发酵罐基本知识
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17
1 罐体
罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2 （绝对压力）。 表压？
由 圆柱体 + 椭圆形或碟形封头 焊接而成 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板，衬里用的不锈钢板
厚为2~3毫米
其它材料的液体发酵设备？
18
19
大小罐的结构区别
罐径在1米以下的小型发酵罐，罐顶和罐身采 用法兰连接
罐
14
15
发酵罐的几种工作状态
空消 装料 实消 接种 发酵 放罐 清洗
✓ 空气 ✓ 蒸汽 ✓ 冷却水 ✓ 物料、补料管 ✓ 接种管 ✓ 取样、放料管
➢ 压力 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 搅拌速度
16
与不同工作状态 相应的，是各种 管道和阀门的开、 关
不仅注意罐的结 构，更要注意管 道与罐的连接
生物工程设备
设备的原理、结构、功 能
设备的计算、选型
设备的搭配实例
液体发酵设备 培养基制备与灭菌设备 固液分离设备 无菌空气制备设备 萃取设备 层析与离子交换设备 蒸发、结晶设备 精馏设备 干燥设备
1
参考书
生物工程设备，陈国豪，化学工业出版社，2007 生物工程设备，段开红，科学出版社，2007 生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2002 生物工程设备，郑裕国，化学工业出版社，2007 抗生素生产设备，俞俊棠，化学工业出版社，1984 生物工程设备，高平，化学工业出版社，2006
HL ha
Hb
装料的液面高度
封头凸出部分的高度，标准椭圆封 头有： ha ＝0.25D 封头直边高度，据壁厚一般取25、
40、 50mm
28
29
椭圆封头的容积计算公式：
《化工设备设计手册》
Vb
4
D 2 hb
6
D 2 ha
4
D
2
hb
1 6
D
因标准椭圆封头，ha=1/4 D
在忽略hb后，有： Vb 0.13D3
大中型发酵罐：整体焊接。 5吨以下罐，用夹套加热和冷却 5吨以上罐，用罐内的蛇管加热和冷却
20
发酵罐：是 薄壁压力容器
操作不当，会造成失稳，原因较多， 下面举例说明
21
内筒不锈钢，外夹套普通碳素钢
22
一
某厂曾因蒸汽实罐灭菌后，罐体长时间处于密 封状态, 蒸汽冷凝后罐内成真空, 最后导致罐体 成外压失稳。
2
每次课后，课件均会发往： bioequipment@126.com 密码：gjxy05 （即国际学院05） 大家可去下载
3
第一章 液体发酵设备
4
提纲
第一节 机械搅拌通风发酵罐
发酵罐的结构与功能 计算：数量、尺寸、换热面积、搅拌功率 发酵罐中的氧传递 发酵罐的放大设计
第二节 其它类型的通风发酵罐
按供氧方式 分：
机械搅拌通风式 气升式 自吸式
还可按搅拌方式 分：
上搅拌 下搅拌
11
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、结构
轴封 消泡器 联轴器 搅拌器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
小罐与大罐有不同 的设计
12
哪个是小罐？
13
台面
空间 物
料
布置
转速 r/min
340 340 321 200 280 200 250 200 180
电机功率 KW
0.55 0.75 1.5 2.2 2.3
3 4 5.5 7.5
8Leabharlann Baidu
表 大中型发酵罐技术参数
公称容 量 m3 10 21 30
50
60 75 100 200
筒体高度 H(mm)
3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
筒体直径 mm
1800 2200 2400 2800-3000 3000-3200 3200 3600 4600
换热面积 m2
12 21 34 38-60 65 84 114 221
转速 r/min
150 154 180 160 160 165 170 142
电机功 率 kw 7.5 30 45
55
65 100 130 215
9
发酵罐应该满足什么功能？
可反复灭菌
（耐压性能 ，材料要求）
不易染菌
（设备简单，少死角 ）
供氧
混合
（通气、搅拌设备）
加热和冷却功能 （传热设备 ）
加料、补料、放料 （附属管道、阀门 ）
参数检测
（温度、pH、溶氧电极 ）
也有些要求相对简单的液体培养设备
10
多种设计结构均可完成上述功能
30
公称容积：V0
V0定义为：罐圆筒部分容积＋底封头容积 能装 液的体积
罐中实际装料体积：V 则有： v/v0=0.7-0.8，即 装料系数
标准椭圆封头时， V0
4
D 2 H
hb
1 6
D
取
Vb
0.13D3
，再取D/H=2时，有
D3
V0 1.7
31
H/D 的大小 会影响。。。
随着罐体高度和液层增高，氧气的利用率增加, 但增 长不是线性关系,随着罐体增高, 增长速率随之减慢。
23
二
湖南衡阳市
24
25
26
27
罐体的尺寸比例：以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
通用发酵罐 通常取值
搅拌器直径
d =1/3D
罐筒身高 挡板宽度
H0 =2 D B =0.1D
搅拌器间距
S=2d
下搅拌器距底间距C= d
系数范围 1/2－1/3 1.7－3 1/8－1/12 1.5－2.5 0.8－1.0
越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
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
7
表 小型发酵罐技术参数
公称容积
50L 200L 500L 800L 1000L 1200L 2000L 3000L 5000L
筒体高度 H(mm)
第三节 厌氧发酵设备
5
发酵罐的 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
6
生产用发酵罐的大小
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
国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵 罐, 折合公称容积为380 米3
813 1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
筒体直径 D1(mm)
φ300 φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
夹套直径 D2(mm)
φ400 φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
1 罐体
罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2 （绝对压力）。 表压？
