第五章：通风发酵设备——【生化工程设备】
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发酵设备 第五章 通风发酵设备
图34 碟片式消泡器
图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 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
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一，它是 利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合 促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁 殖、发酵所需要的氧气。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 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
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一，它是 利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合 促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁 殖、发酵所需要的氧气。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
5第五章 发酵设备
优点：
(1)不必配备空气压缩机（自动吸入空气）；
(2) 溶氧效率高； ……
缺点：
较易产生杂菌污染。
之 自 吸 式 发 酵 罐
机械搅拌自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐之 自 Nhomakorabea吸 式 发 酵 罐
工作原理：
其搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体 被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸 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，气液混合流体通过导轮 流到发酵液主体。
第五章 发酵工程 发酵设备
某制药厂抗菌素车间照片
• 通风发酵设备
– 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等
• 嫌气发酵设备
– 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 – 不需要通气
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风固相发酵罐
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
机械搅拌通风发酵罐
• 工作原理：
利用机械搅拌，使空气和发酵液
充分混合促使氧溶解(供给微生物需
要 )。
结构
发 酵 罐 结 构 图
• 罐 体
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
•形状： 圆柱体；椭圆形或碟形封头焊接而
成
•材料：碳钢或不锈钢
•耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。
冷却蛇管
椭圆封头
筒体
• 接管
• 进料管，补料管，进气管，排气管，接
种管和仪表接管等。
• 搅拌器
•作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 •轴向式（浆叶式，螺旋桨式）；径向式（涡轮式）
图3.7 不同搅拌器的流型
• 挡板
通风发酵设备概述
通风发酵设备概述1. 引言通风发酵设备是一种用于促进有机物发酵过程的技术设备。
通过提供适宜的通风条件和控制环境参数，通风发酵设备能够有效地促进微生物的生长和代谢，从而加快有机物的降解和转化过程。
本文将对通风发酵设备的原理、类型和应用进行概述。
2. 原理通风发酵设备的原理是通过控制通风量和温度，提供适宜的氧气和营养物质供给，以及维持适宜的湿度和pH值，从而创造一个有利于微生物生长和代谢的环境。
通风设备一般由通风管道、气体供应系统、温度和湿度控制系统以及监测仪器等组成。
3. 类型根据不同的应用需求，通风发酵设备可以分为以下几种类型：3.1 堆肥发酵设备堆肥发酵设备是一种常见的通风发酵设备，主要用于有机废弃物的处理和资源化利用。
通过控制通风和湿度，堆肥发酵设备可以加速有机物的降解，提高堆肥质量，并降低废弃物对环境的污染。
3.2 生物反应器生物反应器是一种通风发酵设备，广泛应用于生物工程领域。
生物反应器通过控制通风、温度和pH值等参数，提供适宜的条件来促进微生物的生长和代谢，从而实现有机物的转化和产物的生产。
3.3 发酵罐发酵罐是一种专门用于微生物发酵的通风设备。
通风发酵罐通过控制通风量、温度和湿度，提供适宜的环境条件来促进微生物的繁殖和代谢，从而实现有机物的降解和产品的生产。
4. 应用通风发酵设备在农业、生物工程、食品加工等领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：4.1 农业废弃物处理通过堆肥发酵设备的应用，农业废弃物如畜禽粪便、秸秆等可以得到有效的处理和利用。
通风发酵设备可以加速有机物的降解和转化，生成高质量的有机肥料，提高土壤肥力，减少对化学肥料的依赖。
4.2 生物药物生产通风发酵设备在生物工程领域广泛应用于生物药物的生产。
通过生物反应器和发酵罐的控制，可以提供适宜的环境条件来促进微生物的生长和代谢，从而实现有机物的转化和药物的产生。
4.3 食品发酵加工通风发酵设备在食品加工领域有着重要的应用。
发酵工程设备课件 第五章嫌气发酵设备
