第七章发酵罐的比拟放大PPT课件
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❖ 旋风离心式消泡器
❖ 改进的旋风离心式消泡器，它可以和消 泡剂盒配合使用，并根据发酵罐内的泡 沫情况自动添加消泡剂
1、泡沫不 多，无 需加消 泡剂。
2、泡沫累 3、消泡结
积，触 束后，
动传感 不再触
器，起 动传感
动消泡 泵加入
器，不 再加入 24
消泡剂。 消泡剂。
❖ 碟片式消泡器
❖ 碟片式消泡器装在发酵罐的顶部，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。
高氧的传质效率 ❖ 使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮
状态 ❖ 使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵而言，
希望以径向液流为主 ❖ 在搅拌轴上配置多个搅拌器
18
轴向式 搅拌器
径向式 搅拌器
19
4) 档板
❖ ※克服搅拌器运转时液体产生的涡流，增加溶氧速
率 ❖ 从液面至罐底 ❖ 与罐壁之间的距离为1/5-1/8W，避免形成死角，防
通用式（机械搅拌）、伍式、自吸式发酵罐 2）外部液体搅拌发酵罐 3） 空气喷射提升式发酵罐
高位塔式发酵罐
10
3、 按容积分类
❖ 500L以下的是实验室发酵罐 ❖ 500-50000L是中试发酵罐 ❖ 50000L以上是生产规模的发酵罐
4、 按操作方式
❖ 分批发酵和连续发酵
11
四、 机械搅拌发酵罐
止物料与菌体堆积 ❖ ※全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附
件而轴功率仍保持不变。
20
全挡板条件下的搅拌流型 竖立的列管/排管也可以起挡板作21用
5) 消泡器
❖ ※将泡沫打破 ❖ 锯齿式、梳状式及孔板式 ❖ 装于搅拌轴上，齿面略高于液面 ❖ 直径罐径的0.8-0.9
22
安装在发酵罐内的消泡器
5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等
基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展
❖ 大生产用：日本味之素：500M3
❖
周口味精厂：200M3
❖
斗门味精厂：600M3
❖wk.baidu.com
台湾味丹： 660M3
9
三、 发酵设备的类型
1、 按微生物生长：厌氧和好氧发酵设备 2、按发酵罐能量输入方式： 1）内部机械搅拌发酵罐
优良的发酵设备应具有的特性
❖ 严密的结构 ❖ 良好的液体混合性能 ❖ 较高的传质和传热速率 ❖ 灵敏的检测和控制仪表
4
本章内容
❖ §1 发酵罐的结构 ❖ §2 搅拌器的形式和轴功率计算 ❖ §3 发酵罐的比拟放大
5
§1 发酵罐的结构
❖ 发酵罐的基本概念 ❖ 发展过程 ❖ 发酵设备的类型 ❖ 机械搅拌发酵罐 ❖ 其他类型的发酵罐
第七章 发酵罐的比 拟放大
1
发酵设备
❖ 什么是发酵设备？包括那些设备？ ❖ 种子制备设备 ❖ 主发酵设备 ❖ 辅助设备（无菌空气和培养基制备） ❖ 发酵液预处理设备 ❖ 产品提取与精致设备 ❖ 废物回收处理设备 请问核心部分是什么？
2
❖ 主发酵设备或称为发酵罐 ❖ 是发酵工程中最重要的设备之一
3
（一）、 基本要求： 1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高 2）能耐受一定的压力 3）搅拌通风装置 4）足够的冷却面积 5）罐内要减少死角 6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露
12
标准发酵罐的几何尺寸 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 (s/d)3=1-2
始使用空气分布器，机械搅拌 开始应用 3）1940-1960，青霉素，通风， 无菌操作，纯培养等一系列技 术开始应用，计算机用于发酵 控制，产物分离纯化商业化
8
4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80150m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气 体交换和热交换问题，计算机广泛应用
❖ 碟片数目为4-6个，碟片的斜角约为35度， 两碟片之间的间距约为10mm，碟片上有梳 状筋条高约8mm,这些碟片叠置起来组成碟 片组。碟片组被通气压环压紧在空心轴上， 空心轴通过传动机构转动，转速可达 1400rpm,碟片式消泡器装在发酵罐的顶部， 转轴通过两个轴封与发酵罐及排气管连接。
25
6、连轴器及轴承
16
2、罐体表面各种装置：
❖ 中大型发酵罐装有供维修、清洗的入孔 ❖ 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、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
17
3、 搅拌器 ❖ ※将空气打碎成小气泡，增加气-液接触面积，提
13
14
※（二）、机械搅拌式发酵罐的结构：
1、罐体：
培养微生物的巨大容器，密闭式的，在发酵过程 中要保持一定的罐压，通常灭菌的压力约为 2.5×105Pa ❖ 圆柱形，两端椭圆形，受力均匀，减少死角，物 料容易排除， ❖ 高度与直径比1.7-4：1，有力于空气利用率
