发酵工程课件第二章

循环式——空气带升式
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小试机械搅拌通气式发酵罐（实验室用，1L-50L）
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50L-5000L
中 酵试 罐机 （械
搅 拌 通 气 ）式 发
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一、通用式机械搅拌发酵罐结构
设备主要部件包括：
罐身 电机 搅拌轴 轴封 消泡器 搅拌器 联轴器 中间轴承 空气吹泡管（或空气喷射器） 挡板 冷却（传热）装置 人孔以及视镜 其它
① 发酵罐应具有适宜的径高比（高/径比约为2.5～4 ） ② 结构严密，耐腐蚀，光滑，附件少，无死角，可反复灭菌，脱落
的金属要少 ③ 要有良好的气-液、液-固混合性能（使细胞能获得营养） ④ 要尽量少的搅拌和通气的动力消耗 ⑤ 良好的热交换性能，足够的冷却面积 ⑥ 良好的消泡性能 ⑦ 有必要、可靠的检测控制性能 ⑧ 耐压，4.5kg/cm2（蒸气压一般 3～4kg/cm2）
生产用的发酵罐容积有20m3，30m3，50～60m3，75m3，150m3以至500m3。
罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。
小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，为了便于清洗，小型发酵罐罐顶设有清
洗用的手孔。中大型发酵罐装设有快开人孔。
罐顶装有视镜及灯镜、进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管，排
气管尽可能靠近罐顶中心位置。
罐身上有冷却水进出管、进空气管、温度计管和测检仪表接口。
取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
在罐体上的管路越少越好，进料口、补料口和接种口可合为一个接管口。放
料可利用通风管压出。
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2. 传热系统
换热夹套：用于小型罐，优点是结构简单，加工方便，易 清洗，缺点是传热壁较厚，传热系数较低；
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发酵罐罐体的尺寸比例
罐体各部分的尺寸有一定比例， 高/径比约为2.5～4。 搅拌器直径约为1/3D。 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3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 搅拌桨叶。 最下面一组搅拌器与风管出口较 接近为好，与罐底的距离C一般等 于搅拌器直径D，不宜小于0.8D， 否则会影响液体的循环。
立式蛇管：4-6组，优点是管内水的流速大，传热系数高， 另外可兼起挡板的作用，缺点是立式蛇管体积约占发酵罐 1.5%容积，蛇管一旦发生泄露，将造成整个罐批的发酵液 染菌，且蛇管也给罐体的清洗带来不便；
半圆形外蛇管：安装于罐外，优点是提高了发酵罐的容积， 罐体容易清洗，增强罐体强度，因而可以降低罐体壁厚， 降低罐体造价。
气相色谱仪、液相色谱仪、分光光度计等
避免潮湿、振动，保证读数的准确性和仪 器的使用寿命
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固体 量少 浅盘，帘子
量多 厚层通风发酵设备
液体
厌氧发酵 好氧发酵 机械搅拌
非循环式——通用式机械搅拌发酵罐、自吸式
伍氏（内循环）、
循环式 泵循环、文氏管循环（外循环）
非循环式—— 喷射式
排管式
风搅
三种基本流型同时存在
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（3）搅拌叶的类型
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3. 搅拌器和挡板 －挡板
天平、灭菌锅、培养箱、pH计
往复式——供氧比较好，但培养液容易溅起、 摇床 易污染
旋转式——溶解氧较少，培养液不容易溅起
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通用试验区
培养基的配制、细胞干重以及普通的测定 （粘度等）
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湿地板区 发酵罐、蒸馏装置、灭菌设施等 地板可以承载一定的负荷
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分析区
第二章 发酵设备
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本章要求
了解发酵设备的种类； 掌握通气式机械搅拌发酵罐的结构 掌握通气式机械搅拌发酵罐的相关操作
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发酵工程实验室包括：
无菌室
接种操作
准备室
菌种培养等
发酵 湿地板区
分析区 通用实验区 发酵液的分析
配制培养基等
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无菌室
拉门
工作台
缓冲间
消毒间 更衣室
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区别：
1、罐径小于1米的小型罐，罐顶与罐 身采用法兰连接，大中型发酵罐为整 体焊接；
2、手孔 - 人孔、梯子
3、5吨以下罐，用夹套加热和冷却， 5吨以上罐，用罐内蛇管加热和冷却；
4、 小型罐有挡板，大中型罐可以蛇 管作为挡板；
5、连轴器
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发酵罐的基本条件
机械搅拌发酵罐在工厂广泛采用。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液 充分混合，提高发酵液的溶解氧，供给微生物生长繁殖代谢过程所需的氧。
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1. 罐体
罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用
衬不锈钢或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢厚度为2～3mm。
发酵罐的公称容积（V0）为罐圆筒部分容积+底封头容积，即全体积；装料
体积V约为0.7-0.8V0，其中V/V0为装料系数。
为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，通常灭菌压力为0.25MPa。
通过电动装置使空气通过高效过滤器具后进入工作 台面，使台面始终保持在流动无菌空气控制之下。 而且在接近外部的一方有一道高速流动的气帘防止 外部带菌空气进入。
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操作人员的穿着
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准备室
灭菌消毒：KMnO4和甲醛熏蒸，比例根据污染程度而定； 注意安全，关好窗防止MnO2跑掉。
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3. 搅拌器和挡板 －搅拌器
（1）搅拌（器）作用
产生强大的总体流动（宏观均匀，翻动），产生强烈的湍动 （微观均匀，剪切）； 打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率； 使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。
（2）搅拌产生三种基本流型
切向流 轴向流 径向流
（应加以抑制，可通过加入挡板来削弱） （对混合起主要作用）
拱形顶，水滴会滑下来， 不会直接滴下来
高度：一人加一手， 便于消毒清扫； 墙面涂上漆，最好不 锈钢材料，光滑； 顶上安紫外灯，高出 操作台30cm
坡形地面，便于泻水
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建筑精选Leabharlann Baidu件
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超净工作台
超净台是80年代开始问世的一种防止污染的装置。 其主要功能是利用空气层流装置排除工作台面上部 包括微生物在内的各种微小尘埃。