发酵罐的操作
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
发酵罐上面连接有通气、 搅拌、接种、加料、冷却、 pH检测等装置。
通用式发酵罐的主要部件
罐体 搅拌器
• 冷却管（或夹套） • 联轴器
挡板
• 中间轴承
轴封
• 人孔
空气分布管 • 管路等
消泡器
1 2 3
15
16
21
14 17
20
13
18
19
12
4
11
5
温度计
10
接口
6 7
Hale Waihona Puke Baidu
9 8
3、发酵罐的结构
5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰 素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自 动化发展。
三、发酵设备的类型
1. 按微生物生长代谢分类： 1）非通风发酵罐：酒精发酵罐、啤酒发酵罐 2）通风发酵罐：机械搅拌、气升式、伍式、自吸式等
2. 按发酵罐设备特点分类： 1）机械搅拌通风发酵罐：伍式、文式、自吸式等 2）非机械搅拌通风发酵罐：气提式、液提式等
综合实训（二）
发酵罐的操作
发酵罐
• 发酵罐概述 • 通风发酵设备 • 嫌气发酵设备
发酵罐概述
一、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。
（1）罐体：
由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。 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。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和
测控仪表接口。
（2）搅拌器：
作用：使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合， 使氧溶解于发酵液中。
3. 按操作方式分类：
1）分批发酵——在一个培养体积中接种细胞和添加培养 基后，中途不添加也不更换培养基的方式。
优点：污染杂菌比例小，操作灵活，可进行不同产品 的生产。
缺点：效率低，非稳态工艺过程设计和操作困难（培 养过程中细胞生长、产物积累、以及培养基的物理状 态常常随时间变化而变化） 。
2）连续发酵——在培养过程中，不断向反应器中流加新 鲜培养基，同时以相同的流量从系统中取出培养液， 从而维持培养系统内在细胞密度、产物浓度以及物理 状态相对平衡的培养方式。
二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒。 2）1900-1940，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机
械搅拌开始应用。 3）1940-1960，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一
系列技术开始应用，计算机用于发酵控制，产物分离 纯化商业化。
4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80150 m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一 些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用。
2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、动量传递 性能；
3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。
发酵罐是一种圆柱形的容 器，容量从几升到几百万 升不等。
发酵罐应用广泛：可用于 啤酒发酵、白酒发酵、柠 檬酸发酵、生物发酵等。
形式：单管和环形管。
常用单管，简单实用，单次通入 量较大。
环形管属于多孔管式，空气分布 通风管 较均匀，但喷气孔容易被堵塞。
（7）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。
优点：
——增加目的产物产量（细胞培养周期延长，导致目的产 物积累时间延长）；
——便于对系统的检测（系统进入稳定状态后，细胞密度、 基质、产物浓度等趋于恒定）。
缺点：装置较复杂，容易污染杂菌。
通风发酵设备
• 机械搅拌通风发酵罐 • 气升式发酵罐 • 自吸式发酵罐
通风发酵罐——又称好气性发酵罐，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。
形 径向式（蜗轮式） 式 轴向式（推进式）
平叶式、弯叶式和箭叶式 螺旋桨式、浆叶式
• 大型搅拌器一般做成两半型，用螺栓连成整体装配 于搅拌轴上，便于拆卸。
推进式搅拌器 螺旋桨式
蜗轮式搅拌器
平叶式
弯叶式
浆叶式
箭叶式
径向式搅拌器 ——优点：气体分散能力强； ——缺点：功耗较大,作用范围小。
轴向式搅拌器 ——优点：轴向混合性能较好，功耗低，作用范围大； ——缺点：对气体的控制能力弱。
类型：
包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏罐 等类型的发酵罐。
一、机械搅拌发酵罐
1、发酵罐的基本条件 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、发酵所需的氧气。又称 通用式发酵罐。
2、发酵罐的基本要求：
1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好， 以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；
消泡器的作用：将泡沫打破。 消泡器位于液面上10 cm，长度约为0.65 D。
耙式消泡器
（5）联轴器及轴承：
用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的 刚性联接。
为了减少震动，中型发酵罐装有底轴 承，大型发酵罐装有中间轴承。
（6）空气分布装置
空气分布装置的作用：吹入无菌 空气，使空气分布均匀。
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。
挡板 空气分布器
（4）消泡器：
发酵液中含有蛋白质等发泡物质，通气搅拌是会产生气 泡，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，增加杂菌污 染的机会。
消泡方法：化学法——天然油脂、聚醚类、高级醇类等。 物理法——机械消泡装置，常用耙式消泡器。
怎么样实现高效搅拌？
• 通常采用径向式搅拌器和轴向式搅 拌器组合实现高效搅拌混合和节能 降耗。
• 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
