第二章气升 自吸式发酵罐
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工程设备课件-发酵罐
5-成品收集器
盘顶 旋风方向
图 13-11 空气分配盘
5
6
4 3
2
1
图 13-12 气流喷舞干燥喷咀 空气管 2-压紧螺帽 3-喷咀座 4-压紧螺帽
5-喷咀 6-进液管 7-喷咀口
➢喷雾干燥特点
1.干燥速率快、时间短； 2.干燥温度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。
➢应用
特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制 品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的 干燥。
一，粗馏塔板类型及结构
1 泡罩塔板
该类塔板适宜处理易起泡的液 体。是国内不少酒精厂家的粗 馏塔主要采用的装置。主要由 塔体，塔板和升气管等部件组 成。
泡罩塔的操作：
泡罩底部浸没在塔板上的液体，形成 液封，气体自升气管上升，流经升气 管和泡罩之间的环形通道，再从泡罩 齿缝（主要是分散气体，增大气液接 触面积）中吹出，进入塔板上的液层 中鼓泡传质。常见的泡罩为倒扣的自 行车铃盖形，周边有齿缝。齿缝一般 为矩形，三角形和梯形。
湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：
1.传热过程，热量由气体传递给湿物料，使其温度 升高；
2.传质过程，物料内部的水分向表面扩散，并在表 面汽化被气流带走。
三、干燥设备的选型原则
➢生物工业制品的干燥设备类型
瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥 设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备
低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备
机械搅拌自吸式发酵罐
▪
之
自 吸 式
自 吸
发
式
酵
发
罐
酵
罐
的结Βιβλιοθήκη 构气升式发酵罐类型： 气升环流式
鼓泡式 空气喷射式
盘顶 旋风方向
图 13-11 空气分配盘
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1
图 13-12 气流喷舞干燥喷咀 空气管 2-压紧螺帽 3-喷咀座 4-压紧螺帽
5-喷咀 6-进液管 7-喷咀口
➢喷雾干燥特点
1.干燥速率快、时间短； 2.干燥温度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。
➢应用
特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制 品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的 干燥。
一，粗馏塔板类型及结构
1 泡罩塔板
该类塔板适宜处理易起泡的液 体。是国内不少酒精厂家的粗 馏塔主要采用的装置。主要由 塔体，塔板和升气管等部件组 成。
泡罩塔的操作：
泡罩底部浸没在塔板上的液体，形成 液封，气体自升气管上升，流经升气 管和泡罩之间的环形通道，再从泡罩 齿缝（主要是分散气体，增大气液接 触面积）中吹出，进入塔板上的液层 中鼓泡传质。常见的泡罩为倒扣的自 行车铃盖形，周边有齿缝。齿缝一般 为矩形，三角形和梯形。
湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：
1.传热过程，热量由气体传递给湿物料，使其温度 升高；
2.传质过程，物料内部的水分向表面扩散，并在表 面汽化被气流带走。
三、干燥设备的选型原则
➢生物工业制品的干燥设备类型
瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥 设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备
低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备
机械搅拌自吸式发酵罐
▪
之
自 吸 式
自 吸
发
式
酵
发
罐
酵
罐
的结Βιβλιοθήκη 构气升式发酵罐类型： 气升环流式
鼓泡式 空气喷射式
第二章 通风发酵设备
（3） 挡板 挡板的作用：
a. 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。 b. 防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不 到搅拌作用。 挡板宽度：（0.1～0.12）D，装设4～6块即可满足全挡板条件。 挡板与罐壁之间的间隙：（1/8～1/5）D，避免形成死角，防止物料与菌 体堆积。
全挡板条件：条件是达到消除液面旋涡的最低条件（在搅拌发酵罐中增 加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失）。 （2-3）
(4) 轴封 定义：运动部件与静止部件之间的密封叫作轴封。如搅拌轴 与罐盖或罐底之间。
作用：防止泄漏和污染杂菌。