②罐容量 罐有效容积一般为罐总量的80%左右。 ③锥角 一般在60°～90°之间， 常用60°～ 75°（不锈钢罐常用锥角60°，内有涂 料的钢罐锥角为75°），以利于酵母的沉 降与分离。
④冷却夹套
锥形发酵罐冷却常采用间接冷却。国内一般采用半圆 管、槽钢、弧形管夹套，或米勒板氏夹套在低温低压 （－3℃、0.03MPa）下用液态二次冷媒冷却，国外 多采用换热片式（爆炸成型）一次性冷媒直接蒸发式 冷却。一次性冷媒（如液氨蒸发温度为－3～－4℃） 蒸发后的压力为1.0MPa～1.2MPa,对夹套耐压性要求 较高。由于啤酒冰点温度一般为－2.0～－2.7℃,为防 止啤酒在罐内局部结冰，冷媒温度应在－3℃左右。 国内常采用20%～30%的酒精水溶液，或20%丙二醇 水溶液作为冷媒。
二、新型啤酒发酵设备
二、新型啤酒发酵设备
——圆筒体锥底发酵罐（锥形罐）
锥形罐结构图
（一）圆柱锥底发酵罐的特点
（1）该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便。 （2）圆柱锥形罐具有相当高度，凝聚力较强 的酵母可以沉淀，凝聚性差的酵母就需要离 心分离。 （3）圆柱锥底罐是密闭罐，既可以作发酵罐， 也可以作贮酒罐（二罐法）;也可将发酵和贮 酒合二为一（一罐法）。由于是密闭罐，可 以回收二氧化碳，CO2气体由罐顶排出罐外 并收集。
酒精发酵罐一般不配置机械搅拌装置
酒精发酵罐工作时罐内不同高度的发酵液中 CO2含量有所不同，一般罐底CO2气泡密集程 度高，醪液相对密度小，罐上部CO2气泡密集 程度低，醪液相对密度大，于是相对密度小的 底部发酵液具有上浮的提升力，同时上升的 CO2气泡对周围的液体也具有一定的拖拽力， 这拖拽力和液体上浮的提升力结合就构成气体 搅拌作用。 罐体较大，罐内产生的CO2较少时，可配置侧 向搅拌器。
【精选】微生物工程 第五章 发酵设备
第五章发酵设备Fermentation Settlement /Fermentator2005.3.5参考书籍：1. 《微生物工程》曹军卫、马辉文，科学出版社2002.8 P279－295，P165－1802. 《发酵设备》高孔荣中国轻工业出版社1991.10 P98－121；P126－1713. 《发酵工程概论》王旭华中师范大学生命科学学院P 36－454. 《微生物工程工艺原理》姚汝华，华南理工大学出版社，P158－164内容：一、发酵类型和设备特点总论二、固体发酵特点三、液体深层厌气发酵设备四、通风发酵设备PP4 一、发酵类型和设备特点总论王旭P36发酵设备是发酵工厂中主要设备．它提供了一个适合微生物生命活动和生物代谢的场所。
发酵的类型按培养基的种类来分，有固体发酵和液体发酵两种。
固体发酵已经有悠久的历史，具有简单易行、投资省、设备要求不高、无菌要求不高，适宜于小型生产等特点，所以至今仍有很大价值，在我国农村中制造菌肥、发酵饲料，以及一些传统的酿造食品如饮料酒、酱油、醋、豆酱、面酱、腐乳等，还有部分酶制剂的生产中，仍广泛采用固体发酵生产。
特别是一些大中型酿造企业有一部分正在逐步实现固体培养法的机械化、大型化和连续化。
但固体发酵的机械化、大型化和连续化是比[较困难的，用于现代工业有不少缺点。
因而当今发酵工业的主要生产方式还是液体深层培养法，可有效地进行大量的生产。
发酵类型也可按厌气和好气两类来分，厌气发酵设备和好气发酵设备有很大区别。
工业上采用厌气发酵生产的品种不多，只有酒精、丙酮丁醇等．其发酵设备不需供氧，因而设备结构较简单；而大部分产品如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、单细胞蛋白等均自好气发酵制取。
二、固体发酵设备1. 设备类型王旭P37①盘曲、帘子曲设备——曲盘、帘子：盘曲和帘子曲是最简单的固体发酵技术，适用于农村中小型生产。
曲盘可用竹木制成，底部有孔隙，利于透风；帘子可用芦苇、竹片、柳条编成，可卷起可铺开，卷起便于蒸煮灭菌。
通风发酵
第六章反应器的流动模型与放大
在前边讨论的CSTR和CPFR时，引入了全混流和活塞流概念，并称其
为理想流动模型，在实际生产的反应器流动都不符合上述这两种流动模 型，我们称非流动模型，它介于这两种理想流动模型之间。
在前边讨论，知道反应程度与反应时间有关，反应时间越长，反应
越彻底（转化率越高），反之越低。 在间歇操作反应器中由于物料同时放入，反应后同时放出，所以不存
P n V
g 0.5 s
0.4
0.5
kd=
Pg 2.36 3.30 Ni V
0.56
molO2 s0.7 n0.7 109 mL .min. 大气压（ p)
pg------千瓦；V------m3； vs------截面气速cm/min； n-----转数/分 有kLa与kd换算式可得出kLa的算式
P nD P 0.32 Q
2 3 o g 0.08
0.39
若：发酵罐搅拌器直径D=1.3m，搅拌转速n=80转 数/分，通风量27m3/分，采用涡轮用两档搅拌。 不通风时搅拌功率;
P 2 4.63N n D 10
3 5 2 P
9
P2=2×4.63×4.7×803×1.35×1060 ×10-9 =87.7（KW）
V N molO N 1000 m t 4 ml min
2 V
C
2、）物料衡算法 VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=Px
x 1 N k a Pk a p H H x k 定义： k a H
• p=H C* p*= H C
第五章通风发酵设备
上升管和下降管装在罐外的，称为外循环。装在罐内的， 称为内循环。
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
微生物工程05发酵设备。
• 啤酒发酵设备的发展： 1、木材→水泥→金属 2、开放式→向密闭式 3、方形→圆形卧式→立式圆筒锥底罐 4、人工洗涤→CIP自动清洗系统
一、啤酒前、后发酵设备
1、前发酵设备
• 长、正方形 • 开放式、密闭式 • 控温：槽内控温、发酵
室控温（降温、绝热） • 室内CO2浓度应控制
开放式前发酵槽
