通风发酵设备
第一篇第二章通风发酵设备
防止泄露、污染杂菌。
采用—— 双端面轴封 结构：如图
原理
填料函 端面轴封 双端面轴封
现在好气性发 酵罐中已不再采用 此密封。 但是在转速较低的 其他设备中，如味 精结晶锅、啤酒糖 化罐等，仍用填料 函轴封做为密封。
采用氟橡胶 和碳素纤维 盘根
端面轴封
又称机械轴封，机械密封.
系指两块密封元件垂直于轴线的光洁而平
要达到全挡板条件必须满足下式要求：
b (0.1 ~ 0.12 ) D ( )n n 0 .5 D D
b----挡板宽度，mm。 D---- 罐的直径，mm； n---- 挡板数， 个；
竖立的蛇管、列管、排管，也可以起挡板作用。 挡板长度：自液面起至罐底为止。
挡板与罐壁之间的有一定的距离 。
3. 轴封 作用：使传动的搅拌轴与罐之间密闭，
（2）弹簧加荷装置 弹簧座靠螺钉固定在轴上； 当轴转动时，由弹簧座带动弹簧， 传递扭矩，带动动环及动环上的密封 圈 转动，并向静环端面传递压力，即：弹簧的弹力 。
弹簧：小轴4根，大轴6根。
（3）辅助密封元件 主密封——端面密封 动环与轴之间的————相对静止 辅助密封 静环与静环座之间 静环座与壳体之间 绝对静止
传热壁较厚
K值较低 弯曲处易蚀穿 传热系数较蛇形管低 用水量大
5m3以下的罐
冷水温度
（ 4~6组）
K值较大
要求低
（3）竖式列管：有利于提高温差 （排管） 传热推动力大
加工方便
为了提高传热系数，可采用罐外装设板式换热器，不仅强化了热交换， 而且便于检修和清洗。
第二节
如： 有机酸
抗生素 维生素
机械搅拌通风发酵罐的溶氧传质
第十章 通风发酵的设备
第二节
通气与搅拌
一、搅拌器的型式及流型 1. 型式
机械搅拌器大致可分为：轴向推进、径向推进
（1） 螺旋桨式搅拌器
（2）圆盘平直叶涡轮搅拌器
（3）圆盘弯叶涡轮搅拌器
（4）圆盘箭叶涡轮搅拌器
2. 流型
（1）罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型
（2）涡轮式搅拌器的流型
（3）装有套筒时的搅拌器搅拌流型
（9）发酵罐的换热装臵
①夹套式换热装臵
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。
②竖式蛇管换热装臵
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 气温高的地区，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却 。
E
A. 几种电解质的混合溶液
氧的溶解度根据溶液的离子强度计算：
lg CW hi I i *
*
C
e
i
hi：第I种离子的常数（m3/kmol） Ii：第I种离子的离子强度（kmol/m3）
B. 非电解质溶液
C lg C
*
*
W * n
K CN
C ：氧在在非电解质溶液中的溶解度（mol/m3）
③使菌体分散，同时减少菌体表面液膜的厚度，有
利于氧的传递；
④使发酵液产生湍流，降低气/液接触界面的液膜厚 度，减小氧传递过程的阻力，增大KLa值。
带有机械搅拌的通风发酵罐其搅拌器与氧传递
速率常数KLa的关系
Pg K L a k V
0.95
Vs0.65
发酵设备 第五章 通风发酵设备
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
第六章 通风发酵设备 第一节对通风发酵设备的要求
3.搅拌通风装置使之气液充分混合，保 证发酵液一定的溶解氧。
4.足够的冷却面积。 5.尽量减少死角。 6.轴封严密。 7.维修操作检测方便
（二）发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密闭式受压设 备，主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、 打泡器、中间轴承、空气吹管（或空气 喷射管），挡板、冷却装置、人孔等
对通风发酵设备的要求
（4）有良好的热量交换性能，以适应灭 菌操作和使发酵在最适温度下进行；
（5）尽量减少泡沫的产生或附设有效的 消沫装置，以提高装料系数；
（6）附有必要的可靠检测及控制仪表。
1. 发酵罐的结构
一机械搅拌通用式发酵罐 （一）发酵罐的基本条件 原理：利用机械搅拌器的作用，使空
优点和缺点
3°不需要调整。动环由于密封流体压力和弹 簧力等推向静环方向，密封面自动保持紧密接 触，因此不需要调整。
4°摩擦功率损耗小。由于密封端面的面积小、 摩擦系数小，故摩擦阻力小，功率消耗小。其 损耗功率仅为填料函密封的10～15％。
5°轴与轴套不受磨损。 6°结构紧凑，安装长度较短。由于不需要调
罐身：冷却水进出管，进空气管，温度 计管和测控仪表接口。排气管应尽量靠 近封头的轴封位置。
2.搅拌装置
目的：有利于液体本身的混合及气液、 气固之间的混合，
质量和热量的传递，特别是对氧的溶解 具有重要的意义，
加强气液之间的湍动，增加气液接触面 积及延长气液接触时间。
搅拌器结构
