带升式发酵罐
食品机械设备习题集讲解
一、判断题、食品加工机械设备多为成套设备。
×、食品工业不可采用非不锈钢材料制作的容器。
×、带式输送机只能水平输送。
×、原理上讲斗式提升机可以正反向两种方向输送。
×、布袋过滤器在温度高于100℃的环境中，滤袋的材料不能使用天然织物。
×、袋式过滤器大多采用逆气流方式除去袋中积粉。
×、蘑菇定向切片机的刀片为圆形。
√、一般说来，物料的黏度越大，所需的搅拌器功率也越大。
√、高压均质机的均质压力通常用手动方式进行调节。
√、三柱塞泵是理想的配置在高压均质机上的高压泵。
√、套管式热交换器可方便地进行逆流换热操作。
√、当两种流体表面传热系数相差5倍以上时，宜采用翅片管式热交换器。
√、蒸汽注入式加热器是将蒸汽注入产品的直接式加热器。
×、卧式杀菌锅一般只用来进行高压杀菌。
√、软包装罐头必须装在多孔杀菌盘内进行杀菌。
√、食品机械设备分类的国家标准尚未颁布。
√、各种不锈钢的基本成分是铁和铬或铁、镍和铬。
√、一般不锈钢中的铬含量不超过28%。
√、具压力、高温内腔的设备应设置安全阀、泄压阀等超压泄放装置。
√、机械设备的安全操作参数包括额定压力、额定电压、最高加热温度等。
√、严禁在任何食品机械的表面或夹层内采用玻璃纤维和矿渣棉作为绝热材料。
√、设备的产品接触表面应无凹坑、无疵点、无裂缝、无丝状条纹。
√、卫生离心泵的吸入口位置只要低于贮罐内液面，开机时就可将罐内料液吸出。
√、螺杆泵、齿轮泵和离心泵只要改变旋转方向就可以改变输送方向。
×、CIP 是对设备进行就地拆洗的意思。
×、喷头是所有CIP 系统的必备部件。
√、所用CIP 清洗系统的管路中物料流向必须采用自动切换阀。
√、 SIP 是对设备进行就地消毒的意思。
√、食品物料一般采用水为清洗介质进行清洗。
√、双端式自动洗瓶机卫生条件和空间利用率优于单端式。
×、单端式自动洗瓶机卫生条件和空间利用率优于双端式。
发酵工程第7讲
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。
（6）罐体几何尺寸： D/H：1：1.5~4 发酵罐公称容积：V0=Vc+Vb
Vc筒身容积，Vb底封头容积。 Vb底封头容积可根据封头的形状、 直径及壁厚查有关化工手册求得。
也可近似地用下式计算。 V0=Vc+Vb= (π/4)D2×H+0.15D3
2
厌氧发酵罐
厌氧发酵也称静止培养，其设备 和工艺都较好氧发酵简单。 2 .1 酒精发酵罐： 2 .1.1罐体：D/H 1：1.3~1.4 盖和底为圆锥成碟形。 1：糖化醪进口 2：成熟醪排 出口 3：CO2排出回收口 4，5：人孔 6：蛇管 7：温包 8：取样口 9：安全阀
2 .1.2传热系统：蛇管、表面 冷却，一般0.25m2/m3
D罐直径，H罐筒身高
1.1.2 搅拌系统 功能：打碎气泡，均匀培养基， 使液体产生轴向和径向流动。 包括：驱动电机、搅拌轴； 涡轮搅拌器、搅拌叶；挡板； 轴封（端面轴封）
有上、下伸轴：罐体积特别大，使用下伸轴可降低重心， 缩短轴长度，转动时噪音小，但轴封要求严格。
1.1.2.1搅拌器：
搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮 式）两种。
谢
谢！
d：涡轮搅拌器直径 (m) D：罐内径 (m) W：挡板宽度(m) B：底层搅拌叶到罐底的距离(m) S：两搅拌叶之间的间距(m)
搅拌器的档数根据液体的深度（H） 确定，凡H≤D时用一档，当H﹥D时 用多档，但S﹤D
1.1.2.7搅拌器功率的计算：
搅拌的输出功率P(W)与流体的性质、容器的结构尺寸、液位 高度、重力加速度(g)、搅拌器的形式、搅拌器的速度及有无 档板等有关。
发酵罐的结构-2022年学习资料
2.搅拌装置（续一轴承-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，底轴承 中间轴承的水平位置应能-适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应-采用液体润滑的塑料轴瓦（如聚四氟乙烯-等，轴瓦 轴之间的间隙常取轴径的-0.4~0.7%。为了防止轴颈磨损，可以在-与轴承接触处的轴上增加一个轴套。
·发酵罐的类型与发酵类型、工艺类型和产物类型有关。-通用式搅拌罐（满足供氧、通气、搅拌）-顶搅拌∫-轴封搅拌了磁传动-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-固定化发酵 -填充床（液体循环）-流化床（同通气搅拌-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 ：多用于纸浆废液发酵生产酵母-重组菌生物反应器
2.搅拌装置（续一变速装置-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 齿轮减-速装置，其中以三角皮-带变速传动较为简便。
2.搅拌装置（续）一轴封-轴封的作用是使罐顶-或罐底与轴之间的缝-隙加以密封，防止泄-漏和污染杂菌。常用轴封有填料函和端-面轴封两种。
填料函式轴封-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 的效果。-1一转新2一其料压3一压螺栓4一填料-箱体5-钥序6一填料
料-G-图.29-5：通用式发酵罐的几何尺寸比例-H二筒身高度；D一罐径；W一挡板宽度：H-液位高度；d一 拌器直径；s一两搅拌器间距-I-B一下搅拌器距底间距
2.搅拌装置-搅拌的目的-■打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑-■产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间-造 湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，K↑-■动量传递N、Ws,有利于混合及固体物料保持悬浮状态-搅拌的效果：生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n-挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏， 次∝2-搅拌效果评价：传质，传热及混合效果-效果的改善：转速，搅拌器（桨）的形式和数量