2、后发酵槽
• 对于组合形式，根据发酵罐一 般是下部通气的特点，下层搅 拌器选择径向式搅拌器，上层 搅拌器采用轴向式搅拌器。
（3）挡板
• 挡板的作用： ——改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶 解氧。 ——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。 • 竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。 • 挡板与罐壁之间的距离：(1/5-1/8)D，避免形成死角， 防止物料与菌体堆积。
第五章 发酵设备
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
• 第一节 发酵设备概述 • 第二节 通风发酵设备 • 第三节 厌气发酵设备 • 第四节 固体发酵设备
第一节 发酵设备概述
一、基本概念
• 发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的 桥梁。
• 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。
3．厚层式：固体发酵床的底部为多孔筛板，风
道倾斜形，可使平行流动的气流变成垂直流动。 曲层厚度可以是300-350mm。无菌的压缩空气 需调节好温度和湿度，空气的相对湿度一般为 92％，空气风压常为200mmHg，这种装置的进 出料和翻曲可以实现机械化和自动化，在工业 生产上已有应用。
一、啤酒前、后发酵设备
1、前发酵设备
• 长、正方形 • 开放式、密闭式 • 控温：槽内控温、发酵
室控温（降温、绝热） • 室内CO2浓度应控制
开放式前发酵槽
2、后发酵槽
• 对于组合形式，根据发酵罐一 般是下部通气的特点，下层搅 拌器选择径向式搅拌器，上层 搅拌器采用轴向式搅拌器。
（3）挡板
• 挡板的作用： ——改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶 解氧。 ——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。 • 竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。 • 挡板与罐壁之间的距离：(1/5-1/8)D，避免形成死角， 防止物料与菌体堆积。
第五章 发酵设备
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
• 第一节 发酵设备概述 • 第二节 通风发酵设备 • 第三节 厌气发酵设备 • 第四节 固体发酵设备
第一节 发酵设备概述
一、基本概念
• 发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的 桥梁。
• 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。
3．厚层式：固体发酵床的底部为多孔筛板，风
道倾斜形，可使平行流动的气流变成垂直流动。 曲层厚度可以是300-350mm。无菌的压缩空气 需调节好温度和湿度，空气的相对湿度一般为 92％，空气风压常为200mmHg，这种装置的进 出料和翻曲可以实现机械化和自动化，在工业 生产上已有应用。
通风发酵设备
按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式 生物反应器和半间歇式生物反应器。
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可 以分为生物团块反应器和生物膜反应器。
按反应物系在反应器内的流动和混合状态 ：全混流型生物反应器和活塞流型生物反 应器。
按发酵培养基质的物料状态：液态生物反 应器与固态生物反应器。
第一节 机械搅拌通风发酵设备 第二节 其他类型的通风发酵罐
在罐顶上装有视灯及灯镜,进料管、补料管、 排气管、接种管和压力表接管,排气管应尽可 能靠近罐顶中心位置。
在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气 管、取样管、温度计管和测控仪表接口。
罐体各个部分材料多采用不锈钢，为满足 工艺需求，罐体必须能承受发酵工作时和灭 菌时的工作压力和温度。罐壁厚度取决于罐 径，材料耐受的压强。
n
[σ] -许用应力，= n σ ——钢板抗拉强度：35Kg/mm2；
n=4 (t<250℃)
受外压壁厚计算：
S PD [1 2400
1
H
PD
H
]
C
a-系数，直立圆筒45，有焊缝取50 H-圆筒高度，mm
2.搅拌器 和挡板
搅拌器的主要作用是混 合和传质。
1) 使通入的空气分散成气泡并与发 酵液充分混合。 (2) 使气泡细碎以增大气-液界面，以 获得所需要的溶氧速率。 3) 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中， 以维持适当的气-液-固三相的混合与质 量传递 4) 强化传热过程。
一、机械搅拌发酵罐的基本要求
1) 发酵罐应具有适宜的径高比
2) 发酵罐能承受一定压力。
3) 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合， 保证发酵液必需的溶解氧 4） 发酵罐应具有足够的冷却面积 5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积 污， 灭 菌能彻底，避免染菌 6） 具有严密的轴封，防止泄漏。
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可 以分为生物团块反应器和生物膜反应器。
按反应物系在反应器内的流动和混合状态 ：全混流型生物反应器和活塞流型生物反 应器。
按发酵培养基质的物料状态：液态生物反 应器与固态生物反应器。
第一节 机械搅拌通风发酵设备 第二节 其他类型的通风发酵罐