由 圆柱体 + 椭圆形或碟形封头 焊接而成 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板，衬里用的不锈钢板
厚为2~3毫米
其它材料的液体发酵设备？
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大小罐的结构区别
罐径在1米以下的小型发酵罐，罐顶和罐身采 用法兰连接
罐
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15
发酵罐的几种工作状态
空消 装料 实消 接种 发酵 放罐 清洗
✓ 空气 ✓ 蒸汽 ✓ 冷却水 ✓ 物料、补料管 ✓ 接种管 ✓ 取样、放料管
➢ 压力 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 搅拌速度
16
与不同工作状态 相应的，是各种 管道和阀门的开、 关
不仅注意罐的结 构，更要注意管 道与罐的连接
生物工程设备
设备的原理、结构、功 能
设备的计算、选型
设备的搭配实例
液体发酵设备 培养基制备与灭菌设备 固液分离设备 无菌空气制备设备 萃取设备 层析与离子交换设备 蒸发、结晶设备 精馏设备 干燥设备
1
参考书
生物工程设备，陈国豪，化学工业出版社，2007 生物工程设备，段开红，科学出版社，2007 生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2002 生物工程设备，郑裕国，化学工业出版社，2007 抗生素生产设备，俞俊棠，化学工业出版社，1984 生物工程设备，高平，化学工业出版社，2006
HL ha
Hb
装料的液面高度
封头凸出部分的高度，标准椭圆封 头有： ha ＝0.25D 封头直边高度，据壁厚一般取25、
40、 50mm
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椭圆封头的容积计算公式：
《化工设备设计手册》
Vb
4
D 2 hb
6
D 2 ha
4
D
2
hb
1 6
D
因标准椭圆封头，ha=1/4 D
在忽略hb后，有： Vb 0.13D3
大中型发酵罐：整体焊接。 5吨以下罐，用夹套加热和冷却 5吨以上罐，用罐内的蛇管加热和冷却
20
发酵罐：是 薄壁压力容器
操作不当，会造成失稳，原因较多， 下面举例说明
21
内筒不锈钢，外夹套普通碳素钢
22
一
某厂曾因蒸汽实罐灭菌后，罐体长时间处于密 封状态, 蒸汽冷凝后罐内成真空, 最后导致罐体 成外压失稳。
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每次课后，课件均会发往： bioequipment@126.com 密码：gjxy05 （即国际学院05） 大家可去下载
3
第一章 液体发酵设备
4
提纲
第一节 机械搅拌通风发酵罐
发酵罐的结构与功能 计算：数量、尺寸、换热面积、搅拌功率 发酵罐中的氧传递 发酵罐的放大设计
第二节 其它类型的通风发酵罐
按供氧方式 分：
机械搅拌通风式 气升式 自吸式
还可按搅拌方式 分：
上搅拌 下搅拌
11
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、结构
轴封 消泡器 联轴器 搅拌器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
小罐与大罐有不同 的设计
12
哪个是小罐？
13
台面
空间 物
料
布置
转速 r/min
340 340 321 200 280 200 250 200 180
电机功率 KW
0.55 0.75 1.5 2.2 2.3
3 4 5.5 7.5
8Leabharlann Baidu
表 大中型发酵罐技术参数
公称容 量 m3 10 21 30
50
60 75 100 200
筒体高度 H(mm)
3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
筒体直径 mm
1800 2200 2400 2800-3000 3000-3200 3200 3600 4600
换热面积 m2
12 21 34 38-60 65 84 114 221
转速 r/min
150 154 180 160 160 165 170 142
电机功 率 kw 7.5 30 45
55
65 100 130 215
9
发酵罐应该满足什么功能？
可反复灭菌
（耐压性能 ，材料要求）
不易染菌
（设备简单，少死角 ）
供氧
混合
（通气、搅拌设备）
加热和冷却功能 （传热设备 ）
加料、补料、放料 （附属管道、阀门 ）
参数检测
（温度、pH、溶氧电极 ）
也有些要求相对简单的液体培养设备
10
多种设计结构均可完成上述功能
30
公称容积：V0
V0定义为：罐圆筒部分容积＋底封头容积 能装 液的体积
罐中实际装料体积：V 则有： v/v0=0.7-0.8，即 装料系数
标准椭圆封头时， V0
4
D 2 H
hb
1 6
D
取
Vb
0.13D3
，再取D/H=2时，有
D3
V0 1.7
31
H/D 的大小 会影响。。。
随着罐体高度和液层增高，氧气的利用率增加, 但增 长不是线性关系,随着罐体增高, 增长速率随之减慢。
23
二
湖南衡阳市
24
25
26
27
罐体的尺寸比例：以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
通用发酵罐 通常取值
搅拌器直径
d =1/3D
罐筒身高 挡板宽度
H0 =2 D B =0.1D
搅拌器间距
S=2d
下搅拌器距底间距C= d
系数范围 1/2－1/3 1.7－3 1/8－1/12 1.5－2.5 0.8－1.0
越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
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
7
表 小型发酵罐技术参数
公称容积
50L 200L 500L 800L 1000L 1200L 2000L 3000L 5000L
筒体高度 H(mm)
第三节 厌氧发酵设备
5
发酵罐的 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
6
生产用发酵罐的大小
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
国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵 罐, 折合公称容积为380 米3
813 1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
筒体直径 D1(mm)
φ300 φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
夹套直径 D2(mm)
φ400 φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500