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
《气升式发酵罐》课件
REPORTING
• 气升式发酵罐简介 • 气升式发酵罐的应用 • 气升式发酵罐的设计与优化 • 气升式发酵罐的操作与维护 • 气升式发酵罐的发展趋势与展望
目录
PART 01
气升式发酵罐简介
REPORTING
定义与特点
定义
气升式发酵罐是一种利用气体提 升液体的方式进行混合、传质和 传热过程的设备，常用于生物发 酵领域。
乳制品加工
在气升式发酵罐中发酵生产酸奶、 奶酪等乳制品，丰富产品种类和风 味。
在环境保护领域的应用
有机废弃物处理
气升式发酵罐可用于有机 废弃物的厌氧消化处理， 实现废弃物的资源化利用 。
废水处理
通过气升式发酵罐进行废 水处理，降低污染物浓度 ，提高废水处理效率。
沼气生产
利用气升式发酵罐将有机 废弃物转化为沼气，为可 再生能源的开发利用提供 支持。
PART 05
气升式发酵罐的发展趋势 与展望
REPORTING
新型气升式发酵罐的研究与开发
新型气升式发酵罐的研究
01
新型气升式发酵罐的设计与开发，旨在提高发酵效率、降低能
耗和减少环境污染。
新型气升式发酵罐的特点
02
具有更高的传质效率和更低的能源消耗，同时能够更好地控制
发酵过程，提高产品质量和产量。
特点
气升式发酵罐具有结构简单、操 作方便、能耗低、耐腐蚀等优点 ，能够满足大规模生物发酵生产 的需求。
工作原理
工作原理
气升式发酵罐通过气体提升液体的方 式，使发酵液在罐内形成循环流动， 促进微生物与营养物质充分混合，提 高发酵效率。
气体提升
循环流动
发酵液在罐内形成循环流动，使微生 物与营养物质充分混合，提高发酵效 率。
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐是一种常用的发酵设备，用于微生物发酵过程中的生物质的生产。
它的工作原理如下：
1. 发酵罐内部有一定容积的发酵液，通常是一种含有养分物质的培养基。
2. 发酵过程需要微生物产生能量和生长，微生物会吸收培养基中的养分物质，并分解为生物质和代谢产物。
3. 在发酵过程中，微生物会产生一定量的气体，比如二氧化碳。
这些气体会积聚在发酵液中，导致罐内压力上升。
4. 气升发酵罐利用发酵过程中产生的气体推动液体上升。
在发酵罐内，有一个连接气氛的管道或气包，其中的气体将会被推动上升。
5. 当气体上升到一定高度时，它会推动液体从底部的接口进入气升管或气包，然后被推到上部。
6. 这样，液体从底部逐渐被推向顶部，实现了上升式发酵过程。
上升的液体会经过顶部的分离器，将气体与液体分离，然后液体会回流到罐底，形成循环。
7. 上升式发酵过程中，罐底的液体始终与微生物接触，提供养分物质和底部的气氛，使微生物继续进行生长和发酵。
总的来说，气升式发酵罐通过利用发酵产生的气体推动液体的上升，实现了底部液体与微生物的接触和养分补给，促进生物质的产生和代谢产物的积累。
这种工作原理更利于微生物的生长和发酵过程的控制。
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。
第四章生物反应器(2)
生物工程设备课件
（三）酒精发酵罐的计算
1．结构尺寸的确定 2．发酵罐罐数的确定 3．发酵罐冷却面积计算
生物工程设备课件
1．结构尺寸的确定
全容积：
V＝V0/φ， m3
V0-进入发酵罐的发酵液量，m3；
φ -装液系数，0.85~0.90
有锥形底、盖的圆柱形发酵罐的全体积
V D2 H h1 h2
2．主要结构参数 ：反应器高径比H/D 、导流 筒径与罐径比DE/D 、空气喷嘴直径与反应器 直径之比等
3．操作参数 ：液面高度、操作气速 、溶液的 性质 等
生物工程设备课件
气升式反应器的设计
1．液体喷射循环反应器基本设计参数 2．液体喷射循环反应器的循环阻力 3．液体喷射循环反应器中驱动循环的功率和
8-冷却水出口 9-温度计 10-喷淋水收集槽 11-喷淋水出口 12-发酵液及污水排出口
生物工程设备课件
2．换热装置
中小型发酵罐多采用罐顶喷水淋于罐外壁面进 行膜状冷却；大型发酵罐罐内装有冷却蛇管， 和罐外壁喷洒联合冷却装置
3．洗涤装置
水力喷射洗涤装置
洗涤水入口
图4-48 发酵罐水力洗涤器
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
山东中德设备有限公司
生物工程设备课件
自动清洗系统（CIP）
生物工程设备课件
CO2 排出口
洗涤液进口 1
2 3 4
2．大直径露天贮酒 罐
为柱体形罐，略带 浅锥形底，内设自 动清洗装置，罐底 部有CO2喷射环外， 部是保温材料，厚 度达100-200毫米。
部封头设有人孔、视镜、安 全阀、压力表、二氧化碳排 出口；采用自动清洗系统 （CIP）
生物工程设备(发酵设备)习题集(复习提纲)
实用文档生物工程设备习题集一. 单项选择题: (每题1分)1. 目前啤酒厂的糖化锅中利用_____D_______进行搅拌。
A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.醪液内二氧化碳的密度梯度D. 二折叶旋桨式搅拌器2. 空气过滤系统中旋风分离器的作用是_____A_________。
A.分离油雾和水滴B.分离全部杂菌C.分离二氧化碳D.分离部分杂菌3. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前___C___，以确保安全。
A.应该安装截止阀B.应该安装安全阀C.应该安装止回阀D.不应该安任何阀门4. 无论是种子罐或发酵罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，我们称为空罐灭菌，此时对灭菌温度和灭菌时间的要求是________C____________，只有这样才既合理经济，又能杀灭设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
A.高温瞬时(133℃，15秒钟)B.同实罐灭菌一样(115℃，8-15分钟)C.高温长时(127℃，45分钟)D.间歇灭菌(100℃，30分钟，连灭三次)5. 机械轴封的动环的硬度比静环___B____。