形式：填料函和端面轴封两种。
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。 端面式轴封又称机械轴封。密封作用 是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密 的相互贴合，并作相对转动而达到密封。
(2)机械搅拌通气发酵罐的溶氧系数
对通气发酵系统的氧溶解过程通常用溶氧系数（kLa）表示，有多种经验公式。
'
Pg ' k L a K ' vs VL
Pg V 或 k L a K '' G VL VL
B、竖式蛇管换热装置
① 结构及形式，以蛇管的形式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。 ② 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。适用于冷却用水温度 较低的地区，水的用量较少。
0.4
vs 0.5n0.5
机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理
机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理1. 引言1.1 概述机械搅拌自吸式发酵罐是一种常用于生物工程领域的发酵设备，它通过搅拌运动和自吸原理来实现对发酵过程中的气体吸收。
在生物工程中，发酵过程是一种重要的生产方法，广泛应用于食品、药品、化工等行业。
为了满足不同类型微生物或细胞对氧气需求的变化，发酵罐需要能够有效地吸收空气中的氧气，并将其溶解到培养液之中。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面详细讨论机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理。
首先，将介绍自吸式发酵罐的基本原理，包括其在发酵过程中起到关键作用的工作原理以及搅拌对吸气效果的影响。
接下来，将探讨机械搅拌自吸式发酵罐的设计与构造相关内容，包括设计要求与考虑因素、液体循环系统设计与优化以及吸气装置设计与改进等方面。
然后，将通过实验与应用案例研究验证机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理，并对实验结果进行分析和应用效果评估。
最后，将总结本文的研究结论，对现有问题提出改进方向展望并探讨机械搅拌自吸式发酵罐在未来的应用前景。
1.3 目的本文旨在全面深入地探讨机械搅拌自吸式发酵罐的吸气原理。
通过对其工作原理、设计与构造以及实验与应用案例研究等方面进行详细分析，旨在提供有关该发酵设备的全面认识和科学指导，为相关领域的学者和工程师提供参考和借鉴，促进机械搅拌自吸式发酵罐技术的进一步发展和应用推广。
2. 自吸式发酵罐的基本原理:2.1 发酵过程概述:发酵是一种利用微生物代谢产生有用产品的过程。
在发酵过程中，微生物将一种或多种可转化的底物（如糖、蛋白质等）通过代谢作用转化为所需的产物，并同时生成能量。
自吸式发酵罐是一种常用于工业规模发酵的装置，可以提供适宜的环境条件来促进微生物生长和代谢活动。
2.2 自吸式发酵罐的工作原理:自吸式发酵罐是指通过真空泵将空气抽出罐内，使内压低于大气压力，从而实现自然地将空气通过搅拌系统引入到液体中，以满足微生物代谢所需氧气的供应。
在自吸式发酵罐中，通常设置了一个称为“混合器”的组件。
第二章 发酵罐
把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动而含气率小的发酵液则下沉形成循环流动实现混合与溶氧传质
第二章
发酵罐
第一节 发酵罐概述 第二节 通风发酵设备 第三节 嫌气发酵设备
目的与要求
掌握发酵罐的定义。 掌握发酵罐的定义。 掌握发酵罐的种类、结构和性能，特别 掌握发酵罐的种类、结构和性能， 是机械搅拌通风发酵罐的结构和主要部 件功能。 件功能。
1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性 ）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑， 能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、 ）有良好的气 液 固接触和混合性能与高效的热量 质量、 固接触和混合性能与高效的热量、 动量传递性能； 动量传递性能； 3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； ）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； ）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化 ）有可行的管路比例和仪表控制， 控制。 控制。
第二节
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 气升式发酵罐 自吸式发酵罐