在罐顶上装有视灯及灯镜,进料管、补料管、 排气管、接种管和压力表接管,排气管应尽可 能靠近罐顶中心位置。
在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气 管、取样管、温度计管和测控仪表接口。
罐体各个部分材料多采用不锈钢，为满足 工艺需求，罐体必须能承受发酵工作时和灭 菌时的工作压力和温度。罐壁厚度取决于罐 径，材料耐受的压强。
n
[σ] -许用应力，= n σ ——钢板抗拉强度：35Kg/mm2；
n=4 (t<250℃)
受外压壁厚计算：
S PD [1 2400
1
H
PD
H
]
C
a-系数，直立圆筒45，有焊缝取50 H-圆筒高度，mm
2.搅拌器 和挡板
搅拌器的主要作用是混 合和传质。
1) 使通入的空气分散成气泡并与发 酵液充分混合。 (2) 使气泡细碎以增大气-液界面，以 获得所需要的溶氧速率。 3) 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中， 以维持适当的气-液-固三相的混合与质 量传递 4) 强化传热过程。
一、机械搅拌发酵罐的基本要求
1) 发酵罐应具有适宜的径高比
2) 发酵罐能承受一定压力。
3) 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合， 保证发酵液必需的溶解氧 4） 发酵罐应具有足够的冷却面积 5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积 污， 灭 菌能彻底，避免染菌 6） 具有严密的轴封，防止泄漏。
第五章 通风发酵设备
（8）罐外机械消泡旋转叶片罐外机械消泡 将泡沫引出罐外，利用装置中的旋转叶片所产生的冲击力和剪切力进行消泡。
（9）喷雾消泡 利用冲击力、压缩力及剪断力来进行消泡的方法，它将水及发酵液等通过适当的喷雾器喷出来达到消泡的目的。
（10）离心力消泡 将泡沫注入用网眼及筛目较大的筛子做成的筐中，通过旋转产生的离心力将泡沫分散，从而达到消泡的目的。
(5)根据生物催化剂在反应器中的分布方式，分生物团块反应器和生物膜反应器。生物团块反应器按催化剂的运动状态又分为填充床，流化床，生物转盘等。
(6)根据反应物系在反应器内的流动和混合状态,分全混流型和活塞型生物反应器。
第一节机械搅拌通风发酵罐
细胞生物反应器搅拌方式有内部机械搅拌型，外部液体搅拌型，气升式发酵罐等三种。工业规模的微生物细胞反应器多为搅拌型发酵。
三、喷射自吸式发酵罐
用文式管喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合通气。
1文式管吸气自吸式发酵罐
原理：用泵使发酵液通过文式管吸气装置，由于液体在文式管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。
2液体喷射自吸式发酵罐
第四节高位塔式生物反应器
一种高径比较大的非机械搅拌式生物反应器。它不设置机械搅拌装置，利用通入培养液的空气泡上升时带动流体运动，产生混合效果。适用于培养液粘度低，含固量少，需氧量较低的培养过程。Ｈ/Ｄ高达７，流体深度大，空气进入培养液后有较大的停留时间，并可将气体重新分散，筛板上的降液口有助于液体的循环运动。
第五章 通风发酵设备
利用生物催化剂进行反应的生物反应器在生物过程中，具有中心的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。在反应器中，通过产物的合成，廉价的原料被升值。在生物反应过程中,若采用活细胞(微生物,动植物细胞)为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。采用游离或固定化酶，称为酶反应过程。
（9）喷雾消泡 利用冲击力、压缩力及剪断力来进行消泡的方法，它将水及发酵液等通过适当的喷雾器喷出来达到消泡的目的。
（10）离心力消泡 将泡沫注入用网眼及筛目较大的筛子做成的筐中，通过旋转产生的离心力将泡沫分散，从而达到消泡的目的。
(5)根据生物催化剂在反应器中的分布方式，分生物团块反应器和生物膜反应器。生物团块反应器按催化剂的运动状态又分为填充床，流化床，生物转盘等。
(6)根据反应物系在反应器内的流动和混合状态,分全混流型和活塞型生物反应器。
第一节机械搅拌通风发酵罐
细胞生物反应器搅拌方式有内部机械搅拌型，外部液体搅拌型，气升式发酵罐等三种。工业规模的微生物细胞反应器多为搅拌型发酵。
三、喷射自吸式发酵罐
用文式管喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合通气。
1文式管吸气自吸式发酵罐
原理：用泵使发酵液通过文式管吸气装置，由于液体在文式管的收缩段流速增加，形成真空而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。
2液体喷射自吸式发酵罐
第四节高位塔式生物反应器
一种高径比较大的非机械搅拌式生物反应器。它不设置机械搅拌装置，利用通入培养液的空气泡上升时带动流体运动，产生混合效果。适用于培养液粘度低，含固量少，需氧量较低的培养过程。Ｈ/Ｄ高达７，流体深度大，空气进入培养液后有较大的停留时间，并可将气体重新分散，筛板上的降液口有助于液体的循环运动。
第五章 通风发酵设备
利用生物催化剂进行反应的生物反应器在生物过程中，具有中心的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。在反应器中，通过产物的合成，廉价的原料被升值。在生物反应过程中,若采用活细胞(微生物,动植物细胞)为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。采用游离或固定化酶，称为酶反应过程。
第五章 通气发酵设备
（3）全体积计算
（4）其它主要尺寸间的相互关系(考试时给出)
发酵罐装料容积V的计算
（装料系数 ）
装料量一般装料高度为圆柱部分高度的70％，但泡沫少时可取90％，多时可取60％。
D、机械搅拌通气发酵罐的通气与溶氧传质