15
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
6
一、发酵罐的基本概念
发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工 业的心脏
❖ 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的 操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵 中一般指进行微生物深层培养的设备
❖ 在有些情况下，密闭容器，简单容器
7
❖ 二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒 2）1900-1940，钢制发酵罐，开
❖ 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
消泡器的安装
23
❖ 安装在发酵罐外的消泡器
❖ 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 。
❖ ※使上下搅拌轴成牢固的刚性连接
❖ 大型发酵罐的搅拌轴常分为2-3段，用连轴器使上下搅拌 轴成牢固的刚性连接，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承， 大型发酵罐还装有中间轴承
26
7、空气分布装置 ❖ ※吹入无菌空气并
使空气均匀分布 ❖ 单管及环形管式
单管式空气分布装置
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。通风量在0.02~0.5 ml/sec时，气泡的直径与空气喷 口直径的1/3次方成正比。也就是说，喷口直径越小，气泡直径也越小。因 而氧的传达室质系数也越大。但是生产实际的通风量均超过上述范围，因27 此气泡直径仅与通风量有关，而与喷口直径无关。
❖ 改进的旋风离心式消泡器，它可以和消 泡剂盒配合使用，并根据发酵罐内的泡 沫情况自动添加消泡剂
1、泡沫不 多，无 需加消 泡剂。
2、泡沫累 3、消泡结
积，触 束后，
动传感 不再触
器，起 动传感
动消泡 泵加入
器，不 再加入 24
消泡剂。 消泡剂。
❖ 碟片式消泡器
❖ 碟片式消泡器装在发酵罐的顶部，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。
高氧的传质效率 ❖ 使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮
状态 ❖ 使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵而言，
希望以径向液流为主 ❖ 在搅拌轴上配置多个搅拌器
18
轴向式 搅拌器
径向式 搅拌器
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4) 档板
❖ ※克服搅拌器运转时液体产生的涡流，增加溶氧速
率 ❖ 从液面至罐底 ❖ 与罐壁之间的距离为1/5-1/8W，避免形成死角，防
通用式（机械搅拌）、伍式、自吸式发酵罐 2）外部液体搅拌发酵罐 3） 空气喷射提升式发酵罐
高位塔式发酵罐
10
3、 按容积分类
❖ 500L以下的是实验室发酵罐 ❖ 500-50000L是中试发酵罐 ❖ 50000L以上是生产规模的发酵罐
4、 按操作方式
❖ 分批发酵和连续发酵
11
四、 机械搅拌发酵罐
止物料与菌体堆积 ❖ ※全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附
件而轴功率仍保持不变。
20
全挡板条件下的搅拌流型 竖立的列管/排管也可以起挡板作21用
5) 消泡器
❖ ※将泡沫打破 ❖ 锯齿式、梳状式及孔板式 ❖ 装于搅拌轴上，齿面略高于液面 ❖ 直径罐径的0.8-0.9
22
安装在发酵罐内的消泡器
5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等
基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展
❖ 大生产用：日本味之素：500M3
❖
周口味精厂：200M3
❖
斗门味精厂：600M3
❖wk.baidu.com
台湾味丹： 660M3
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三、 发酵设备的类型
1、 按微生物生长：厌氧和好氧发酵设备 2、按发酵罐能量输入方式： 1）内部机械搅拌发酵罐
优良的发酵设备应具有的特性
❖ 严密的结构 ❖ 良好的液体混合性能 ❖ 较高的传质和传热速率 ❖ 灵敏的检测和控制仪表
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本章内容
❖ §1 发酵罐的结构 ❖ §2 搅拌器的形式和轴功率计算 ❖ §3 发酵罐的比拟放大
5
§1 发酵罐的结构
❖ 发酵罐的基本概念 ❖ 发展过程 ❖ 发酵设备的类型 ❖ 机械搅拌发酵罐 ❖ 其他类型的发酵罐
第七章 发酵罐的比 拟放大
1
发酵设备
❖ 什么是发酵设备？包括那些设备？ ❖ 种子制备设备 ❖ 主发酵设备 ❖ 辅助设备（无菌空气和培养基制备） ❖ 发酵液预处理设备 ❖ 产品提取与精致设备 ❖ 废物回收处理设备 请问核心部分是什么？
