➢ 剪切力小，对生物细胞损伤小 ➢ 传热良好 ➢ 结构简单，易于加工制造。
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❖ 气升式反应器有多种形式，比较典型的两种 形式
气升内环流发酵罐 气升外环流发酵罐
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优点： ➢ 不必配备空气压缩机及其附属设备，节约投
资； ➢ 设备简单，溶氧速率高，能耗较低； ➢ 用于酵母生产和醋酸发酵生产效率高； ➢ 设备便于自动化、连续化； 缺点： ➢ 处于负压，因而增加了染菌机会 ➢ 转速高，切断菌丝，影响代谢
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二 厌氧发酵罐
❖ 密闭厌氧发酵罐 ➢ 要求：能封闭，能承受一定压力，有冷却设
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利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵 液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以 保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的 氧气。
机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总 发酵罐的７０－８０％。
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❖ 发酵罐的结构 ➢ 罐体 ➢ 搅拌装置和挡板 ➢ 传热装置 ➢ 通气部分 ➢ 进出料口 ➢ 测量控制系统 ➢ 附属系统
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8 进出料口 ➢ 进料口，补料口，罐顶 ➢ 出料口，罐底
9 测量控制系统 ➢ 传感器
10 附属系统 ➢ 视镜、取样管等
pH电极
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溶氧电极
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2 气升式发酵罐（ALR）
❖ 工作原理：把无菌空气通过喷 嘴或喷孔喷射进发酵液中，通 过气液混合物的湍流作用而使 空气泡分割细碎，同时，形成 的气液混合物含由于气量多的 发酵液密度降低上升，含气量 少的发酵液下沉，形成循环流 动，实现混合与溶氧传质。
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酶反应器
光合生物反应器开发
发酵.罐
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二 微生物细胞反应器——发酵罐
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❖ 发酵罐：微生物细胞反应器，是为微生物 生长和产物形成提供良好环境的容器。
❖ 按微生物对氧的需求
➢ 好氧发酵罐 ➢ 厌氧发酵罐
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（一） 好氧发酵罐—机械搅拌式发酵罐
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机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）
大型发酵罐
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➢ 竖立的列管，排管等也可以起挡板作用，故 一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设 挡板
➢ 挡板的长度自液面起到罐底为止
➢ 挡板与罐壁之间的距离为（1/5-1/9）W，避 免形成死角，防止物料与菌体堆积。
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4 轴封 ➢ 作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密
封，防止泄露和污染杂菌。型的气升环流发酵罐 ICI压力循环气升发酵罐
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3 自吸式发酵罐
❖ 自吸式发酵罐吸气原理
➢ 搅拌器空心叶轮转动时由于离心力把液体甩 出，形成真空， 产 生负 压 ，通过导气管吸入 空气
➢ 发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入， 随即甩向叶轮外缘，再通过 导 轮 （ 定 子 ） 使 气液均匀分布甩出，使气液充分混合。