氧的溶解过程实质上就是气体吸收过程。用双膜理论解释，即：空气被分散成细小的气泡，尽可能增大气液两相的接触界面和接触时间，以促进氧的溶解。
第五章通气发酵设备
发酵类型和设备
通气发酵罐(好气性发酵罐)
——需要将空气不断通入发酵液中，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，液体中的氧的溶解速率也越快。
类型：机械搅拌式、自吸式、自升式、伍式、文氏管、塔式等。
一、机械搅拌式通气发酵罐
——利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在料液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。
②消泡器
分锯齿形、梳状式及孔板式三种，如：耙式消泡桨、蝶式消泡器。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
(4)测量/传感器系统（pH，T，O2）
(5)附属（人孔、视镜）
C、设计计算
几何尺寸比例
体积
热量计算——后述
发酵罐数——见《嫌气发酵》
（1）Ｈ/Ｄ＝1.7-4
（2）公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和
（3）剪切力小，对生物细胞损伤小。无机械搅拌叶轮
（4）传热良好，液体循环速率高，便于在循环管路加装换热器。
（5）结构简单，无搅拌传动设备，节约动力约50％，省钢材，易于加工制造。
（6）操作和维修及清洗简便，操作无噪音。
（7）料液可充满达80～90％，而不需加消泡剂。
缺点：
不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低。
（4）其它主要尺寸间的相互关系(考试时给出)
发酵罐装料容积V的计算
（装料系数 ）
装料量一般装料高度为圆柱部分高度的70％，但泡沫少时可取90％，多时可取60％。
D、机械搅拌通气发酵罐的通气与溶氧传质
氧的溶解过程实质上就是气体吸收过程。用双膜理论解释，即：空气被分散成细小的气泡，尽可能增大气液两相的接触界面和接触时间，以促进氧的溶解。
第五章通气发酵设备
发酵类型和设备
通气发酵罐(好气性发酵罐)
——需要将空气不断通入发酵液中，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，液体中的氧的溶解速率也越快。
类型：机械搅拌式、自吸式、自升式、伍式、文氏管、塔式等。
一、机械搅拌式通气发酵罐
——利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合，促使氧在料液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。
②消泡器
分锯齿形、梳状式及孔板式三种，如：耙式消泡桨、蝶式消泡器。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
(4)测量/传感器系统（pH，T，O2）
(5)附属（人孔、视镜）
C、设计计算
几何尺寸比例
体积
热量计算——后述
发酵罐数——见《嫌气发酵》
（1）Ｈ/Ｄ＝1.7-4
（2）公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和
（3）剪切力小，对生物细胞损伤小。无机械搅拌叶轮
（4）传热良好，液体循环速率高，便于在循环管路加装换热器。
（5）结构简单，无搅拌传动设备，节约动力约50％，省钢材，易于加工制造。
（6）操作和维修及清洗简便，操作无噪音。
（7）料液可充满达80～90％，而不需加消泡剂。
缺点：
不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低。
《通风发酵设备》PPT课件
发酵罐的类型：机械搅拌型、外部液体循 环式、气升式
精选ppt
4
机械搅拌通风发酵罐（通用式发酵罐）——兼有机 械搅拌和压缩空气分布装置的发酵罐，目前最大的 通用式发酵罐容积为480m3。
精选ppt
5
发酵罐结构：罐体、搅 拌装置、 挡板、 消泡 器、 联轴器、变速装 置、 通气装置、 轴封、
传热装置、人孔、视镜、 进出料管、取样管等。
精选ppt
19
4.1 机械搅拌通风发酵罐
3. 消泡装置：
发酵液中含有大量的蛋白质等易发泡物质，在强烈的通气和 搅拌条件下会产生大量的泡沫，将导致发酵液外溢和增加染 菌机会，进而导致装料系数降低。
减少发酵液泡沫比较有效的方法是加入消沫剂，也可采用机 械装置来破碎泡沫。
天然油脂是最早采用的化学消泡剂，但是其消泡能力弱，作 用时间短。目前，分子量>2000的聚醚、聚二甲基硅烷广泛 用于各种抗生素发酵的泡沫抑制中。
推进式叶轮
17
在相同搅拌功率下不同搅拌器破碎气泡的能力和翻动液 体的能力不同。由于发酵罐的H/D值较大，为了使发酵液充 分被搅动，可在同一搅拌轴上配置多个不同搅拌器。
考虑因素：罐内装料高度、发酵液特性、搅拌器 直径等。
对于抗生素生产发酵罐，一般在 搅拌轴上层采用轴流式搅拌器以强化 混合效果，下层采用径流式搅拌器以 利于粉碎气泡强化氧的传递。
采用下伸轴时要求双端面轴封，轴封要设 计可用蒸汽灭菌，用无菌空气保压防漏及冷却 。而上伸轴可采用单端面轴封。
精选ppt
24
（1）动环和静环 （2）弹簧加荷装置 （3）辅助密封原件
精选ppt
25
8.传热装置：夹套(<5m3)、内蛇管、外盘管
Q 发 酵 Q 生 物 Q 搅 拌 Q 空 气 Q 辐 射
精选ppt
4
机械搅拌通风发酵罐（通用式发酵罐）——兼有机 械搅拌和压缩空气分布装置的发酵罐，目前最大的 通用式发酵罐容积为480m3。
精选ppt
5
发酵罐结构：罐体、搅 拌装置、 挡板、 消泡 器、 联轴器、变速装 置、 通气装置、 轴封、
传热装置、人孔、视镜、 进出料管、取样管等。
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19
4.1 机械搅拌通风发酵罐
3. 消泡装置：