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的液 流。
填料函密封和机械密封（或称端面密封）
1.填料函密封
填料箱本体固定在发酵罐顶盖的开口法 兰上，将转轴通过填料函，然后放置有 弹性的密封填料，然后放上填料压盖， 拧紧压紧螺栓，填料受压后，产生弹性 变形堵塞了填料和轴之间的间隙，转轴 周围产生一定的径向压紧力，从而起到 密封介质压力的作用。
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
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。
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
（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。
发酵与酿造的主要设备介绍
• 批发罐的主要优点是污染杂菌的比例小，操作
灵活性强，可用来进行几种不同产品的生产。 其缺点是发酵罐的非生产停留时间所占比重大 ，非稳态工艺过程的设计和操作困难。 连续发 酵的主要的优点是可连续运行几个月的时间， 非生产时间很短；缺点是容易染菌，它适用于 不易染菌的产品如丙酮、丁醇、酒精、啤酒发 酵等。连续发酵还有以下一些优点：
锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中 等硬度物料的中碎与细碎作业。由于各种脆 性物料的抗冲击性较差。因此，这种粉碎机 特别适用于脆性物料。
图3-1锤式粉碎机 筛网 2.轴 3.锤刀 4.冲击板 5.机壳
• 锤式粉碎机如图3-1，主轴上有钢质圆盘或方盘
转子，盘上装有可拆换的锤刀。锤刀可以自由 摆动。当主轴经800～2500r/min在密封的机壳 内旋转时，刀片在各个不同的位置上，能够以 很大的冲击力将物料粉碎。加入到粉碎机中的 物料，首先与锯齿形的冲击板撞击，已经被粉 碎的物料，通过机壳上的格栅网孔排出。未被 粉碎的物料，被筛网阻截，再次受锤力冲击粉 碎。如遇有坚硬不能粉碎的物料，由于锤刀是 活动地悬挂在盘上，可以摇动而让开，可避免 损伤机器，当然锤刀要受到较大的磨损，甚至 损坏筛网。如遇有坚硬的物料，可再次或多次 冲击粉碎。粉碎的物料，连续穿过机内的筛网 排出。为了避免堵塞，除将筛网孔做成上小下 大的锥形孔外，被粉碎的物料含水量不应超过 10%～15%。
发酵与酿造的主要设备 介绍
2024年2月1日星期四
一、原料处理设备
• (一)原料粉碎设备 • 在发酵与酿造过程中，为了加速蒸煮、糖化、
发酵的反应速度，对于使用的固体原料，常需 将其粉碎。使大块固体物料破碎成小块物料的 操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉 碎为粉末状物料，则称为磨碎或研磨。
发酵设备介绍范文
发酵设备介绍范文发酵设备是在发酵过程中起到关键作用的设备，它能提供适宜的发酵环境，使微生物能够充分发挥其作用，产生所需的产物。
下面将对常见的发酵设备进行介绍。
一、发酵罐发酵罐是进行大规模发酵时常用的设备之一，它具有一定的容积和搅拌机构。
发酵罐通常由不锈钢制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。
在发酵过程中，罐内通过搅拌机构对培养基进行循环搅拌，使微生物均匀与培养基接触，提供充分的氧气和营养物质，从而促使微生物生长和代谢产物的生成。
二、发酵槽发酵槽是进行大规模发酵的另一种常见设备。
与发酵罐相比，发酵槽一般容积更大，可以同时进行多个批次的发酵，提高生产效率。
发酵槽通常由玻璃钢制成，具有较好的机械强度和化学稳定性。
槽内通常设置有适当数量的搅拌器和氧气输入装置，以保证微生物充分供氧和混合，达到最佳的发酵效果。
三、发酵棚发酵棚是一种用于控制温度、湿度和通风的设备，用于保持发酵过程中的适宜环境。
发酵棚一般具有良好的保温性能和调节性，可以根据发酵过程的需要进行温度和湿度的控制。
在发酵棚内，可以根据具体发酵过程的需要添加合适的湿度控制装置和通风装置，以达到最佳的发酵条件。
四、发酵箱发酵箱是一种小型的发酵设备，通常由金属或塑料制成，体积较小、结构简单。
发酵箱通常用于实验室或小规模生产中，可以进行小量培养基的发酵实验。
发酵箱通常具有加热装置和温度控制装置，可以通过控制温度来模拟不同的发酵条件。
在发酵箱中，可以进行各种微生物培养和酶制剂的生产。
五、发酵堆发酵堆是一种特殊的发酵设备，主要用于堆肥发酵。
它通常由有机原料、微生物和水按一定比例混合而成，然后通过堆放、翻堆的方式进行发酵。
发酵堆一般具有较大的露天空间，并设置有通风装置和排水装置，以保持适宜的湿度和通气性。
在发酵过程中，微生物分解有机物质，释放出热量，达到杀灭病原体、腐败菌和杂草种子的目的。
总之，不同的发酵设备具有不同的特点和应用范围，可以根据具体的发酵需求选择合适的设备。
发酵工程与设备2005版(第一篇)第二章通风发酵设备