通风发酵罐——又称好气性发酵罐，需要将空气不 又称好气性发酵罐， 通风发酵罐 又称好气性发酵罐 断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。 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， 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。 液体中的氧的溶解速率也越快。 类型： 类型： 包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、 包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏 罐等类型的发酵罐。 罐等类型的发酵罐。
第二章
发酵罐
第一节 发酵罐概述 第二节 通风发酵设备 第三节 嫌气发酵设备
目的与要求
掌握发酵罐的定义。 掌握发酵罐的定义。 掌握发酵罐的种类、结构和性能，特别 掌握发酵罐的种类、结构和性能， 是机械搅拌通风发酵罐的结构和主要部 件功能。 件功能。
1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性 ）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑， 能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 能好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响； 2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、 ）有良好的气 液 固接触和混合性能与高效的热量 质量、 固接触和混合性能与高效的热量、 动量传递性能； 动量传递性能； 3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； ）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； ）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化 ）有可行的管路比例和仪表控制， 控制。 控制。
第二节
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 气升式发酵罐 自吸式发酵罐
通风发酵罐——又称好气性发酵罐，需要将空气不 又称好气性发酵罐， 通风发酵罐 又称好气性发酵罐 断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。 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， 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。 液体中的氧的溶解速率也越快。 类型： 类型： 包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、 包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏 罐等类型的发酵罐。 罐等类型的发酵罐。
发酵罐的结构型式及发酵领域的应用
发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤1.1发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养完成，从⽣产分为间隙分批、半连续和连续发酵等，但是⼯业化⼤规模的发酵过程，则以通⽓纯种深层液体培养为主。
通⽓纯种培养的发酵罐型式有标准式发酵罐、⾃吸式发酵罐、⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。
⾃吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的⾼速转动，引成真空将空⽓吸⼊罐内，由于叶轮转动产⽣的真空，其吸⼊压头和空⽓流量有⼀定限制，因⽽适⽤于对通⽓量要求不⾼的发酵品种；塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内(亦称⾼位筛板塔式)，在罐底部通⼊⽆菌空⽓，通过⽓体分散进⾏氧的传递，因⽽其供氧量受到了⼀定限制；⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过⽆菌空⽓在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵使发酵液按照⼀定规律运⾏，从⽽达到⽓液传质的效果，⽬前⽓升式发酵罐在培养其较稀薄，供氧量要求不太⾼的条件下(如VC发酵)得到了使⽤。
但在发酵⼯业中，仍数兼具通⽓⼜带搅拌的标准式发酵罐⽤途最为普遍，标准式发酵罐被⼴泛应⽤于抗⽣素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。
重点介绍标准发酵罐的设计，对机械搅拌的⾃吸式发酵罐、空⽓带升环流式发酵罐和⾼位塔式发酵罐仅作简要介绍。
1.1.1机械搅拌⾃吸式发酵罐是⼀种⽆需⽓源供应空⽓的发酵罐，该发酵罐最关键部件是带有中央吸⽓⼝的搅拌器。
⽬前国内采⽤⾃吸式发酵罐中的搅拌器是带有固定导轮的三棱空⼼叶轮，叶轮直径d为罐径D的1/3，叶轮上下各有⼀块三棱形平板，在旋转⽅向的前侧夹有叶⽚，其各部件尺⼨⽐例关系见表10-1。