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❖ 主发酵设备或称为发酵罐 ❖ 是发酵工程中最重要的设备之一
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（一）、 基本要求： 1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高 2）能耐受一定的压力 3）搅拌通风装置 4）足够的冷却面积 5）罐内要减少死角 6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露
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标准发酵罐的几何尺寸 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 (s/d)3=1-2
始使用空气分布器，机械搅拌 开始应用 3）1940-1960，青霉素，通风， 无菌操作，纯培养等一系列技 术开始应用，计算机用于发酵 控制，产物分离纯化商业化
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4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80150m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气 体交换和热交换问题，计算机广泛应用
❖ 碟片数目为4-6个，碟片的斜角约为35度， 两碟片之间的间距约为10mm，碟片上有梳 状筋条高约8mm,这些碟片叠置起来组成碟 片组。碟片组被通气压环压紧在空心轴上， 空心轴通过传动机构转动，转速可达 1400rpm,碟片式消泡器装在发酵罐的顶部， 转轴通过两个轴封与发酵罐及排气管连接。
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6、连轴器及轴承
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2、罐体表面各种装置：
❖ 中大型发酵罐装有供维修、清洗的入孔 ❖ 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、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
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3、 搅拌器 ❖ ※将空气打碎成小气泡，增加气-液接触面积，提
13
14
※（二）、机械搅拌式发酵罐的结构：
1、罐体：
培养微生物的巨大容器，密闭式的，在发酵过程 中要保持一定的罐压，通常灭菌的压力约为 2.5×105Pa ❖ 圆柱形，两端椭圆形，受力均匀，减少死角，物 料容易排除， ❖ 高度与直径比1.7-4：1，有力于空气利用率
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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
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一、发酵罐的基本概念
发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工 业的心脏
❖ 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的 操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵 中一般指进行微生物深层培养的设备
❖ 在有些情况下，密闭容器，简单容器
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❖ 二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒 2）1900-1940，钢制发酵罐，开
❖ 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
消泡器的安装
23
❖ 安装在发酵罐外的消泡器
❖ 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 。
❖ ※使上下搅拌轴成牢固的刚性连接
❖ 大型发酵罐的搅拌轴常分为2-3段，用连轴器使上下搅拌 轴成牢固的刚性连接，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承， 大型发酵罐还装有中间轴承
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7、空气分布装置 ❖ ※吹入无菌空气并
使空气均匀分布 ❖ 单管及环形管式
单管式空气分布装置
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。通风量在0.02~0.5 ml/sec时，气泡的直径与空气喷 口直径的1/3次方成正比。也就是说，喷口直径越小，气泡直径也越小。因 而氧的传达室质系数也越大。但是生产实际的通风量均超过上述范围，因27 此气泡直径仅与通风量有关，而与喷口直径无关。