凹现象的最低条件。..\图片\通风发酵设备 \全挡板条件下搅拌流型.avi
要达到全挡板条件应满足公式要求： (0.1 ~ 0.12) D B n ＝0.4 （ ）n＝ D D――罐径 n――挡板数。
D
B――挡板宽度
挡板为什么不能紧贴焊在壁面？
挡板不能紧贴焊在壁面，否则会造成发酵 培养基的残渣堆积于挡板背侧形成死角， 应留有空隙，该间距一般为（0.1－0.3） 挡板宽度。
Ф――焊缝系数，双面焊Ф＝0.8，无焊缝Ф＝1.0； C――腐蚀裕度，δ－C＜10 mm时，C＝3mm； [σ]―― 许 用 应 力 ＝ σ/n ， σ―― 钢 板 抗 拉 强 度 ： 35kg/mm2,n=4(t<250℃时) 当受外压时，其壁厚计算：
δ1＝
pD H 1 1 C 2400 p D H
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、发酵罐满足的基本条件 1）发酵罐应具有适宜的径高比。 2）发酵罐能承受一定的压力。 3）发酵罐的搅拌通风装置能使气泡分散细碎， 气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧， 提高氧的利用率。 4）发酵罐应具有足够的冷却面积。 5）罐内应抛光，尽量减少死角，避免藏垢积 污，使灭菌彻底，避免染菌。 6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
5．空气分布器 有单管式和环形 管式两种。
为什么单孔管和多孔环管对氧的传 递影响不大？
通气装置的目的是使空气均匀分布，以利 氧的传递。但是，发酵生产中通气量大， 培养液体积也大,空气气泡直径与空气通气 装置的孔径无关，与通气量有关，加之， 发酵过程中有激烈的搅拌，在剪切力作用 下，气泡即被破碎成细小的气泡。所以单 孔管和多孔环管对氧的传递影响不大。反 而多孔环管会造成不必要的压力损失，小 孔被物料堵塞造成灭菌不透而产生染菌的 隐患。目前，大型发酵罐都采用单孔管， 小型采用多孔环管。
5 第五章 通风发酵罐.
刮板式消泡器:卧式偏心刮板消泡器，立式刮板式消泡器。 刮板式消泡器:卧式偏心刮板 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成。 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: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。板的转速为1000~1400r/min。 消泡后的液体返回发酵罐，气体则通过气体出口排出。
机械搅拌发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风发酵罐类型 喷射自吸式发酵罐 伍氏发酵罐 文氏发酵罐 塔式发酵罐
机械搅拌通风 通风发酵罐 §1 机械搅拌通风发酵罐[70~80%] 一、结构 、 它由圆柱体及椭圆形或碟形 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板 或复合不锈钢制成， 或复合不锈钢制成，衬里用的不 锈钢板厚为2~3mm。 锈钢板厚为2~3mm。 为了在一定压力下操作、 为了在一定压力下操作、空消或 实消，罐为一个受压容器， 实消，罐为一个受压容器，通常 灭菌压力为2.5 2.5kg/cm 绝对） 灭菌压力为2.5kg/cm2（绝对）
2]挡板:作用是改变液流的方向， 2]挡板:作用是改变液流的方向，由径向流改 挡板 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 挡板宽度取（0.1-0.12）D，设4~6块即可满足 全挡板条件。 全挡板条件” “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。 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： (B/D)Z=[(0.1~0.12)D/D] × Z=0.5
200立方米的青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐说明书
200立方米的青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐说明书摘要：1.青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐简介2.发酵罐的规格和容量3.机械通风搅拌发酵罐的工作原理4.发酵罐的操作流程5.发酵罐的维护保养6.安全注意事项正文：一、青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐简介青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐是一种用于生产青霉素的设备，通过机械通风和搅拌的方式，为青霉素丝状菌提供良好的生长环境，以提高青霉素的产量和品质。