当叶轮向前旋转时，叶⽚与三棱形平板内空间的液体被甩出⽽形成局部真空，于是将罐外空⽓通过搅拌器中⼼的吸⼊管⽽被吸⼊罐内，并与⾼速流动的液体撞击形成细⼩的⽓泡，⽓液混合流通过导轮流⼊到发酵液主体。
导轮由16块具有⼀定曲率的翼⽚组成，排列于搅拌器的外围，翼⽚上下有固定圈予以固定。
气升式发酵罐(ALR
原理
– 搅拌器由罐底向上伸入的 主轴带动。 – 叶轮旋转时叶片不断排开 周围的液体使其背侧形成 真空，由导气管吸入罐外 空气。吸入的空气与发酵 液充分混合后在叶轮末端 排出，并立即通过导轮向 罐壁分散，经挡板折流涌 向液面，均匀分布。
循环式发酵罐
循环式发酵罐是在液体循环的中途使发
酵液获得氧气，在整个循环周期中予以 消耗，到第二次循环时再重新获得氧。 如此周而复始直到完成整个发酵过程。
文氏管发酵设备用泵将发酵液压入文氏管中由于文氏管的收缩段中液体的流速增加形成真空将空气吸入并使气泡分散与液体混合微生物从而获得生长和代谢所需气泡分散破碎良好并与发酵液密切接触所以气体的吸收效率高
第二节 气升式发酵罐（ALR）
气升式发酵罐（ALR）也是应用最广泛的生 物反应设备。
特点：结构简单、不易染菌、溶氧效率高和
a
b
第三节 自吸式发酵罐
自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，
而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。 我国醋厂、酵母厂、制药厂等均已采用 这种新型设备。
①自吸式发酵罐的结构
自吸式发酵罐罐体的结构大致上与
通用式发酵罐相同，主要区别在于 搅拌器的形状和结构不同。
机械搅拌自吸式发酵罐
②自吸式发酵罐的充气
循环管中上升，并沿着一定路线进行循环，所 以这种发酵罐也叫空气带升式发酵罐或简称带 升式发酵罐。
与通用式发酵罐比较，它具有以下优点：
– （a）发酵罐内没有搅拌装置，清洗方便， 加工容易。 – （b）由于取消了搅拌用的电机，而通风量 与通用式发酵罐大致相等，所以动力消耗有 很大降低。
工作原理
内循环带升式发酵罐
在发酵罐内部进行循环的叫内循环,借循
环管在罐外进行循环的叫外循环。
自吸式发酵罐结构、原理
悲伤的重叠。回别难过，只不过是一时想不开的纠结。如果
发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的形状和结构 不同。自吸式发酵罐使用的是带中央吸气口的搅 拌器。搅拌器由从罐底向上伸入的主轴带动，叶
轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形
成真空，于是将罐外空气通过搅拌器中心的吸气
管而吸入罐内，吸入的空气与发酵液充分混合后 在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散， 经挡板折流涌向液面，均匀分布。空气吸入管通
自吸式发酵罐是一种不需专门为发酵罐内 导入压缩空气的适用于好气发酵的发酵罐。它装 有一种特殊设计的机械搅拌装置，当这种搅拌桨
转动时，紧密贴在桨底的导气管可借桨叶排出液
体时所产生的局部真空把大气中空气经过滤后
吸入罐内。醋厂，酵母厂，制药厂等均已采用这 种新型设备。 一、自吸式发酵罐–结构 自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式
常用一端面轴封与叶轮连接，确保不漏气。 由于空气靠发酵液高速流动形成的真空自
悲伤的重叠。回别难过，只不过是一时想不开的纠结。如果
行吸入，气液接触十分良好，气泡分散较细，从 而提高了氧在发酵液中的溶解速率。据报道，在 相同空气流量的条件下，溶氧系数比通用式发酵
罐高。可是由于自吸式发酵罐的吸入压头和排出
悲伤的重叠。回别难过，只不过是一时想不开的纠结。如果
向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。
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少的。 自吸式发酵罐的缺点是进罐空气处于负压， 因而增加了染菌机会；其次是这类罐搅拌转速甚 高，有可能使菌丝被搅拌器切断，影响菌体的正 常生长器由罐底向上伸入的主轴带动。叶轮旋 转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真 空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵 液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮
发酵罐的结构-发酵罐夹套内部结构
-微生物生长率、产物转化率
传质效率（K*、传氧效率）
•发酵罐的操作因素（传递性能） 传热效率
混合效率
■改善发酵罐的传递性能（传质、传热、混合）是发酵罐设计的 首 要任务
2.发酵罐最大生产能力的确定（续）
■传质工程
■随规模扩大，0 下传氧效率I
（比表面积）I
,
KLa
|
,同等条件
■传热工程
■产热1 x V罐体积
H]
MV ■
= 1
-搅拌桨的层数：根据
H/D及（s/d） n的要求进 行计算。一般3—4层， 底
层搅拌最重要， 1=) 占轴 功率
