发酵罐设计资料.
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❖ 材料一般为不锈钢。
2020/7/8
16
冷却蛇管
筒体
2020/7/8
椭圆封头
17
2020/7/8
18
（1）罐体 ❖ 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维修或清洗的人孔。 ❖ 罐顶还装有视镜。 ❖ 在罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、
接种管和压力表接管。
2020/7/8
▪ 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等 ▪ 需要强烈的通风搅拌→提高氧传质系数KLa
❖厌氧发酵罐 (嫌气发酵罐)
▪ 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 ▪ 不需要通气
2020/7/8
7
一、发酵罐的类型
2、按供氧方式分类
机械搅拌
机械搅拌通风发酵罐 （通用式发酵罐）
机械搅拌自吸式发酵罐
通风 发酵罐
2020/7/8
32
❖挡板的宽度： W/D=1/12～1/8(取0.1) ❖ 全档板条件：指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增
加档板或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基 本消失。一般要满足下式： （W/D）•Z =0.4 Z—档板数 一般装四块挡板
2020/7/8
33
发酵罐内的列管、排 管或蛇管也可起相应 的挡板作用。
9 2020/7/8
10 生产用发酵罐：> 5000 L
❖ 抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主
❖ 氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3
❖ 珠海益力味精集团有限公司630 米3机械搅拌发酵罐， 是世界上最大的通用式发酵罐之一。
❖ 越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
2020/7Βιβλιοθήκη Baidu8
30
(3) 挡板
挡板
挡板
空气分布器 2020/7/8
31
❖ 挡板的作用： ——改变液流的方向，由径向流→轴向流，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。
2020无/7/挡8 板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
5
发酵罐的基本概念
❖ 发酵设备中最重要、应用最广的设备，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。
2020/7/8
6
一、发酵罐的类型
1、按微生物代谢类型分类
❖好氧发酵罐 (通风发酵罐)
❖ 新建的酒精生产企业，其发酵罐单罐容积一般在1000 -2000米3之间
2020/7/8
11
发酵罐放大 与设计
发酵罐类型与结构
一 发酵罐的类型 二 发酵罐的结构
发酵罐设计与放大
三 发酵罐的设计 四 发酵罐的放大
12
二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐
机械搅拌通风发酵罐
❖ 利用机械搅拌器的作用，使无菌空气和发酵液充分混 合，促进氧溶解，以保证微生物的生长繁殖所需要的 氧气。
❖ 搅拌器的作用
▪ 使通入的空气分散成小气泡， 增加气液接触，促进氧溶解于 发酵液中。
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(2) 搅拌器
❖ 搅拌器的类型
类 径向式（涡轮式） 型 轴向式
平叶式、弯叶式和箭叶式 螺旋桨式、浆叶式
2020/7/8
轴向 径向
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轴向式搅拌器
桨叶式
螺旋桨式
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径向式(涡轮式)搅拌器
2020/7/8
34
❖一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另 设挡板。
❖挡板的长度自液面起到罐底为止。 ❖挡板与罐壁之间的距离为（0.2~0.4）W，
(1) 罐体 (2) 搅拌器 (3) 挡板 (4) 轴封 (5) 消泡器 (6) 空气分布管
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(7)联轴器 (8)轴承 (9)变速装置 (10)换热装置 (11)人孔 (12)管路 (13)测量仪表
15
(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
非机械搅拌
伍式发酵罐 气升式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 塔式发酵罐
8
一、发酵罐的类型
3、新型发酵罐
❖膜生物反应器
▪ 近年来生物工程领域的研究热点 ▪ 反应 和 分离的耦合 ▪ 使产物及时移去，降低产物的反馈抑制作用
2020/7/8
9
发酵罐大小的大致概念
室验室用发酵罐 1 L--50L 中试用发酵罐 50L--5000L
六平叶搅拌器 六弯叶搅拌器
六箭叶搅拌器
涡轮搅拌器要安一个圆盘？ 为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿 轴上升
2020/7/8
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在相同的搅拌功率PG下，
▪ 粉碎气泡能力：平>弯>箭 ▪ 翻动流体能力：箭>弯>平
❖工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的 搅拌器
▪ 上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器 ▪ 下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。
❖ 约占发酵罐总数的70~80%，所以也称标准式或通用 式发酵罐。
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13
通用式发酵罐的结构
• 罐体 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 联轴器 • 轴承 • 挡板 • 空气分布管 • 换热装置 • 人孔、管路、测量仪表等
2020/7/8
14
二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐
通用式发酵罐的主要部件
部间距
2020/7/8
23
(1) 罐体的尺寸比例
以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
❖ H/D=1.7－3 ❖ HL/D=2－2.5 ❖ d/D=1/3－1/2 ❖ W/D=1/12－1/8 ❖ B/D=0.8－1.0 ❖ (s/d)2=1.5－2.5 ❖ (s/d)3=1－2
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24
(2) 搅拌器
第九章 发酵罐放大与设计
2
√
√
√
√
√
√
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发酵罐
3
发酵罐放大 与设计
发酵罐类型与结构
一 发酵罐的类型 二 发酵罐的结构
发酵罐设计与放大
三 发酵罐的设计 四 发酵罐的放大
4
❖了解发酵罐的类型 ❖ 掌握通用式发酵罐的基本结构 ❖了解发酵罐设计的基本原则和要求 ❖了解发酵罐放大设计的方法
2020/7/8
19
结构
2020/7/8
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发 酵 罐 结 构 图
2020/7/8
21
（1）罐体 ❖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。
2020/7/8
22
(1) 罐体的尺寸比例
❖ H：筒身高度 ❖ HL：液位高度 ❖ D：罐径 ❖ d: 搅拌器直径 ❖ s: 两搅拌器间距 ❖ B：下搅拌器距底
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16
冷却蛇管
筒体
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椭圆封头
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（1）罐体 ❖ 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维修或清洗的人孔。 ❖ 罐顶还装有视镜。 ❖ 在罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、
