第二章气升 自吸式发酵罐

液体喷射自吸式发酵罐
（三）溢流喷射自吸式发酵罐
吸气原理 液体溢流时形成抛射流， 液体溢流时形成抛射流，由于液体的表 面层与其相邻的气体的动量传递， 面层与其相邻的气体的动量传递，使边 界层的气体有一定的速率， 界层的气体有一定的速率，从而带动气 体的流动形成自吸作用。 体的流动形成自吸作用。
第四节 通风固相发酵罐
s
解：已知：VL=10m3 已知： vm=1.5m/s VG=1m3/min RE=200mm=0.2m DE=0.4m 由公式： 由公式：
VC =
π
4
DE vm = 60 × × 0.42 ×1.5 = 11.31
2
π
m3/min
4
tm
V = V
L C
=
10 × 60 = 53 s 11.31
（二） 喷射自吸式发酵罐
文氏管吸气自吸式发酵罐 液体喷射自吸式发酵罐
文氏管吸气自吸式发酵罐 原理： 原理：用泵使发酵液通 过文氏管吸气装置， 过文氏管吸气装置，由 于液体在文氏管的收缩 段流速增加， 段流速增加，形成真空 而将空气吸入， 而将空气吸入，并使气 泡分散与液体均匀混合， 泡分散与液体均匀混合， 实现溶氧传质。 实现溶氧传质。
二、常见类型： 常见类型：
气升环流式反应器 气液双喷射气升环流反应器 设有双层板的塔式气升发酵罐等
三、气升环式反应器的特点
1 2 3 4 5 6 反应溶液分布均匀； 反应溶液分布均匀； 较高的溶氧速率和溶氧效率； 较高的溶氧速率和溶氧效率； 剪切力小，对生物细胞的损伤小； 剪切力小，对生物细胞的损伤小； 传热良好； 传热良好； 结构简单，易于加工制造； 结构简单，易于加工制造； 操作和维修方便。 操作和维修方便。
2 操作特性 (1)平均循环时间 平均循环时间t (1)平均循环时间tm 发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧， 发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧， 使发酵液保持一定的溶氧浓度， 使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生 命活动的需要。 命活动的需要。 循环周期： 循环周期：发酵液在环流管内循环一次所需要 的时间。 的时间。 循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。 循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。
四、主要结构及操作参数
1、主要结构参数 （1）反应器的高径比 H/D=5~9 （2）导流筒径与罐径比 DE/D=0.6~0.8 空气喷嘴直径与反应器直径比D /D以及导 （3）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导 流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发酵液 的混合和流动、溶氧等有重要作用。 的混合和流动、溶氧等有重要作用。
作业： 作业： 1、简述机械搅拌通风发酵罐的结构和各 主要部件的作用。 主要部件的作用。 2、试介绍几种常用的通风发酵罐的工作 原理及特点，并举例说明其应用情况。 原理及特点，并举例说明其应用情况。
一 自然通风固体曲发酵设备 二 机械通风固体曲发酵设备 曲室底部比地面高，便于排水， 曲室底部比地面高，便于排水，池底应 10°的倾斜，使通风均匀。 有8－10°的倾斜，使通风均匀。池底有 一层筛板，发酵固体曲料置于筛板上。 一层筛板，发酵固体曲料置于筛板上。 池底较低端与风道相连， 池底较低端与风道相连，其间设分量调 节闸门。 节闸门。
液气比R （2）液气比R 定义：发酵液环流量和通风量之比。 定义：发酵液环流量和通风量之比。
VC R = VG
(3) 气升式反应器的溶氧传质 取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎 状态。 状态。
3 典型的气升环流发酵罐 ICI压力循环式发酵罐 压力循环式发酵罐： ICI压力循环式发酵罐： 单细胞蛋白生产，容积达3000m 单细胞蛋白生产，容积达3000m3，液柱 55m,发酵液量 发酵液量2100 高55m,发酵液量2100 m3。 BIOHOCH反应器 反应器： BIOHOCH反应器： 污水处理，内设多个气升环流管， 污水处理，内设多个气升环流管，有效 体积8000 体积8000~20000 m3。
11.31 VC = = 11.31 R= VG 1
第三节 自吸式发酵罐
工作原理 特点 类型
一、工作原理
自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机 提供加压空气， 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并同 时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。 时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。 应用： 应用： 医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、 医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、 力复霉素、维生素C 酵母、蛋白酶等。 力复霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等。
气升式发酵罐（ALR） 第二节 气升式发酵罐（ALR）
机械搅拌发酵罐不足： 机械搅拌发酵罐不足： 设备构造比较复杂 动能消耗较太 轴封易泄露和染菌 采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。 采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。
本节主要研究内容
一、工作原理 二、常见类型 三、特点 四、主要结构及操作参数
一、工作原理
把无菌空气通过喷嘴或喷 孔喷射进发酵液中， 孔喷射进发酵液中，通过 汽液混合物的湍流作用而 使空气泡分割细碎， 使空气泡分割细碎，同时 由于形成的汽液混合物密 度降低故向上运动，而气 度降低故向上运动， 含量小的发酵液则下沉， 含量小的发酵液则下沉， 形成循环流动， 形成循环流动，实现混合 与溶氧。 与溶氧。
计算题： 计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液体积 导流筒半径为200mm 200mm， 为10m3，导流筒半径为200mm，导流筒内发 酵液的平均流速为1.5m/s 1.5m/s， 酵液的平均流速为1.5m/s，若通风量为 /min。 1m3/min。 计算发酵液的环流量V /min）、 ）、平均循 计算发酵液的环流量VC（m3/min）、平均循 环时间t 及液气比R 环时间tm（s）及液气比R。
二、 特点
优点： 优点： 不必配备空气压缩机及其附属设备， ①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。 节约设备投资，减少厂房面积。 溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。 ②溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。 ③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。 率高、经济效益高的优点。
缺点： 缺点： 由于罐压较低， ①由于罐压较低，对某些产品生产容易 造成染菌。 造成染菌。 ②必须配备低阻力损失的高效空气过滤 系统。 系统。
三、常见类型
搅拌自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 溢流喷射自吸式发酵罐
（一）机械搅拌自吸式发酵罐
构造： 1 构造：
吸气搅拌叶轮和导轮，简称为 吸气搅拌叶轮和导轮， 转子和定子。 转子和定子。 转子由箱底向上升入的主轴带 动，当转子转动时空气则由导 气管吸入。 气管吸入。 转子的形式有九叶轮、六叶轮、 转子的形式有九叶轮、六叶轮、 三叶轮、十字形叶轮等， 三叶轮、十字形叶轮等，叶轮 均为空心形。 均为空心形。
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2 机械搅拌式发酵罐吸 气原理
它的搅拌器是一个空心叶轮， 它的搅拌器是一个空心叶轮， 叶轮快速旋转时液体被甩出， 叶轮快速旋转时液体被甩出， 叶轮中形成负压，从而将罐 叶轮中形成负压， 外的空气吸到罐内， 外的空气吸到罐内，并与高 速流动的液体密切接触形成 细小的气泡分散在液体之中， 细小的气泡分散在液体之中， 气液混合流体通过导轮流到 发酵液主体。 发酵液主体。