5发酵罐简介

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(一)接种 1. 火圈直接倒种 2. 注射器接种 3. 压力差接种

适用于小罐

接种口用火圈杀菌;橡胶口在火圈上过一下,套 入接种口;打开进口阀、进气阀打开,关闭排气 阀,罐内升压至1kg/cm2;突然打开排气阀,罐内 压力下降至0.5 kg/cm2,瓶内种子液进入罐内。 接种瓶密封、耐高压;接种瓶口要旋紧、塞子塞 紧,防止漏气染菌;进气口压力表一定不能超过1 kg/cm2(否则接种瓶会爆炸);反复两三次直至 全部种子液接入罐内为止。
第二节
其他类型发酵罐
一、气升式发酵罐 1、特点:
① ② ③ ④ 反应溶液分布均匀; 较高的溶氧速率和溶氧效率; 传热良好; 结构简单,易于加工和操作。
2、内循环气升式发酵罐构造
– – – – – 1-导流筒 2-换热盘管 3-升气帽 4-进气口 5-分布气管
• 英国伯明翰ICI公司的 气升环流发酵罐体积达 3000 m3,发酵液量 2100 m3,液柱高达55 m,通气压力高。沿罐 高度设有19块有下降区 的筛板以防止气泡合并 为大气泡。
(六)轴封 • • 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的 缝隙加以密封,防止泄漏和污染杂菌。 常用的轴封:
1. 填料函 2. 端面轴封
填料函式轴封是由填料箱体,填料底衬套,填 料压盖和压紧螺栓等零件构成,使旋转轴达到 密封的效果。 填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是 :死角多,很难彻底灭菌,容易渗漏及染菌; 轴的磨损情况较严重;填料压紧后摩擦功率消 耗大;寿命短,经常维修,耗工时多。
• 罐体各部分的尺寸有一定比例 ,径高比约为2.5~4。 • 发酵罐通常装有两组搅拌器, 两组搅拌器的间距S约为搅拌器 直径的3倍。 • 对于大型发酵罐以及液体深度 HL较高的,可安装三组或三组 以上的搅拌桨叶。 • 最下面一组搅拌器与风管出口 较接近为好,与罐底的距离C一 般等于搅拌器直径Di,不宜小 于0.8Di,否则会影响液体的循 环。
转速 /(r/min) 150 160 170 142
电机功率 /kw 7.5 65.0 130.0 215.0
二、发酵罐主体结构
• • • • • • • • 罐体 搅拌器和挡板 消泡器 联轴器及轴承 变速装置 空气分布装置 轴封 冷却装置
(一)罐体
• 罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成,材料为碳钢或不锈钢, 大型发酵罐可用衬不锈钢或复合钢板制成,衬里不锈钢厚度 为2~3 mm。 • 罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐通常需要承受的灭菌 压力为0.25 MPa。 • 小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接,大中型发酵罐多数是整 体焊接。 • 为了便于清洗,小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔。中大型 发酵罐装设人孔,并在罐内设置爬梯。 • 罐顶装有视镜及灯镜、进料管、补料管、排气管、接种管和 压力表接管,排气管尽可能靠近罐顶中心位置。 • 罐身有冷却水进出管、空气进出口、温度和测检仪表接口。 • 取样管可装在罐侧或罐顶,视操作方便而定。 • 在罐体上的管路越少越好,进料口、补料口和接种口可合为 一个接管口。放料可利用通风管压出。
二、啤酒发酵罐(C.C.T)
• 外筒体蝶形或拱形盖 ,锥体底,罐筒体壁 和锥底有冷却夹套。
无菌室
拉门
消毒间
更衣室 缓冲间 拱形顶,水滴会滑下来, 不会直接滴下来
高度:一人加一 手,便于消毒清扫; 墙面涂上漆,最好 不锈钢材料,光滑; 顶上安紫外灯,高 出操作台30cm。
坡形地面,便于泻水
准备室
灭菌消毒:KMnO2和甲醛熏蒸,比例根据污染程度而定; 注意安全,关好窗防止MnO2跑掉。
天平、灭菌锅、培养箱、pH计 摇床 往复式——供氧比较好,但培养液容易溅起、易污染
旋转式——溶解氧较少,培养液不容易溅起
(二)参数设计 1. 小型机械搅拌通风 发酵罐主要用于实 验室小试、中试和 种子罐。 2. 大型机械搅拌通风 发酵罐 公称容积 筒体高度
/m3 10 60 100 200 /mm 3200 8000 9400 11500
公称 容积 /L 50 500 2000 5000
筒体 高度 /mm 813 1400 2100 3000
(三)取样
★ 取样阀①关紧,打开蒸气阀②, 再打开阀门③,让蒸气冲(消毒 杀菌5~10min); 关上蒸气阀②,打开取样阀①, 培养液因压力作用流出; 取样后关闭取样阀①,打开蒸气 阀②,通蒸气再次消毒,关闭阀 门②③。