的40% ,所具叶片 数最多
（6〜8片）。
2.搅拌装置（续）一联轴器
■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。
FD、
口 =矛藉成％）
WM =W--S-P-E・一>-----(吧/ -) 27465.6S)(273+C 如 /小• mui，
TI7 (VW)-V9 (VW)-D OC ------------- OC ------------PD2 P
=。 (%)2
2"
(%)] D{ P2
空气流量放大-—以Ws相等的原则放大
的爰醇罐。
(2) 气升式发酵罐
此类发酵罐是依靠无菌压缩空气作为液体的提升力,使罐内发酵液通过上下 翻动实现混金和传质传热过程。、其特点是结构简单，无轴封，不易污染,
氧传质效tiWj,能隹低，安装维修方便。
(3) 管道式发酵罐
管道式发酵罐是以发酵液的流动代替搅拌作用，依靠液体的流动，实现通气 混合与传质等目的。
机械搅拌自吸式发酵罐的结构特点
次，这种类型的罐混合搅拌转速非常高，有可能 使菌丝被搅拌器切断，使正常的生产受到影响。
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子就想起了你
所以在抗生素发酵上较少采用。但在生化曝气，
食醋发酵、酵母培养方面已有成功的使用。发酵
设备、研制生物反应器和生物过程控制器的专业 生产厂家。产品包括发酵罐、玻璃发酵罐、细菌
机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发
酵罐是一种不需要气源供应空气的带有中央吸
气口的搅拌器的发酵罐。目前国内采用自吸式发 酵罐中的搅拌器是带有固定导轮的三棱空心叶
轮，叶轮直径 d 为罐径 D 的 1/3，叶轮上下各有
一块三棱形平板，在旋转方向的前侧夹有叶片。
当叶轮向前旋转时，叶片与三棱形平板内空间的 液体被甩出而形成局部真空，于是将罐外空气通
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子就想起了你
过搅拌器中心的吸入管而被吸入罐内，并与高速
流动的液体撞击形成细小的气泡，气液混合流通
过导轮流入到发酵液主体。导轮由 16 块具有一 定曲率的翼片组成，排列于搅拌器的外围，翼片
上下有固定圈予以固定。自吸式发酵罐的缺点是
进罐空气处于负压，从而增加了染菌的机会。其
匙工程、发酵工厂的工艺自动化控制和改造。
1ck0f7c7c 发酵罐/
发酵罐、细胞生物反应器、自动程序灭菌发酵罐、
固体发酵罐、酶生物反应器、光生物反应器、特
殊新型生物反应器以及自动生化反应过程控制 系统。产品广泛应用于现代教学、科研、制药、
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子各类实验室
发酵设备、中试发酵车间及大型生产设备等交钥
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子就想起了你
所以在抗生素发酵上较少采用。但在生化曝气，
食醋发酵、酵母培养方面已有成功的使用。发酵
设备、研制生物反应器和生物过程控制器的专业 生产厂家。产品包括发酵罐、玻璃发酵罐、细菌
机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发
酵罐是一种不需要气源供应空气的带有中央吸
气口的搅拌器的发酵罐。目前国内采用自吸式发 酵罐中的搅拌器是带有固定导轮的三棱空心叶
轮，叶轮直径 d 为罐径 D 的 1/3，叶轮上下各有
一块三棱形平板，在旋转方向的前侧夹有叶片。
当叶轮向前旋转时，叶片与三棱形平板内空间的 液体被甩出而形成局部真空，于是将罐外空气通
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子就想起了你
过搅拌器中心的吸入管而被吸入罐内，并与高速
流动的液体撞击形成细小的气泡，气液混合流通
过导轮流入到发酵液主体。导轮由 16 块具有一 定曲率的翼片组成，排列于搅拌器的外围，翼片
上下有固定圈予以固定。自吸式发酵罐的缺点是
进罐空气处于负压，从而增加了染菌的机会。其
匙工程、发酵工厂的工艺自动化控制和改造。
1ck0f7c7c 发酵罐/
发酵罐、细胞生物反应器、自动程序灭菌发酵罐、
固体发酵罐、酶生物反应器、光生物反应器、特
殊新型生物反应器以及自动生化反应过程控制 系统。产品广泛应用于现代教学、科研、制药、
唱了一首《你不是真正的快乐》，当歌的旋律响起的时候，我一下子各类实验室
发酵设备、中试发酵车间及大型生产设备等交钥
一种独立气升式双循环发酵罐[发明专利]
![一种独立气升式双循环发酵罐[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3ca7589e8e9951e79a8927b9.png)
专利名称：一种独立气升式双循环发酵罐专利类型：发明专利
发明人：王金玲,吕长山,高照亮
申请号：CN201110099987.3
申请日：20110421
公开号：CN102250752A
公开日：
20111123
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种独立气升式双循环发酵罐。