发酵液中含有大量的蛋白质等易发泡物质，在强烈的通气和 搅拌条件下会产生大量的泡沫，将导致发酵液外溢和增加染 菌机会，进而导致装料系数降低。
减少发酵液泡沫比较有效的方法是加入消沫剂，也可采用机 械装置来破碎泡沫。
天然油脂是最早采用的化学消泡剂，但是其消泡能力弱，作 用时间短。目前，分子量>2000的聚醚、聚二甲基硅烷广泛 用于各种抗生素发酵的泡沫抑制中。
推进式叶轮
17
在相同搅拌功率下不同搅拌器破碎气泡的能力和翻动液 体的能力不同。由于发酵罐的H/D值较大，为了使发酵液充 分被搅动，可在同一搅拌轴上配置多个不同搅拌器。
考虑因素：罐内装料高度、发酵液特性、搅拌器 直径等。
对于抗生素生产发酵罐，一般在 搅拌轴上层采用轴流式搅拌器以强化 混合效果，下层采用径流式搅拌器以 利于粉碎气泡强化氧的传递。
采用下伸轴时要求双端面轴封，轴封要设 计可用蒸汽灭菌，用无菌空气保压防漏及冷却 。而上伸轴可采用单端面轴封。
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（1）动环和静环 （2）弹簧加荷装置 （3）辅助密封原件
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8.传热装置：夹套(<5m3)、内蛇管、外盘管
Q 发 酵 Q 生 物 Q 搅 拌 Q 空 气 Q 辐 射
微生物工程(发酵)第五章 发酵设备
• 厌氧型发酵罐（酒精、啤酒、沼气发酵）
• 通风发酵罐又称好气（氧）型发酵罐，如 谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母 等发酵用的发酵罐 • 好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中 ，以供微生物所消耗的氧
• 好氧型发酵罐的类型
通用式搅拌罐(满足供氧、通气、搅拌 )
顶搅拌 底搅拌
轴封 磁传动
气鼓式（鼓泡式） 气升式发酵罐 内循环 循环式 外循环 管道式反应器：流动代替搅拌 填充床（液体循环） 固定化发酵罐 流化床（通气搅拌） 自吸式发酵罐 ：不需要空气压缩机，在搅拌过程中自吸入空气 伍式发酵罐 ：多用于纸浆废液发酵生产酵母 重组菌生物反应器
打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发 酵液中； 产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间； 造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度； 动量传递，有利于混合及固体物料保持悬浮状 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式 （涡轮式）两种
搅拌器类型：
轴向式：桨叶式 螺旋桨式
径向式：涡轮式 叶片形状： 平直叶
第五章 发酵设备
思考题：
• 好氧型发酵罐的主要类型及其主要特征（ 气升氏、自吸式、伍氏、文氏管发酵罐） • 通用式搅拌罐的基本结构及主要部件的作 用；
5.1 发酵罐的概述
• 生物反应器（Bioreactor）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，它是一种生物功能模拟机，如发 酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器 等； • 发酵工程中的反应器即发酵罐；
5.3.5 文氏管发酵罐
• 是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，增加发酵液中 的溶解氧。 • 优点是：吸氧的效率高，气 、液、 固三相均匀混合， 设备简单，无须空气压缩机 及搅拌器，动力消耗省。 • 缺点是气体吸入量与液体循 环量之比较低，对于好氧量 较大的微生物发酵不适宜。
生物工程设备 通风发酵设备
168 5 P0 N P L D ＝4.7 （ 1020 0.6 ＝8.07 kW） 60
3 5 i
3
3.求通气时搅拌功率Pg：
3 Pg 2.25 10（
P02Di3 Q 0.08
)0.39
8.072 168 603 0.39 2.25 10 3 ( ) 0.08 1420000 6.55(kW)
0 k L 2.36 3.3n)Pg / VL 0.56 v S.7 0.7 109 （
2.36 3.3) 6.55/6 （
0.56
1.911 10 6 mol O 2 /(mL min atm)( pO 2 )
55.80.7 1680.7 10 9
• 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。
联轴器
• 小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接。
法兰
• 轴承
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 • 中型发酵罐一般在罐内装有底轴承；
• 大型发酵罐装有中间轴承。
• 罐内轴承不能加润滑油，应采用液体 润滑的塑料轴瓦（如石棉酚醛塑料，聚 四氟乙烯等）。 中间轴承
底轴承
• 冷却装置
图2.7 不同搅拌器的流型
• 挡板：
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。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。
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
• 所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内 附件而轴功率仍保持不变。
无挡板的搅拌器形成的流型
泵
L
• 空气喷射装置
之 气 升 式 发 酵 罐
漩涡式空气喷射器
第五章通风发酵
气升式发酵罐
自吸湿发酵罐
机械搅拌通风发酵罐结构
主要部件：
罐体、搅拌装置、挡板、轴封、消泡器、传动 装置、冷却装置、通气装置、人孔、视镜、进料 口、出料口、取样口、补料口、消泡剂流加口， 压力表、安全阀、温度计等。