★ ★

(四)进料和出料
• 发酵罐上的人孔用于加料和维修。 • 出料管可以和进气管合并。
• 自吸式发酵罐的主体结构 包括:
(1)罐体; (2)自吸搅拌器及导轮; (3)轴封; (4)换热装置; (5)消泡器。
• 自吸式发酵罐可分为三 个类型:
(1)机械搅拌自吸式 (2)文氏管喷射自吸式 (3)溢流喷射式自吸式
• 优点:
(1)节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水 分离器、空气贮聪、总过滤器等设备,减少厂房占地 面积。 (2)减少工厂发酵设备投资约30%左右。 (3)设备便于自动化、连续化,降低劳动强度,减少劳 动力。 (4)设备结构简单,溶氧效果高,操作方便。 (5)酵母发酵周期短,发酵液中酵母浓度高,分离酵母 后的废液量少。
筒体 直径 /mm 300 700 1100 1400
夹套 直径 /mm 400 800 1200 1500
转速 电机 /(r/m 功率 /kw in) 340 321 250 180 0.55 1.50 4.00 7.50
筒体直径 /mm 1800 3000-3200 3600 4600
夹套直径 /mm 12 65 114 221
(二)搅拌器
• 搅拌器的作用:
– 打碎气泡,使空气与溶液均匀接触,使氧溶解于发 酵液中; – 使发酵液充分混和,液体中的固形物料保持悬浮状 态。
• 搅拌器有轴向式(桨叶式、螺旋桨式)和径向 式(涡轮式)两种。
平叶
弯叶
箭叶
(三)挡板
• 挡板的作用——防止液面中央产生漩涡,促使 液体激烈翻动,提高溶解氧。 • 挡板宽度约为(0.1~0.12)D; • 装设4~6块挡板,可满足全挡板条件。 •全挡板条件:是指在一定转数下再增加罐内附件而轴 竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用; 功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要 •求: 挡板的长度自液面起至罐底为止。 • 挡板与罐壁之间的距离为(1/5 ~1/8)D。
(二)移种(压力差法) 种子罐→发酵罐
• • • • • 移种管灭菌:进入罐的管道阀门要关好,移种管中 压力>2kg/cm2,灭菌15 min,关蒸气。 种子罐上进气阀打开,排气阀关闭,压力↑至2 kg/cm2; 发酵罐中保持正压,比空气高一点,排气阀打开, 进气阀关小,0.5 kg/cm2; 打开通向罐的阀门,两罐相通,因压力差,菌液进 入发酵罐; 关掉通向罐的两个阀门,移种管灭菌。
(四)空气分布器
• 作用:向发酵罐内吹入无菌空气,并使空气均 匀分布。 • 形式:
– 单管——管口正对罐底中央,装于最低一档搅拌器 下,喷口朝下,通常通风管的空气流速为20 m/s。 – 环形管——在搅拌叶轮片内边之下,喷口向下。
单管式空 气分布器
(五)消泡装置
• 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,将泡沫打破,或将泡沫分离。 • 内置消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳 式等;长度约为罐径的0.65倍。 • 外置消泡器有旋风分离式、涡轮式等。
3、竖式列管换热装置
– 以列管形式分组对称装于发 酵罐内。 – 优点:加工方便,适用于气 温较高,水源充足的地区。 – 缺点:传热系数较蛇管低, 用水量较大。
(八)仪表
温度 压力 空气流量 液位 pH值 溶解氧 参数包括 物理参数: 轴的功率、发酵液的粘度、温度、压力 化学参数: pH值、糖含量、无机离子浓度、排气中的CO2 间接参数: 呼吸熵、细胞干重、产物的含量
2、竖式蛇管换热装置
– 竖式的蛇管分组安装于发酵罐内,有四组、六组或 八组不等,根据管的直径大小而定,容积5 m3以上 的发酵罐多用这种换热装置。 – 冷却水在管内的流速大;传热系数高。这种冷却装 置适用于冷却用水温度较低的地区,水的用量较少 。但是气温高的地区,冷却用水温度较高,则发酵 时降温困难,发酵温度经常超过40 ℃, 影响发酵 产率,因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却,增加了 设备投资及生产成本。弯曲位置比较容易蚀穿。
二、自吸式发酵罐
• 不需要空气压缩机提供加压空气,而依靠特设 的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入 无菌空气,同时实现混合搅拌与溶氧传质的发 酵罐。 • 耗电量小,能保证发酵所需的空气,并能使气 液分离细小,均匀地接触,吸入空气中70-80% 的氧被利用。 • 可用于生产葡萄糖酸钙、力复雷素、维生素C 、酵母、蛋白酶等。