包括：罐体(1)、保温层(2)、外循环装置(2.3、2.4)、空气进气管(3)、空气进气管单向阀(3.4)空气分布器(3.1、3.2、3.3)、内循环装置(4、4.1、4.2、4.3、4.4)、发酵温度感应器(5)、进料口(6)、消泡剂加入口(7)、罐盖(人孔)(8)、排气口(9)、压力阀(10)、出料口(11)、加热器(12)、视窗(1.1、2.7)等。
发酵罐电路连接到仪表控制器上。
本发明所采用的设计科学合理，克服了现有技术的缺点和不足，结构简单，易于操作，能耗低，发酵效果好。
具有很强的工业化实施性。
申请人：吕长山,王金玲
地址：150030 黑龙江省哈尔滨市香坊区木材街59号
国籍：CN
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机械搅拌通气发酵罐Ppt
A 优点：混合性能相对较好，能耗低，作用范围大
缺点：对气体的控制能力较弱。 缺点：上下混合性能差，不能很好的混合发酵液，功耗较大。 （三）：搅拌器和搅拌轴
F/A：施加液体内的剪切应力 2：机械搅拌自吸式发酵罐
满足全挡板条件的挡板数和宽度可以由下式来计算。
ω：液体的平均流速 φ：焊缝系数 C:腐蚀裕度 S-C<10时，C=3mm
机械搅拌通气发酵罐Ppt
一：发酵罐的分类
（一）通风发酵罐 1：机械搅拌通气发酵罐 2：机械搅拌自吸式发酵罐 3：气升式发酵罐 4：喷射自吸式发酵罐
（二）厌氧发酵罐
二：机械搅拌通气发酵罐
（一）：结构特点 机械搅拌通气发酵罐的主要部件包括罐体、 搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布 器、挡板、冷却装置
缺点：对气体的控制能力较弱。
αF：：系搅数拌器施ω加于A液：体的搅力 拌器对液体的翻动量 （式三中） ：：S:受搅内拌F压器：的和罐搅搅壁拌厚轴拌度 器施加于液体的力 A：叶片的面积 （三）：搅拌器和搅拌轴
缺点：对气体的控制能力较弱。 优点：提高传质系数，减少功率消耗。 二：机械搅拌通气发酵罐 （2）翻动流体：箭叶>弯叶>平叶 缺点：不能很好的分散气体，溶氧能力较差 优点：混合性能相对较好，能耗低，作用范围大 （三）：搅拌器和搅拌轴 1：机械搅拌通气发酵罐 （1）粉碎气泡：平叶>弯叶>箭叶 式中：S:受内压的罐壁厚度 优点：混合性能相对较好，能耗低，作用范围大
（五）空气分布管
作用：将无菌空气引入到发酵罐中的装置。 种类：1：单孔式
2：环 0 1 1PD H H C
式中：S:受外压的罐壁厚度 P:外受压力，kg/cm2 α：系数 H:圆筒高度，mm
（三）：搅拌器和搅拌轴
缺点：对气体的控制能力较弱。 缺点：上下混合性能差，不能很好的混合发酵液，功耗较大。 （三）：搅拌器和搅拌轴
F/A：施加液体内的剪切应力 2：机械搅拌自吸式发酵罐
满足全挡板条件的挡板数和宽度可以由下式来计算。
ω：液体的平均流速 φ：焊缝系数 C:腐蚀裕度 S-C<10时，C=3mm
机械搅拌通气发酵罐Ppt
一：发酵罐的分类
（一）通风发酵罐 1：机械搅拌通气发酵罐 2：机械搅拌自吸式发酵罐 3：气升式发酵罐 4：喷射自吸式发酵罐
（二）厌氧发酵罐
二：机械搅拌通气发酵罐
（一）：结构特点 机械搅拌通气发酵罐的主要部件包括罐体、 搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布 器、挡板、冷却装置
缺点：对气体的控制能力较弱。
αF：：系搅数拌器施ω加于A液：体的搅力 拌器对液体的翻动量 （式三中） ：：S:受搅内拌F压器：的和罐搅搅壁拌厚轴拌度 器施加于液体的力 A：叶片的面积 （三）：搅拌器和搅拌轴
缺点：对气体的控制能力较弱。 优点：提高传质系数，减少功率消耗。 二：机械搅拌通气发酵罐 （2）翻动流体：箭叶>弯叶>平叶 缺点：不能很好的分散气体，溶氧能力较差 优点：混合性能相对较好，能耗低，作用范围大 （三）：搅拌器和搅拌轴 1：机械搅拌通气发酵罐 （1）粉碎气泡：平叶>弯叶>箭叶 式中：S:受内压的罐壁厚度 优点：混合性能相对较好，能耗低，作用范围大
（五）空气分布管
作用：将无菌空气引入到发酵罐中的装置。 种类：1：单孔式
2：环 0 1 1PD H H C
式中：S:受外压的罐壁厚度 P:外受压力，kg/cm2 α：系数 H:圆筒高度，mm
（三）：搅拌器和搅拌轴
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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。
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
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。
（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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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。
（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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。