二、发酵罐的规格和容量本设备为200 立方米的青霉素丝状菌机械通风搅拌发酵罐，具有较大的发酵空间，可满足大规模生产的需求。
三、机械通风搅拌发酵罐的工作原理机械通风搅拌发酵罐通过机械通风系统将新鲜空气引入发酵罐内，以满足青霉素丝状菌生长所需的氧气。
同时，搅拌器在罐内不断搅拌，使青霉素丝状菌与培养基充分接触，促进营养物质的利用和代谢产物的排出。
四、发酵罐的操作流程1.准备阶段：检查设备是否完好，准备所需的培养基和青霉素丝状菌种。
2.加料阶段：将培养基加入发酵罐，然后加入青霉素丝状菌种，搅拌均匀。
3.发酵阶段：启动机械通风和搅拌系统，控制发酵过程中的温度、pH 值和通气量等参数。
4.监控阶段：定期取样检测青霉素产量和品质，调整发酵参数。
5.收获阶段：发酵完成后，停止通风和搅拌，将发酵液进行后续处理，提取青霉素。
五、发酵罐的维护保养1.定期检查设备运行状况，发现异常及时处理。
2.清洗发酵罐时，应使用无菌的清洗剂，避免污染。
3.定期更换搅拌器和通风系统的易损件。
4.保持工作环境的整洁和卫生。
六、安全注意事项1.操作设备时，应穿戴好劳动保护用品，防止意外伤害。
2.严禁在设备运行时进行检修和清洁。
3.发酵过程中，注意观察发酵罐内压力变化，防止压力过高导致事故。
通风发酵 设备
4.1 机械搅拌通风发酵罐
机械搅拌通风发酵罐又称为通用式发酵罐。它是利用机 械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵 液中溶解，以供给微生物生长繁殖、发酵需要的氧气。
4.1.1 机械搅拌通风发酵罐的结构
机械搅拌通风发酵罐主要部件有罐体、搅拌器、挡板、 联轴器和轴封、空气分布器、传动装置、冷却装置、消泡器、 人孔、视镜等，大型机械搅拌通风发酵罐结构如图4-1所示。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（a）旋风离心式； （b）叶轮离心式
图4-6 离心式消泡器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
7．换热装置 （1）夹套式换热装置 这种装置多用于容积较小的发 酵罐或种子罐，夹套高度比静止液面稍高。优点为结构简单， 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易清洗灭菌。 （2）竖式蛇管换热装置 这种装置的蛇管分组安装于发酵 罐内，有四组、六组或八组不等。该装置的优点是：冷却水 在管内的流速大，传热系数高，约为1200～1800 kJ／ （m2·h·℃），若管壁较薄，冷却水流速较大时，传热系 数可达4200 kJ／（m2·h·℃）。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。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
图4-2 蜗轮搅拌器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（2）螺旋浆式搅拌器 它在罐内将液体向下或向上推 进，形成轴向的螺旋运动，其混合效果较好，但造成的剪 率较低。螺旋浆式搅拌器一般为 4～6片宽叶，投影覆盖率 可达90％。国内外较典型的螺旋浆式搅拌器有ProChem公司 的MaxFlo，Lightnin公司的A315搅拌器，结构如图4-3。 A315特别适合于气一液传质过程，在直径大于lm的实验装 置中，同样的输入功率下，A315桨的持气量比Rushton涡轮 高80％，剪切力仅为Rushton涡轮的 25％，产量提高10 ％～50％。
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
机械搅拌通风发酵罐的设计
机械搅拌通风发酵罐的设计机械搅拌通风发酵罐是一种用于发酵有机物质的设备。
它又被称为机械通风式发酵罐，常用于有机肥料生产、沼气发酵、生物质能源发酵等领域。
设计一台高效的机械搅拌通风发酵罐需要考虑以下因素：1. 设计容积机械搅拌通风发酵罐的设计容积需要考虑到原料预处理后的固态密度，发酵过程中的充分膨胀及发酵物料的密实度。
通常，机械搅拌通风发酵罐设计的容积应该在15~100m3之间。
2. 结构设计机械搅拌通风发酵罐的结构设计需要考虑到其承受能力、外部环境的要求以及运输的方便性。
常用的材料有钢材、玻璃钢、混凝土等，强度越高的材料越适合用于制作机械搅拌通风发酵罐。
另外，罐体需要具有重量轻、强度高、隔热性好、抗腐蚀和易清洗等特点。
3. 搅拌系统设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌系统需要具有均匀、高效、节能等特点。
常用的搅拌方法有机械式搅拌和气力式搅拌，其中机械式搅拌通常是通过叶轮或圆盘搅拌器进行搅拌，气力式搅拌则是通过喷射压缩空气来实现搅拌。
搅拌器应避免对发酵物料的损害，杜绝沉淀现象，同时要保证罐内发酵物料的均匀性。