接种管和压力表接管。
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▪ 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等 ▪ 需要强烈的通风搅拌→提高氧传质系数KLa
❖厌氧发酵罐 (嫌气发酵罐)
▪ 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 ▪ 不需要通气
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一、发酵罐的类型
2、按供氧方式分类
机械搅拌
机械搅拌通风发酵罐 （通用式发酵罐）
机械搅拌自吸式发酵罐
通风 发酵罐
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32
❖挡板的宽度： W/D=1/12～1/8(取0.1) ❖ 全档板条件：指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增
加档板或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基 本消失。一般要满足下式： （W/D）•Z =0.4 Z—档板数 一般装四块挡板
2020/7/8
33
发酵罐内的列管、排 管或蛇管也可起相应 的挡板作用。
9 2020/7/8
10 生产用发酵罐：> 5000 L
❖ 抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主
❖ 氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3
❖ 珠海益力味精集团有限公司630 米3机械搅拌发酵罐， 是世界上最大的通用式发酵罐之一。
❖ 越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
2020/7Βιβλιοθήκη Baidu8
30
(3) 挡板
挡板
挡板
空气分布器 2020/7/8
31
❖ 挡板的作用： ——改变液流的方向，由径向流→轴向流，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。
2020无/7/挡8 板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
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发酵罐的基本概念
❖ 发酵设备中最重要、应用最广的设备，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。
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一、发酵罐的类型
1、按微生物代谢类型分类
❖好氧发酵罐 (通风发酵罐)
❖ 新建的酒精生产企业，其发酵罐单罐容积一般在1000 -2000米3之间
2020/7/8
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发酵罐放大 与设计
发酵罐类型与结构
一 发酵罐的类型 二 发酵罐的结构
发酵罐设计与放大
三 发酵罐的设计 四 发酵罐的放大
12
二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐
机械搅拌通风发酵罐
❖ 利用机械搅拌器的作用，使无菌空气和发酵液充分混 合，促进氧溶解，以保证微生物的生长繁殖所需要的 氧气。
❖ 搅拌器的作用
▪ 使通入的空气分散成小气泡， 增加气液接触，促进氧溶解于 发酵液中。
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(2) 搅拌器
❖ 搅拌器的类型
类 径向式（涡轮式） 型 轴向式
平叶式、弯叶式和箭叶式 螺旋桨式、浆叶式
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轴向式搅拌器
桨叶式
螺旋桨式
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径向式(涡轮式)搅拌器
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❖一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另 设挡板。
❖挡板的长度自液面起到罐底为止。 ❖挡板与罐壁之间的距离为（0.2~0.4）W，
(1) 罐体 (2) 搅拌器 (3) 挡板 (4) 轴封 (5) 消泡器 (6) 空气分布管
2020/7/8
(7)联轴器 (8)轴承 (9)变速装置 (10)换热装置 (11)人孔 (12)管路 (13)测量仪表
15
(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
非机械搅拌
伍式发酵罐 气升式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 塔式发酵罐
8
一、发酵罐的类型
3、新型发酵罐
❖膜生物反应器
▪ 近年来生物工程领域的研究热点 ▪ 反应 和 分离的耦合 ▪ 使产物及时移去，降低产物的反馈抑制作用
2020/7/8
9
发酵罐大小的大致概念
室验室用发酵罐 1 L--50L 中试用发酵罐 50L--5000L
六平叶搅拌器 六弯叶搅拌器
六箭叶搅拌器
涡轮搅拌器要安一个圆盘？ 为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿 轴上升
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在相同的搅拌功率PG下，
▪ 粉碎气泡能力：平>弯>箭 ▪ 翻动流体能力：箭>弯>平
❖工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的 搅拌器
▪ 上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器 ▪ 下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。
❖ 约占发酵罐总数的70~80%，所以也称标准式或通用 式发酵罐。
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通用式发酵罐的结构
• 罐体 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 联轴器 • 轴承 • 挡板 • 空气分布管 • 换热装置 • 人孔、管路、测量仪表等
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二、发酵罐的结构 1. 通用式发酵罐
通用式发酵罐的主要部件
部间距
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(1) 罐体的尺寸比例
以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
❖ H/D=1.7－3 ❖ HL/D=2－2.5 ❖ d/D=1/3－1/2 ❖ W/D=1/12－1/8 ❖ B/D=0.8－1.0 ❖ (s/d)2=1.5－2.5 ❖ (s/d)3=1－2
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(2) 搅拌器
第九章 发酵罐放大与设计
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发酵罐
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发酵罐放大 与设计
发酵罐类型与结构
一 发酵罐的类型 二 发酵罐的结构
发酵罐设计与放大
三 发酵罐的设计 四 发酵罐的放大
4
❖了解发酵罐的类型 ❖ 掌握通用式发酵罐的基本结构 ❖了解发酵罐设计的基本原则和要求 ❖了解发酵罐放大设计的方法
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结构
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发 酵 罐 结 构 图
2020/7/8
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（1）罐体 ❖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。
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(1) 罐体的尺寸比例
❖ H：筒身高度 ❖ HL：液位高度 ❖ D：罐径 ❖ d: 搅拌器直径 ❖ s: 两搅拌器间距 ❖ B：下搅拌器距底