第六章发酵罐及附属设备(1)PPT课件
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发酵罐的类型
• 发酵工业最常用的是通风搅拌罐。 除了通风搅拌发酵罐外，也有其它 型式的发酵罐。
8
（1）按微生物生长代谢需要分类
• 好氧：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸， 维生素等产品是在好氧发酵罐中进行的； 需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发 酵液中的传质系数；
• 厌氧：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采 用厌氧发酵罐。不需要通气。
• 需氧发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨 酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等 发酵用的发酵罐。
• 好气性发酵需Baidu Nhomakorabea将空气不断通入发酵液 中，以供微生物所消耗的氧。
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需氧发酵罐的类型
• 通用式发酵罐 • 气升式发酵罐 • 自吸式发酵罐 • 伍式发酵罐 • 文氏管发酵罐
15
通气搅拌罐的优点
• ⑴ pH和温度容易控制 • ⑵尺寸放大的方法大致已确定 • ⑶适用于CSTR（Continuous stirred-
对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；
而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只 是个开口容器，有时甚至简单到只要有一 个开口的坑。
3
密闭式发酵罐
4
5
6
发酵罐的特点
• （1）发酵罐与其他工业设备的突出差别是对
纯种培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的 程度。因此，发酵罐的严密性，运行的高度 可靠性是发酵工业的显著特点。 • （2）现代发酵工业为了获取更大的经济利益， 发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。
31
• 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式） 和径向式（涡轮式）两种。
• 发酵罐能承受一定压力。
由于发酵罐在消毒及正常运转时，罐内有 一定压力（气压和液压）和温度，因此罐体各 部件要有一定的强度，能承受相当的压力。
• 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混 合，保证发酵液必须的溶解氧。
21
• 发酵罐应具有足够的冷却面积。 微生物生长代谢过程放出大量的热，
为了控制发酵过程不同阶段所需的温度， 应装有足够的冷却部件。 • 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。
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一、通用式发酵罐
• 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。
20
1、通用发酵罐的基本要求
• 发酵罐应具有适宜的径高比。
罐身越长，氧的利用率越高，一般的高度 与直径之比为1.7～4倍左右。
• 搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
22
2、机械搅拌发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密封 式受压设备，主要部件包括： • 罐身 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 联轴器 • 中间轴承 • 挡板 • 空气分布管 • 换热装置 • 人孔以及管路等
23
24
（1）罐体 • 罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，
30
（3）搅拌器
搅拌叶轮的相对位置及影响
• 搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液 均匀接触，使氧溶解于发酵液中。
①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体 旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持 的空气数量增加，实际上是增加了传质量。
②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比 表面积。
③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加 了传氧速率。
✓ 最常用的发酵罐各部分的比例尺 寸如图。
27
罐体各部分的比例尺寸
•通用式发酵罐的比例尺寸
•Di＝1/3D •H0＝2D •B＝0.1Di •ha＝0.25Di •S＝3Di •C＝ Di
28
• 发酵罐的“公称容积V0”
V0= Vc+ Vb
Vc——筒身容积 Vb——底封头容积
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表：通用式发酵罐系列
10
发酵罐的类型
11
（3）按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
12
本章讲述的内容
•第一节 •第二节 •第三节 •第四节 •第五节
需氧发酵罐 嫌气发酵罐 表面培养设备 发酵设备的清洗和检修 发酵罐选型注意事项
13
第一节 需氧发酵罐
9
（2） 按照发酵罐设备特点分类
• 机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍 式发酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式 的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。
• 非机械搅拌通风发酵罐：包括循环式的气 升式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷 射式发酵罐。
这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐 内的气、固、液三相充分混合，从而满足 微生物生长和产物形成对氧的需求。
第六章 发酵罐及附属设备
1
• 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。在 发酵罐中，微生物在适 当的环境中进行生长、 新陈代谢和形成发酵产 物。
2
发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意环境的容器。
小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一 般为不锈钢。 • 为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手 孔。中大型发酵罐则装有快开人孔及清洗用的 快开手孔。 • 罐顶还装有视镜及灯镜。 • 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。 • 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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（2）罐体的尺寸比例
✓ 罐体各部分的尺寸有一定的比例， 罐的高度与直径之比一般为1.7
～4左右。
✓ 发酵罐通常装有两组搅拌器，两 组搅拌器的间距S约为搅拌器直 径的三倍。对于大型发酵罐以及 液体深度HL较高的，可安装三组 或三组以上的搅拌器。最下面一 组搅拌器通常与风管出口较接近 为好，与罐底的距离C一般等于 搅拌器直径Di，但也不宜小于 0.8Di，否则会影响液体的循环。
tank reactor）等。
16
通气搅拌罐的缺点
• ⑴搅拌功率消耗大 • ⑵因罐内结构复杂，不易清洗干净，
易被杂菌污染。 • ⑶培养丝状菌时，常因搅拌桨叶的剪
切力致使菌丝易被切断，细胞易受损 伤。
17
大型发酵罐
搅拌装置
搅拌电机
上封 头
搅拌桨
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一个优良的培养装置应具有：
• 严密的结构 • 良好的液体混合性能 • 高的传质和传热速率 • 灵敏的检测和控制仪表
发酵罐的类型
• 发酵工业最常用的是通风搅拌罐。 除了通风搅拌发酵罐外，也有其它 型式的发酵罐。
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（1）按微生物生长代谢需要分类
• 好氧：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸， 维生素等产品是在好氧发酵罐中进行的； 需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发 酵液中的传质系数；