机械搅拌通风发酵罐的通风系统设计应考虑到通风量、风机的型号和数量、排气要求等因素。
罐内氧气的供应和二氧化碳的排放是保证酵素的正常活动和防止罐体产生过高压力的重要手段。
通风系统应该灵活，能够随时调整通风量大小以适应发酵过程中不同的需求。
机械搅拌通风发酵罐的控制系统设计应考虑到参数监测、温度控制、气气体控制等方面。
为了保证罐内发酵物料的均匀性和质量，应安装相应的检测仪器并设定最优参数。
同时，为了保证工作效率和生产安全，控制系统还应能够实现远程监控和故障自诊断及报警等功能。
机械搅拌通风发酵罐的设计需要从多个角度出发，并针对具体应用领域进行优化。
在实际生产应用中，还需要根据特定的发酵物料和生产工艺进行相应的调整和优化，提高发酵效率和生产质量。
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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。
1. 适宜的高径比：H：D=2.5-4; 2. 耐压 3. 良好的传质能力;4. 足够冷却面积 5. 抛光，死角少6. 轴封严密
第三节 通风固相发酵设备
第一节 机械搅拌通风发酵罐
机械搅拌通风发酵罐的结构 机械搅拌通风发酵罐的结构尺寸计算
机械搅拌通风发酵罐的热量和冷却面积计算 轴功搅拌器率的计算 小型机械搅拌通风发酵罐设备操作
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 空气和发酵液充分混合， 促使氧在发酵液中溶解， 以保证供给微生物生长繁 殖、发酵所需要的氧 气。
通风发酵设备
2009.10
机械搅拌通风式生物反应器
光照式生物反应器
大型啤酒发酵罐
郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙
2009.10
郑裕国 王1900年以前，雏形，它带有简单的温 度和热交换仪器。 第二阶段: 1900-1940年， 出现了200m33的钢制发酵罐 在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器 机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。
5－中间轴承； 6－温度计接口；
7－搅拌叶轮； 8－进风管；
9－放料口；
10－底轴承；
11－热电偶接口；12－冷却管；
13－搅拌轴； 14－取样管；
15－轴承座； 16－传动皮带；
17－电机；
18－压力表；
19－取样口； 21－进料口；
22－补料口； 23－排气口；
24－回流口； 25－视镜
1.罐体
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；
搅拌器有径向流涡轮搅拌器. 轴向流搅拌 器和组合式搅拌器三种。
1 ）径向流涡轮搅拌器
平直叶
液体径向流动 强烈，搅拌能力 最弱，消耗功率大 ，粉碎气泡能力 最强
弯叶
混合要求特别高 时用该种，消耗 功率较小，粉碎 气泡能力次之
箭 液体轴叶向流动更 强烈，搅拌能力 最强，消耗功率最 小，粉碎气泡能力 最弱
小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于 清洗和配料
材料为碳钢或不锈钢，可用衬不锈钢或复合不锈钢 ，衬里不锈钢厚度2-3mm，耐压0.25MPa，壁厚 取决于罐径和罐压。
受内压壁厚计算：
S
PD
C
230[ ] P
P-罐压，D-罐径； φ-焊缝系数，双面对接0.8，无焊缝1 C-腐蚀裕度，S-C<10mm时，C=3mm
罐体由罐身，罐顶及罐底组成，罐 身一般为圆柱体，中大型发酵罐罐顶多 采用椭圆形或碟形封头通过焊接和罐身 连接，小型发酵罐罐底一般也采用椭圆 形或碟形封头通过焊接和罐身连接， 罐顶却多采用平板盖和罐身用法兰 连接。
为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用 的手孔。中大型发酵罐则装设有快开人孔及 清洗用的快开手孔。
压力循环和压力喷射型的生物反应器， 它可以克服一些气体交换和热交换问题 。
计算机开始在生物技术工业上得到广泛 应用。
第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅 猛发展，给生物技术工业提出了新的课题。 大规模细胞培养生物反应器应运而生 胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化 酶生物反应器、膜生物反应器等新型反应器出 现。
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现商品化。
第四阶段：1960-1979年
机械搅拌通风生物反应器的容积增大到 80-150m33。
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。