动环的材料可用___________，静环最常用的材料是___________。
A.大，碳化钨钢，铸铁B.大，碳化钨钢，聚四氟乙烯C.小，聚四氟乙烯，不锈钢；D.小，聚四氟乙烯，碳化钨钢。
6. 溶液在升膜式蒸发器加热管中出现爬膜的最重要条件是_____D_____。
A.物料进口处或出口处采用浮头管板B.蒸发器壳体应有膨胀圈C.物料在加热管内有足够的浓缩倍数，一般为七倍 D.加热的蒸气与物料之间有足够的温度差，一般为20-35℃7. 目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用_____C_______。
A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.无搅拌器D.锚式搅拌器8. 空气过滤系统中空气加热器的作用是________B______。
A.对空气加热灭菌B.升高空气温度，以降低空气的相对湿度C.对空气加热，蒸发除去空气中的部分水份 D.升高空气温度，杀灭不耐热的杂菌9. 机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般__C__搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
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。
发酵罐简介
发酵罐简介（图）进行微生物深层培育的设施统称发酵罐。
一个优良的发酵装置应具有严密的结构，良好的液体混和性能，较高的传质、传热速率，同时还应具有配套而又牢靠的检测及掌握仪表。
由于微生物有好氧与厌氧之分，所以其培育装置也相应地分为好氧发酵设施与厌氧发酵设施。
对于好氧微生物，发酵罐通常采纳通气和搅拌来增加氧的溶解，以满意其代谢需要。
依据搅拌方式的不同，好氧发酵设施又可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐。
机械搅拌式发酵罐机械搅拌式发酵罐是发酵工厂常用类型之一。
它是采用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促进氧的溶解，以保证供应微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。
比较典型的是通用式发酵罐和自吸式发酵罐。
通用式发酵罐通用式发酵罐是指既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置的发酵罐。
由于这种型式的罐是目前大多数发酵工厂最常用的，所以称为“通用式”。
其容积可自2 0L~200m3,有的甚至可500m3o（不同类型通用式发酵罐）自吸式发酵罐自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要区分在大搅拌器的外形和结构不同。
自吸式发酵罐使用的是带中心吸气口的搅拌器。
搅拌器由从罐底向上伸人的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开四周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人罐内，吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并马上通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面, 匀称分布。
空气吸人管通常用一端面轴封与叶轮连接，确保不漏气。
通风搅拌式发酵罐在通风搅拌式发酵罐中，通风的目的不仅是供应微生物所需要的氧，同时还采用通人发酵罐的空气，代替搅拌器使发酵液匀称混合。
常用的有循环式通风发酵罐和高位塔式发酵罐。
循环式通风发酵罐系采用空气的动力使液体在循环管中提升，并沿着肯定路线进行循环，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。
带升式发酵罐有内循环和外循环两种，循环管有单根的也有多根的。
与通用式发酵罐相比，它具有以下优点：①发酵罐内没有搅拌装置，结构简洁，清洗便利，加厂简洁；②由于取消了搅拌川的电机，而通风量与通用式发酵罐人致相等，所以动力消耗有很大降低。
生物反应器(发酵罐)
第四章生物反应器（发酵罐）发酵罐厌氧发酵罐（嫌气发酵罐）好氧发酵罐（通风发酵罐）第一节厌氧发酵罐酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒等酒精发酵罐（图1）图1 酒精发酵罐1 冷却水入口2 取样口3 压力表4 CO2出口5 喷淋水入口6 料液及酒母入口7 人孔8 冷却水出口9 温度计10 喷淋水收集槽11 喷淋水出口12 发酵液及污水排出口一、形状罐体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形或碟形二、结构尺寸D----罐的直径 H-----圆柱部分的高度h1-----罐底高度 h2-----罐盖高度推荐比例： H=1.1～1.5D h1=0.1 ～ 0.14D h2=0.05 ～ 0.1D发酵罐全容积： V = πD2 (H+h1/3+h2/3) / 4 V = V0 / ηV-----发酵罐的全容积 (m3) V0------进入发酵罐的发酵液量 (有效容积) (m3)η-------装液系数（一般取0.8～0.9）据发酵罐的全容积V和H/D即可确定发酵罐的结构尺寸三、配置人孔、视镜、进料管、压力表和测量仪器的接口、CO2出口（回收管）、排料口和排污口、取样口、温度计接口、冷却装置、洗涤装置冷却装置：中小型罐,多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却 (罐体底部四周有收集槽) 大型罐:罐内有冷却蛇管 (或与外壁喷淋相结合) 洗涤装置：水力喷射洗涤装置 （图2）第二节 通风发酵罐机械搅拌式、自吸式、气升式、高位筛板式等 味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸、SCP一、机械搅拌式发酵罐 （图3）一）基本条件1、适宜的径高比。