端面轴封——靠弹性元件(弹簧、波纹管等 )的压力使垂直于轴线的动环和静环表面紧 密地相互贴合,并作相对转动而达到密封。 优点:
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 清洁; 密封可靠,使用时间较长,不会泄漏; 无死角,可防止杂菌污染; 寿命长,质量好的2~5年不需修理; 摩擦功率耗损小; 轴或轴套不受磨损; 对轴的震动敏感性小。 结构比填料密封复杂,装拆不便; 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
三、通风固相发酵设备(自学) • 自然通风固体曲发酵设备 • 机械通风固体曲发酵设备
第三节 厌氧Leabharlann 酵设备一、酒精发酵罐• 筒体为圆柱形,底盖和顶盖均 为碟形或锥形,罐顶装有废气 回收管、进料管、接种管、压 力表、各种测量仪表接口管等 及供观察清洗和检修罐体内部 的人孔等。罐底装有排料口和 排污口。罐身上下部装有取样 口。

缺点:
– –
(七)换热装置
1、夹套式换热装置
– 多应用于容积较小的发酵罐、 种子罐; – 夹套的高度比静止液面高度稍 高即可,无须进行冷却面积的 设计。 – 优点:结构简单;加工容易, 罐内无冷却设备,死角少,容 易进行清洁灭菌工作,有利于 发酵。 – 缺点:传热壁较厚,冷却水流 速低,发酵时降温效果差。
工艺参数
(1)压力表
会有培养基冲入,污染压力表; 直管缺点 起不到缓冲作用; 灭菌冷却后有冷凝水(含菌)掉入罐内,污染菌种
弯管液封,上面的杂菌不会掉入下面管道中。
阀门三通,使弯管灭菌彻底
(2)温度计
常用的水银、酒精温度计 0~100℃,酒精温度计 >100℃,水银温度计
(3)流量计
转子流量计
三、发酵罐的一些操作
大型机械搅拌通风发酵罐公称容积高度mm直径mm直径mm转速电机功率kw50813300400340055500140070080032115020002100110012002504005000300014001500180750公称容积筒体高度mm筒体直径mm夹套直径mm转速rmin电机功率kw1032001800121507560800030003200651606501009400360011417013002001150046002211422150二发酵罐主体结构冷却装置一罐体罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成材料为碳钢或不锈钢大型发酵罐可用衬不锈钢或复合钢板制成衬里不锈钢厚度罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小
第五章
发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 其他类型发酵罐 第三节 厌氧发酵设备
第一节
一、设计要求
(一)基本要求
机械搅拌通风发酵罐
1. 发酵罐应具有适宜的径高比。径高比一般为1.7-4 2. 3. 4. 5. 6.
倍左右,越悬殊,氧的利用率较高,发酵效率越 高。 因用到高压蒸汽灭菌,发酵罐应有一定的耐压能 力。 合理的通风设计,保证发酵液必需的溶解氧。 发酵罐应具有足够的冷却面积,保证制冷效果。 发酵罐内应尽量减少死角,保证灭菌能彻底。 搅拌器的轴封应严密,防止泄露,避免染菌。
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