机械搅拌发酵罐的结构

气升式发酵罐
❖ 机械搅拌发酵罐具有众多有点，但是 设备构造比较复杂 ，动能消耗较大。 采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。
气升式发酵罐的结构及原理
❖ 分为内循环和外循环两种 ❖ 罐体 ❖ 上升管 ❖ 空气喷嘴
性能指标
❖ 循环周期时间必须 符合菌种发酵的需要
❖ 选用适当直径的喷 嘴以增加溶氧系数。
机械消泡装置
❖ 锯齿式消泡桨 ❖ 半封闭式涡轮消泡器 ❖ 离心式消泡器 ❖ 刮板式消泡器
连轴器
❖ 联轴器使发酵罐的上下搅拌轴成固定的刚性联接 ❖ 小型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。 ❖ 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。
轴承
❖ 为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而 大型发酵罐装有中间轴承。
❖ 优点较多
❖ 缺点 1.结构较填料密封复杂，装拆不便 2.对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高
空气分布装置
❖ 作用是吹入无菌空气， 并使空气均匀分布
❖ 空气由分布管喷出上升时， 被搅拌器打碎成小气泡，并 与培养液充分混合，增加 了气液传质效果。
夹套式换热装置
❖ 多用于容积较小的发酵 罐、种子罐
挡板
❖挡板的作用是改变液流的方向，由径向改为轴向 流，促使液体剧烈翻动，增加溶氧
❖通常挡板宽度取(0.1~0.2)D,装设6~4块即可满足 全挡板条件
❖竖立的列管、接管也可以起挡板作用。
消泡器
❖ 消泡器的作用是将泡沫打碎。 ❖ 长度约为罐径的0.65倍 ❖ 常见的形式 1. 锯齿式 2. 梳状式 3. 孔板式
思考题
❖ 发酵中如何进行中试及放大试验一直是关键的技术，在 此之中有什么地方需要学习和掌握，有哪些关键技术要 注意。请同学们课后思考？
❖ 预习课本P156~P171
❖ 三路进气 ❖ 四路出气
连消塔加热的连续灭菌
两级冷却、分离、加热的空气除菌流程
❖ 流程的特点：两次冷却，两次分离，适当加热。尤其适 用于潮湿的地区
❖ 可分为 1. 填料函式轴封 2. 端面式轴封
填料函式轴封
❖ 优点：结构简单
❖ 主要缺点 1.死角多，很难彻底灭菌， 容易渗透及染菌 2.轴的磨损情况较严重 3.填料压紧后摩擦功率消耗大 4.寿命短，经常维修，耗工时多
端面轴封Hale Waihona Puke Baidu
❖ 密封作用是靠弹性元件的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑 表面紧密地相互贴合，并作相对 转动而达到密封。
❖ 为了便于拆装，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成 整体。
轴向搅拌器
❖ 形成轴向的螺旋转动，混合
螺旋桨式
效果好，但造成的剪率较低，
对气泡的分散效果不好。
❖ 常用的螺旋桨叶数Z=3，螺距 等于搅拌器直径，最大叶端速 度不超过25m/s
桨叶式
圆盘直叶涡轮搅拌器
❖ 圆盘直叶涡轮搅拌器的圆 盘阻挡大的气泡，避免其从 轴部的叶片空隙上升，保证 了气泡的更好的分散。
酒精发酵罐的结构
❖ 发酵罐体为圆筒形
❖ 底盖和顶盖为 碟形或锥形
❖ 罐顶设备
❖ 罐底设备
思考题
❖ 发酵过程中的微生物要严格控制其染菌的情况，实际生 产中往往要求对染菌进行防治，有哪些关键技术要注意。 请同学们课后思考？
❖ 预习课本P136~P145
通风发酵设备
❖ 四十年代中期，青霉素 的工业化生产，或深层通 风培养技术的出现，标志 近代通风发酵工业的开始
❖ 在深层通风培养技术中， 发酵罐是关键设备。
机械搅拌发酵罐
❖ 机械搅拌发酵罐是利用 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。
❖ 具有很大的循环输送量和 功率输出，包括粘性流体， 非牛顿流体的搅拌混合。
圆盘弯叶涡轮搅拌器
❖ 搅拌流型与平叶涡轮的 相似，在相同的搅拌转速 时，其混合效果较好。
❖ 输出的功率较平叶涡轮的 为小。在混合要求特别高， 而溶氧速率相对要求略低 时，可选用圆盘弯叶涡轮。
圆盘箭叶涡轮搅拌器
❖ 其搅拌流型与上述两种涡 轮相近，但它的轴向流动较 强烈，但在同样的转速下， 它造成的剪率低，输出功率 也较低。
❖ 底轴承和中间轴承的水平位置应能相适应调节。 ❖ 为了防止轴颈磨损，可以在轴承接触处的轴上增加一个
轴套。
变速装置
❖ 试验罐采用无级变速装置。 发酵罐常用的变速装置有三 角皮带传动，圆柱或螺旋圆 锥齿轮减速装置，其中以三 角皮带变速传动较为简便。
轴封
❖ 轴封的作用是使灌顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封， 防止工作介质（液体、气体）沿转动轴渗出设备之外 泄漏或染杂菌。
❖ 夹套的高度比静止液面 高度稍高即可，无须进行 冷却面积的设计。
❖ 优点
❖ 缺点
竖式蛇管换热装置
❖ 竖式的蛇管分组安装于发酵罐
内，容积5m3以上的发酵罐多用
这种换热装置
❖ 适用于冷却水温度较低 的地区，水的用量较少
❖ 气温高，冷却水温度较高， 则发酵降温困难。
竖式列管换热装置
❖ 以列管形式分组对称装于发酵罐内 ❖ 优点：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区 ❖ 缺点：传热系数较蛇管低，用水较大。
食品发酵工程 ——发酵单元操作（四）
课程复习
❖ 发酵设备包括2个主要结构； ❖ 酒精发酵罐的冷却洗涤装置； ❖ 常见的啤酒发酵罐有4大类； ❖ 固体发酵常见有4种反应器； ❖ 发酵过程的常规参数自动监控包括6个指标。
思考题
❖ 通风发酵设备作为发展最为迅猛的发酵设备，有哪些具 体的类型，这些发酵罐是如何运行和工作的，具有什么 样的结构，请同学们课后思考？
机械搅拌发酵罐的结构
❖ 适宜的径高比 ❖ 密封式的受压设备 ❖ 保证必需的溶氧 ❖ 足够的冷却面积
罐体的比例尺寸
❖ 罐的高度与直径 之比一般为1.7~4，
❖ 发酵罐两组搅拌器间 距约为搅拌器直径的3倍
❖ 大型发酵罐可以安装 3组搅拌器
搅拌器
❖ 搅拌器的作用 打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中
自吸式发酵罐
❖ 不需要空气压缩机提供无 菌空气
❖ 高速旋转的转子产生的真 空或液体喷射吸气装置吸 入空气
❖ 用于醋酸及酵母单细胞蛋 白的生产
❖ 节能、节省空间、设备结 构简单
弗盖布氏发酵罐
❖ 动力小，节能 ❖ 具有独特的搅拌 器和通气结构
本章小结
❖ 机械搅拌发酵设备结构一般有11部分的 ❖ 常见的机械搅拌发酵设备有3类