[高：直径约为2.5～4]2、能承受一定的压力。
[水压试验（1.5倍）]3、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O 2的利用率 。
4、应具有足够的冷却面积。
[代谢产热]5、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。
[避免积污、染菌]6、轴封应严密，尽量减少泄漏。
二） 罐体的尺寸比例H----柱体高(m) D----罐内径(m) d----搅拌器直径 S----两搅拌器的间距图2水力喷射洗涤装置图3 机械搅拌发酵罐B----最下一组搅拌器距罐底的距离 W----挡板宽度H =（1.7～4）D d=1/3 D S=3 d B=d W =（0.1～0.12）D 三） 发酵罐的结构 1、罐体碳钢、不锈钢、衬不锈钢罐壁厚度取决于罐径及罐压的大小由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成（小型罐罐顶和罐体采用法兰连接） 容积:3、5、20、30、60、75、150、500m 3 有效容积 = 总容积×装液系数 装液系数： 0.65～0.752、搅拌器 （图4）类型： 螺旋浆式 涡轮浆式(六平叶 六弯叶 六箭叶)尺寸： 六平叶涡轮式搅拌器已标准化，称为标准型搅拌器；搅动液体的循环量大，搅拌功率消耗也大叶径: d=(0.3～0.4)D 盘径: di= 0.75 d 叶高: h = 0.3d 叶长: b = 0.25 d搅拌器的间距：1） 最低一组搅拌器距罐底的距离 B = (0.8～1.0)d 2)两组搅拌器之间的间距 S = H L -1.9d/2 ( H L 为液体深度 )3、挡板作用： 改变液体的方向，由径向流改为轴向流，使液体激烈翻动，增加溶解氧。
生物工程设备重点知识
筛选法清理机的工作原理：被清理物料由进料斗1进入，通过控料闸依次到达三级振动筛的三层筛面上。
三层筛面倾斜安装在一个整体筛架上，由振动机构带动作往复振动。
当物料到达第一层筛面，由于筛孔较大，物料及粗杂通过筛孔落到第二层筛面上，第一层筛面上为大杂。
物料到达第二层筛面并通过筛孔，把粗杂清理出来。
物料到达第三层筛面，由于第三层筛孔小，细杂通过筛孔被分离出来。
筛面组合：筛余物法、筛过物法、混合法摆动筛平衡方式：平衡重块平衡（在偏心装置上加设平衡重物）、对称平衡法（双筛体）滚筒分级筛工作原理是：物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级。
粗粉碎：原料粒度在40－1500mm范围内，成品颗粒粒度约5－50mm；中粉碎：原料粒度5－50mm，成品粒度0.1－5mm；微粉碎：（细粉碎）原料粒度2－5mm，成品粒度0.1mm左右；超微粉碎：（超细粉碎）原料粒度更小，成品粒度在10－25μm以下。
粉碎的种类与形式压碎：劈碎、折断、磨碎、冲击破碎。
挤压力、冲击力和剪切力（摩擦力）离心泵的工作原理：启动前，先将泵壳内灌满被输送的液体。
启动，泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。
于是液体以较高的压力，从压出口进入压出管，输送到所需的场所。
当叶轮中心的液体被甩出后，泵壳的吸入口就形成了一定的真空，外面的大气压力迫使液体经底阀吸入管进入泵内，填补了液体排出后的空间。
这样，只要叶轮旋转不停，液体就源源不断地被吸入与排出。
离心泵的主要部件①叶轮：开式叶轮、半闭式叶轮、闭式叶轮②泵壳螺旋杆工作过程：单螺杆泵的工作原理是偏心单头螺旋的转子（螺杆）在双头螺旋的定子孔（螺腔）内绕定子轴线作行星回转时，转子－定子运动付之间形成的密闭腔就连续的、匀速的、容积不变的将介质从吸入端输送到压出端。
发酵罐设计修改-2
103m³气升循环式发酵罐设计书院系：生命工程与食品工程学院班级：生工10级4班组别：第10组小组成员：熊君燕、蔡陈、裴昊宁、徐安全、罗伟2013.5目录一、绪论..................................................................................................................................................... - 1 -1．气升式发酵罐概况......................................................................................................................... - 1 -2.气升式发酵罐的类型及原理............................................................................................................ - 1 -3.气升式发酵罐特点............................................................................................................................ - 3 -4.气升式发酵罐的应用........................................................................................................................ - 4 -二、设计概况............................................................................................................................................ - 5 -1. 发酵设备课程设计的目的.............................................................................................................. - 5 -2.