罐体
罐体有圆筒体和椭圆封头封底组成。
筒体高径比（H/D）=1.7~2.5 标准机械搅拌通风发酵罐H/D=2； 发酵罐的高径比是设计的重参数，它关系到溶氧 效率。 筒体壁厚决定于压力、材料的许用应力、发酵罐的直 径、焊接程度等。
压缩无菌空气
压缩无菌空气
内循环式
塔式
导流孔
筛板
无菌空气
高位罐
自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐
空气
定子 转子 搅拌轴
喷射式自吸式发酵罐
空气
文丘管 泵
第三节机械搅拌通风发酵罐搅拌功率计算
单只涡轮搅拌器不通风时的搅拌功率计算
P N nD
3 5 o P i
Po---不通风时搅拌器输入的功率（瓦） n----涡轮转数（转/秒） Di--搅拌器直径（米） P ----醪液密度（公斤/米3） NP-----功率准数
壁厚的计算公式（内压容器）：
S
2 P
D内P
C
S — 罐筒体壁厚，cm； D — 发酵罐内经，cm； P — 设计压力，kg/cm ；
2
— 材料的许用应力，kg / cm ；
2
— 焊缝系数；
C — 附加余量，cm；
标准椭圆封头壁厚计算同圆筒体壁厚计算， 标准椭圆封头的高等于筒体直径的1/4。
第五章通风发酵设备
概述 通风发酵罐的类型及结构 机械搅拌通风发酵罐搅拌功率计算
通风发酵设备
第三阶段：1940-1960年， 机械搅拌、通风、无菌操作和纯种培养等技术 开始完善
发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现， 耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧 电极，计算机开始进行发酵过程的控制。
发酵产品的分离和纯化设备逐步实的容积增大到 80-150m33。
二、机械搅拌发酵罐的结构
主要部件包括： 罐身 轴封 消泡器 搅拌器 视镜 换热装置 挡板 空气分布管 人孔以及管路 进出料口
1.罐体
罐体由圆柱体及椭圆形 或碟形封头焊接而成，小型 发酵罐罐顶和罐身采用法兰 连接，材料一般为不锈钢。
2
3
大型发酵罐结构
1－轴封 ；
2、20－人孔；
3－梯；
4－联轴节；
生物反应器分类
生物反应包括一系列的生物催化反应，可根 据化学反应工程的分类方法从不同角度对生 物反应器进行分类。
按几何形状或结构特征：釜（罐）式、管式 、塔式、膜式等类型。
按催化剂类型或培养对象：酶促反应器、微 生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物细 胞反应器等。
按供氧：厌氧/好氧微生物细胞反应器（发酵罐） 按反应器所需的混合与能量输入方式： 过机械搅拌输入能量的搅拌型发酵罐 利用气体喷射动能的气升式发酵罐和 用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发 酵罐等。
新型搅拌器
国内研发的新型搅拌器
挡板
挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促 使液体剧烈翻动，增加溶解氧。
通常，挡板宽度取(0.1～0.2)D，高度自罐底起至设计的液面高度为 止。装设4～6块即可。
全挡板条件：是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不 变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：
通风发酵设备
2009.10
第五章 好氧发酵设备
特点：冷却面积小，无需搅拌设备，装料系数达80-90%。 1、结构：罐外设上升管，与罐底部和上部相连接，构成 循环系统，上升管下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s 的高速度喷入上升管，因空气的动能以及比重不同引起的
压力差产生反复循环。
（二）空气提升式发酵罐
有内循环和外循环两种。外循环：空气由导管喷入，经热交 换器进入罐内，机械加速器用于加速混合液的循环速度。 内循环：顶部截面约为底部截面的5-6倍，液流上升速度与下 降速度比为0.37，循环速度0.8次/min。
（一）几何尺寸
1、高径比：对于好氧发酵来说，罐高有利于提高氧的利 用率，但罐高需要提高压缩空气的压力，能耗增加，同时 顶料和底料混合不均，厂房较高，投资较大。一般H/D=2.5 较好，现在发展趋势是H/D越来越小，已达1.8左右。
2、搅拌器直径和档数：通用罐D/D1=3，只能适合罐容积
不太大的场合；当罐较大时，D/D1=3-4。搅拌器的档数要根 据罐高来决定。1-3档。
2、造成大量发酵液逃溢；
3、渗漏后易造成染菌； 4、影响通气和搅拌的效果；
5、妨碍微生物的呼吸，使代谢不正常，导致菌体自溶；
常用消泡方法有化学消泡和机械消泡：
化学消泡：流加食用油或泡敌消除泡沫。
机械消泡：利用机械消泡装臵来打碎、分离泡沫，
常用的装臵有：耙式消泡器、离心式消泡器、刮板式消泡 器、射流消泡器、碟片式消泡器等。 消泡装臵给罐内带来了死角，同时还消耗能量，不如化学 消泡效果好，若消泡剂对后处理影响较小，可单用化学消泡。
（三）气升及外循环发酵罐
空气经气体分布器喷入使气液混合液上升，经回流管返回
罐底部，下部的发酵液经泵、热交换器、喷淋器对罐顶泡沫
进行消泡。
（四）气升环流发酵罐
压力差产生反复循环。
（二）空气提升式发酵罐
有内循环和外循环两种。外循环：空气由导管喷入，经热交 换器进入罐内，机械加速器用于加速混合液的循环速度。 内循环：顶部截面约为底部截面的5-6倍，液流上升速度与下 降速度比为0.37，循环速度0.8次/min。
（一）几何尺寸
1、高径比：对于好氧发酵来说，罐高有利于提高氧的利 用率，但罐高需要提高压缩空气的压力，能耗增加，同时 顶料和底料混合不均，厂房较高，投资较大。一般H/D=2.5 较好，现在发展趋势是H/D越来越小，已达1.8左右。
2、搅拌器直径和档数：通用罐D/D1=3，只能适合罐容积