通用式发酵罐的主要部件
罐体 搅拌器
• 冷却管（或夹套） • 联轴器
挡板
• 中间轴承
轴封
• 人孔
空气分布管 • 管路等
消泡器
1 2 3
15
16
21
14 17
20
13
18
19
12
4
11
5
温度计
10
接口
6 7
Hale Waihona Puke Baidu
9 8
3、发酵罐的结构
5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰 素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自 动化发展。
三、发酵设备的类型
1. 按微生物生长代谢分类： 1）非通风发酵罐：酒精发酵罐、啤酒发酵罐 2）通风发酵罐：机械搅拌、气升式、伍式、自吸式等
2. 按发酵罐设备特点分类： 1）机械搅拌通风发酵罐：伍式、文式、自吸式等 2）非机械搅拌通风发酵罐：气提式、液提式等
综合实训（二）
发酵罐的操作
发酵罐
• 发酵罐概述 • 通风发酵设备 • 嫌气发酵设备
发酵罐概述
一、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。
（1）罐体：
由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。 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。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和
测控仪表接口。
（2）搅拌器：
作用：使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合， 使氧溶解于发酵液中。
3. 按操作方式分类：
1）分批发酵——在一个培养体积中接种细胞和添加培养 基后，中途不添加也不更换培养基的方式。
优点：污染杂菌比例小，操作灵活，可进行不同产品 的生产。
缺点：效率低，非稳态工艺过程设计和操作困难（培 养过程中细胞生长、产物积累、以及培养基的物理状 态常常随时间变化而变化） 。
2）连续发酵——在培养过程中，不断向反应器中流加新 鲜培养基，同时以相同的流量从系统中取出培养液， 从而维持培养系统内在细胞密度、产物浓度以及物理 状态相对平衡的培养方式。
二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒。 2）1900-1940，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机
械搅拌开始应用。 3）1940-1960，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一
系列技术开始应用，计算机用于发酵控制，产物分离 纯化商业化。
4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80150 m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一 些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用。
2）有良好的气-液-固接触和混合性能与高效的热量、质量、动量传递 性能；
3）在保持生物反应要求的前提下，降低能耗； 4）有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度； 5）有可行的管路比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。
发酵罐是一种圆柱形的容 器，容量从几升到几百万 升不等。
发酵罐应用广泛：可用于 啤酒发酵、白酒发酵、柠 檬酸发酵、生物发酵等。
形式：单管和环形管。
常用单管，简单实用，单次通入 量较大。
环形管属于多孔管式，空气分布 通风管 较均匀，但喷气孔容易被堵塞。
（7）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。
优点：
——增加目的产物产量（细胞培养周期延长，导致目的产 物积累时间延长）；
——便于对系统的检测（系统进入稳定状态后，细胞密度、 基质、产物浓度等趋于恒定）。
缺点：装置较复杂，容易污染杂菌。
通风发酵设备
• 机械搅拌通风发酵罐 • 气升式发酵罐 • 自吸式发酵罐
通风发酵罐——又称好气性发酵罐，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。
形 径向式（蜗轮式） 式 轴向式（推进式）
平叶式、弯叶式和箭叶式 螺旋桨式、浆叶式
• 大型搅拌器一般做成两半型，用螺栓连成整体装配 于搅拌轴上，便于拆卸。
推进式搅拌器 螺旋桨式
蜗轮式搅拌器
平叶式
弯叶式
浆叶式
箭叶式
径向式搅拌器 ——优点：气体分散能力强； ——缺点：功耗较大,作用范围小。
轴向式搅拌器 ——优点：轴向混合性能较好，功耗低，作用范围大； ——缺点：对气体的控制能力弱。
类型：
包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏罐 等类型的发酵罐。
一、机械搅拌发酵罐
1、发酵罐的基本条件 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、发酵所需的氧气。又称 通用式发酵罐。
2、发酵罐的基本要求：
1）结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性能好， 以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；
消泡器的作用：将泡沫打破。 消泡器位于液面上10 cm，长度约为0.65 D。
耙式消泡器
（5）联轴器及轴承：
用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的 刚性联接。
为了减少震动，中型发酵罐装有底轴 承，大型发酵罐装有中间轴承。
（6）空气分布装置
空气分布装置的作用：吹入无菌 空气，使空气分布均匀。
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。
挡板 空气分布器
（4）消泡器：
发酵液中含有蛋白质等发泡物质，通气搅拌是会产生气 泡，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，增加杂菌污 染的机会。
消泡方法：化学法——天然油脂、聚醚类、高级醇类等。 物理法——机械消泡装置，常用耙式消泡器。
怎么样实现高效搅拌？
• 通常采用径向式搅拌器和轴向式搅 拌器组合实现高效搅拌混合和节能 降耗。
• 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