发酵设备课程设计步骤.................................................................................................................... - 5 -3.带控制点的工艺流程图的绘制........................................................................................................ - 5 -4.主体设备工艺条件图........................................................................................................................ - 6 -三、气升循环式发酵罐设计任务及要求 ......................................................................................... - 6 -1.课程设计题目.................................................................................................................................... - 6 -2. 气升循环式发酵罐设计要求.......................................................................................................... - 6 -3.设计基本依据.................................................................................................................................... - 7 -4.课程设计的基本环节........................................................................................................................ - 7 -四、反应器基本设计参数设计............................................................................................................ - 7 -1.液体喷射循环反应器基本设计参数................................................................................................ - 7 -2.液体喷射循环反应器的循环阻力.................................................................................................. - 10 -3. 驱动循环的功率和效率............................................................................................................... - 10 -五、设备工艺结构计算 ....................................................................................................................... - 10 -1.发酵罐直径...................................................................................................................................... - 10 -2．发酵罐总高................................................................................................................................... - 11 - 3．发酵罐的材料............................................................................................................................... - 11 - 4．椭圆封头的设计........................................................................................................................... - 11 - 5．圆柱筒体的设计........................................................................................................................... - 14 -六、辅助设备设计选型 ....................................................................................................................... - 16 -1.正压保护阀...................................................................................................................................... - 16 -2.