不太大的场合；当罐较大时，D/D1=3-4。搅拌器的档数要根 据罐高来决定。1-3档。
2、造成大量发酵液逃溢；
3、渗漏后易造成染菌； 4、影响通气和搅拌的效果；
5、妨碍微生物的呼吸，使代谢不正常，导致菌体自溶；
常用消泡方法有化学消泡和机械消泡：
化学消泡：流加食用油或泡敌消除泡沫。
机械消泡：利用机械消泡装臵来打碎、分离泡沫，
常用的装臵有：耙式消泡器、离心式消泡器、刮板式消泡 器、射流消泡器、碟片式消泡器等。 消泡装臵给罐内带来了死角，同时还消耗能量，不如化学 消泡效果好，若消泡剂对后处理影响较小，可单用化学消泡。
（三）气升及外循环发酵罐
空气经气体分布器喷入使气液混合液上升，经回流管返回
罐底部，下部的发酵液经泵、热交换器、喷淋器对罐顶泡沫
进行消泡。
（四）气升环流发酵罐
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第五章：通风发酵设备
第一节：通风发酵罐 第二节：搅拌器轴功计算 第三节：氧的溶解 第四节：发酵罐设计原则
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1
第一节：通风发酵罐
一、通风发酵罐的基本构造 二、气升式发酵罐 三、通用机械搅拌发酵罐
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2
一、通风发酵罐的基本构造
• 严密的边界：保证无菌，注意轴封、阀门、罐体的密封要求。 • 混合装置：机械搅拌或气升，保证三传。 • 换热装置：提供一定的换热面积，保温。 • 通风装置：溶氧或气态营养物。 • 灭菌装置：对罐体及管道、阀门等各部分进行活蒸汽灭菌。
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二、气升式发酵罐
• 气升式内循环反应器 P51 • 气升式外循环反应器
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ห้องสมุดไป่ตู้
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第四节：发酵罐设计原则
一、设计方法 二、设计原则
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一、设计方法
• 产能设计方法：主要生产能力指标的控制 • 动力学设计方法：满足各动力学参数 • 放大过程的参数变化是必然的。而产能的要求是客观的。最终要
通过试车检验来判断。
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第二节：搅拌器轴功计算
一、搅拌器的型式 二、搅拌流型 三、搅拌器轴功率的计算 四、非牛顿型发酵液
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二、搅拌流型
• 轴向流动 • 径向流动
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三、搅拌器轴功率的计算
• 不通气条件下的轴功率计算 • 不通气时多级涡轮的搅拌轴功率计算 • 通气时搅拌轴功率计算
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二、设计原则
1、发酵系统的已灭菌部分与末灭菌部分之间不应直接连通； 2、尽量减少法兰连接。因为震动、热膨胀会使连接移位； 3、尽可能全部采用焊接结构，且磨光； 4、防止死角，裂缝； 5、发酵系统的某些部分能单独灭菌；
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6、任何与发酵罐相通的连接都应蒸汽密封； 7、所用阀门应易于清洗、维修、灭菌； 8、发酵罐对外界保持正压，以防渗漏； 9、材料使用不锈钢； 10、罐底采用椭圆或碟形封头； 11、应设计相应的CIP系统。
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三、通用机械搅拌发酵罐
• 罐体的尺寸比例 P44
• 罐体结构
P31
• 1、罐体；2、搅拌器和挡板；3、消泡器；
• 4、联轴器、轴承、中间轴承；
• 5、变速器；6、空气分布器；7、轴封。
• 发酵罐装料容积计算
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• 发酵罐的换热装置 P82 • 发酵罐管路与死角消除 P453
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一、氧在液体中的溶解
• 影响气体在液体中的饱和浓度值的因素 • 双膜理论
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二、微生物的耗氧
• 摄氧率 • 呼吸强度 • 微生物的呼吸临界氧浓度
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三、溶氧系数的测定
• 亚硫酸盐氧化法 • 溶氧电极法
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P167
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四、非牛顿型发酵液
• 非牛顿型流体 • 非牛顿型流体的搅拌轴功率计算
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第三节：氧的溶解
一、氧在液体中的溶解 二、微生物的耗氧 三、溶氧系数的测定
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一、搅拌器的型式
• 螺旋桨式搅拌器 • 平桨式搅拌器 • 圆盘平直叶涡轮搅拌器 • 圆盘弯叶涡轮搅拌器 • 圆盘箭叶涡轮搅拌器
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