• 厌氧：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采 用厌氧发酵罐。不需要通气。
• 需氧发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨 酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等 发酵用的发酵罐。
• 好气性发酵需Baidu Nhomakorabea将空气不断通入发酵液 中，以供微生物所消耗的氧。
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需氧发酵罐的类型
• 通用式发酵罐 • 气升式发酵罐 • 自吸式发酵罐 • 伍式发酵罐 • 文氏管发酵罐
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通气搅拌罐的优点
• ⑴ pH和温度容易控制 • ⑵尺寸放大的方法大致已确定 • ⑶适用于CSTR（Continuous stirred-
对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；
而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只 是个开口容器，有时甚至简单到只要有一 个开口的坑。
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密闭式发酵罐
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发酵罐的特点
• （1）发酵罐与其他工业设备的突出差别是对
纯种培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的 程度。因此，发酵罐的严密性，运行的高度 可靠性是发酵工业的显著特点。 • （2）现代发酵工业为了获取更大的经济利益， 发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。
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• 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式） 和径向式（涡轮式）两种。
• 发酵罐能承受一定压力。
由于发酵罐在消毒及正常运转时，罐内有 一定压力（气压和液压）和温度，因此罐体各 部件要有一定的强度，能承受相当的压力。
• 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混 合，保证发酵液必须的溶解氧。
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• 发酵罐应具有足够的冷却面积。 微生物生长代谢过程放出大量的热，
为了控制发酵过程不同阶段所需的温度， 应装有足够的冷却部件。 • 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。
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一、通用式发酵罐
• 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。
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1、通用发酵罐的基本要求
• 发酵罐应具有适宜的径高比。
罐身越长，氧的利用率越高，一般的高度 与直径之比为1.7～4倍左右。
• 搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
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2、机械搅拌发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密封 式受压设备，主要部件包括： • 罐身 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 联轴器 • 中间轴承 • 挡板 • 空气分布管 • 换热装置 • 人孔以及管路等
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（1）罐体 • 罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，
30
（3）搅拌器
搅拌叶轮的相对位置及影响
• 搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液 均匀接触，使氧溶解于发酵液中。
①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体 旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持 的空气数量增加，实际上是增加了传质量。
②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比 表面积。
③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加 了传氧速率。
✓ 最常用的发酵罐各部分的比例尺 寸如图。
27
罐体各部分的比例尺寸
•通用式发酵罐的比例尺寸
•Di＝1/3D •H0＝2D •B＝0.1Di •ha＝0.25Di •S＝3Di •C＝ Di
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• 发酵罐的“公称容积V0”
V0= Vc+ Vb
Vc——筒身容积 Vb——底封头容积
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表：通用式发酵罐系列
10
发酵罐的类型
11
（3）按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
12
本章讲述的内容
•第一节 •第二节 •第三节 •第四节 •第五节
需氧发酵罐 嫌气发酵罐 表面培养设备 发酵设备的清洗和检修 发酵罐选型注意事项
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第一节 需氧发酵罐
9
（2） 按照发酵罐设备特点分类
• 机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍 式发酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式 的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。
• 非机械搅拌通风发酵罐：包括循环式的气 升式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷 射式发酵罐。
这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐 内的气、固、液三相充分混合，从而满足 微生物生长和产物形成对氧的需求。
第六章 发酵罐及附属设备
1
• 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。在 发酵罐中，微生物在适 当的环境中进行生长、 新陈代谢和形成发酵产 物。
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发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意环境的容器。
小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一 般为不锈钢。 • 为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手 孔。中大型发酵罐则装有快开人孔及清洗用的 快开手孔。 • 罐顶还装有视镜及灯镜。 • 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。 • 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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（2）罐体的尺寸比例
✓ 罐体各部分的尺寸有一定的比例， 罐的高度与直径之比一般为1.7
～4左右。
✓ 发酵罐通常装有两组搅拌器，两 组搅拌器的间距S约为搅拌器直 径的三倍。对于大型发酵罐以及 液体深度HL较高的，可安装三组 或三组以上的搅拌器。最下面一 组搅拌器通常与风管出口较接近 为好，与罐底的距离C一般等于 搅拌器直径Di，但也不宜小于 0.8Di，否则会影响液体的循环。
tank reactor）等。
16
通气搅拌罐的缺点
• ⑴搅拌功率消耗大 • ⑵因罐内结构复杂，不易清洗干净，
易被杂菌污染。 • ⑶培养丝状菌时，常因搅拌桨叶的剪
切力致使菌丝易被切断，细胞易受损 伤。
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大型发酵罐
搅拌装置
搅拌电机
上封 头
搅拌桨
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一个优良的培养装置应具有：
• 严密的结构 • 良好的液体混合性能 • 高的传质和传热速率 • 灵敏的检测和控制仪表