真空阀.............................................................................................................................................. - 16 -3.CIP清洗装置 .................................................................................................................................. - 16 -4.温度传感器...................................................................................................................................... - 16 -5.液位高度传感器.............................................................................................................................. - 16 -6.压力传感器...................................................................................................................................... - 16 -7.最低液位和最高液位探头.............................................................................................................. - 16 -8.人孔.................................................................................................................................................. - 17 -9.视镜.................................................................................................................................................. - 17 -10.洗涤液接管.................................................................................................................................... - 17 -11.CO2回收压缩空气接管 ................................................................................................................ - 17 -12.冷却剂进出接管............................................................................................................................ - 17 -13.出料管............................................................................................................................................ - 17 -14.支座............................................................................................................................................... - 17 -H及提升高度'h.................................................................................................... - 18 -15.上升管高度e16.喷嘴直径....................................................................................................................................... - 18 -七、热量衡算.......................................................................................................................................... - 18 -1.冷却面积的确定............................................................................................................................. - 19 -2.冷却水耗量的计算......................................................................................................................... - 19 -八、设计数据.......................................................................................................................................... - 20 -九、设计总结.......................................................................................................................................... - 20 - 参考文献............................................................................................................................... - 21 -一、绪论：1．气升式发酵罐概况生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。
发酵罐的常见分类
《发酵罐的常见分类》机械搅拌通风发酵罐，这可是发酵罐里的老大哥。
就像乐队里的指挥，搅拌器在里面起着关键作用，让物料混合得更均匀。
啤酒厂用这种发酵罐生产啤酒，那出来的啤酒口感醇厚，香气扑鼻，你说厉害不？气升式发酵罐，就像一个神奇的喷泉。
空气从底部进去，像喷泉喷水一样，带着发酵液上升，让发酵顺利进行。
在生产单细胞蛋白的时候，用这种发酵罐效率可高啦，就像开了挂一样，产量蹭蹭往上涨。
自吸式发酵罐，它就像一个贪吃蛇。
自己能吸入空气，就像贪吃蛇吃豆子一样把空气吃进去，为发酵提供氧气。
在一些小型的制药厂，用这种发酵罐来生产抗生素，成本低又实用，老板笑得合不拢嘴。
塔式发酵罐，这就像一座高楼大厦。
物料从顶部进去，像人在高楼里一层一层往下走一样，在里面慢慢发酵。
在生产柠檬酸的时候，塔式发酵罐发挥了大作用，那生产出来的柠檬酸质量好得没话说，客户都抢着要。
喷射自吸式发酵罐，它像一把强力的喷枪。
把空气和发酵液喷射出去又吸回来，让它们充分混合。
在生产酶制剂的时候，这种发酵罐能让酶的产量大幅提高，就像找到了宝藏一样，工人都觉得神奇。
伍式发酵罐，这是个独特的家伙。
它结合了搅拌和气升的特点，就像混血儿一样有优势。
在生产一些特殊的生物制品时，伍式发酵罐表现出色，那些生物制品的质量和产量都让人满意，研究员都对它竖起大拇指。
外循环发酵罐，就像一个循环的小世界。
发酵液在罐外循环，就像水流在河道里循环一样，能更好地控制发酵条件。
在生产氨基酸的时候，外循环发酵罐能精准控制温度和酸碱度，生产出来的氨基酸品质一流，市场上可受欢迎啦。
内循环发酵罐，这像一个内部的游乐场。
发酵液在罐内循环流动，像孩子们在游乐场里跑来跑去。
在生产维生素的时候，内循环发酵罐让维生素的合成更稳定，就像有了一个稳定的生产小环境，效果超棒。
膜式发酵罐，它像一个精密的筛子。
利用膜来控制物质的进出，就像筛子筛东西一样。
在生产一些高纯度的生物产品时，膜式发酵罐能把杂质挡在外面，得到的产品纯度高得惊人，那质量简直无敌了。
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带升式发酵罐
带升式发酵罐是以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有效循环。
罐内分为上升管和下降管。
从上升管通入气体，使管内气体含量升高，密度变小，气液混合物向上升，气泡变大，至液面处气泡破裂，气体由排气口排出。
剩下的气液混合物密度较上升管内的气液混合物大，由下降管下降，从而形成循环。
（1）结构
根据上升管和下降管的布置方式不同，带升式发酵罐可分为两类：一类为内循环式，上升管和下降管都在反应器内，循环在反应器中进行，结构较紧凑，如图6.7-3（1）所示。
多数内循环发酵罐内置同心轴导流筒，也有内置偏心轴导流筒或隔板的。
另一类是外循环式，通常将下降管置于发酵罐外部，以便加强传热，如图6.7-3（2）所示。
其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。
图6.7-3 带升式发酵罐
（2）特点
①反应溶液分布均匀，气液固三相均匀混合；
②溶氧速率和溶氧效率较高；
③剪切力小，对生物细胞损伤小；
④传热良好，同时便于在外循环管路加装换热器；
⑤结构简单，冷却面积小，易于加工制造；
⑥维修、操作及清洗简便，可减少染菌机会；
⑦料液填充系数达80％—90％，而不需加消泡剂；
⑧要求通风量和通风压头较高，使空气净化工段的负荷增加，对于黏度较大的发酵液，溶解氧系数较低。
（3）工作机理
在环流管底设有空气喷嘴，空气在喷嘴口以250～300m／s的高速喷人环流管，由于喷射作用，气泡被分散于液体中，借助于环流管内气液混合物的密度与
反应主体之间的密度差，使管内气液混合物连续循环流动。
罐内培养液中的溶解氧由于菌体的代谢而逐渐减小，当其通过环流管时，由于气液接触而达到饱和。
（4）影响带升式罐性能的主要因素
①影响空气消耗量的因素、循环周期必须符合菌种发酵的需要；
②液面到喷嘴缩孔的垂直高度。
由于空气流动和空气的浮力作用，使升液管与罐之间产生压力差，使醪液不断循环。
液面到喷嘴缩孔的垂直高度越大，压力差也越大，醪液循环量及空气提升能力就越大；
③液面至升液管出口高度。
当罐内实际液面低于升液管液体出口时，醪液循环量和升液效率都明显下降，液面越低，效率越低。
当罐内液面与上升管出口相平时，醪液循环量和升液效率都达到最大。
当液面高过上升管出口时，对提高效率没有明显影响；
④摩擦阻力。
尽量缩短循环管的总当量长度，按最短线路安装循环管和选用阻力较小的管件。
并尽量采用单管式，而不采用直径较小的多管式，以减小摩擦阻力。
上升管的出口应在发酵罐侧壁，以切线方向与罐相接，这样管道阻力小，总扬程大大减小，可以提高升液能力；
⑤喷嘴前后压力差。
压力差增大，醪液循环量增大，因而缩短循环周期；
⑥罐内压力。
当罐内压力逐步升高时，醪液循环量及空气提升能力都逐步下降，但变化不大，从经济上考虑，没有特殊必要，最好采用低压操作；
⑦喷嘴直径。
喷嘴较小时，醪液循环量也较小，通常在空气压力较低时，应采用较大直径的喷嘴。
相反，如果空气的压力较高时，喷嘴直径可以缩小。
具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与发酵液均匀接触，增加溶氧系数。