【文章內(nèi)容簡介】 ≈ 之機(jī)械攪拌發(fā)酵罐 機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的特點： （ 1）機(jī)械攪拌作用獲得的溶氧系數(shù)較高，一般體積溶氧系數(shù)為 100~1000L/h，適合于各種發(fā)酵的溶氧要求； （ 2）罐內(nèi)液體和空氣的混合效果較好，不易產(chǎn)生沉淀，可適應(yīng)有固形物存在的場合，因此又叫全混式發(fā)酵罐； （ 3）攪拌作用形成的液體流型使氧氣的利用率較高，所需要的通風(fēng)量較小； （ 4）既有通風(fēng)，又有攪拌，投資成本較大； （ 5）單位溶氧功耗較大，操作費用高； （ 6）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗及維修不便。 自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機(jī)提供加壓空氣 ， 而依靠特設(shè)的機(jī)械攪拌吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質(zhì)的發(fā)酵罐 。 應(yīng)用： 醫(yī)藥工業(yè) 、 酵母工業(yè) 、 生產(chǎn)葡萄糖酸鈣 、 力復(fù)霉素 、 維生素 C、 酵母 、 蛋白酶等 。 一、定義 自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 充氣原理： ?攪拌器由罐底向上伸入的主軸帶動。 ?葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片不斷排開周圍的液體使其背側(cè)形成真空，由導(dǎo)氣管吸入罐外空氣。吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立即通過導(dǎo)輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，均勻分布。 之自吸式發(fā)酵罐 二、 特點 ? 優(yōu)點： ? ①不必配備空氣壓縮機(jī)及其附屬設(shè)備，節(jié)約設(shè)備投資，減少廠房面積。 ? ②溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。 ? ③用于酵母生產(chǎn)和醋酸發(fā)酵具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點。 ? 缺點： ? ①由于罐壓較低，對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌。 ? ②必須配備低阻力損失的高效空氣過濾系統(tǒng)。 之自吸式發(fā)酵罐 三、常見類型 ?機(jī)械攪拌自吸式發(fā)酵罐 ?噴射自吸式發(fā)酵罐 ?溢流噴射自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 ? 發(fā)酵罐 ? 1 構(gòu)造 ： 吸氣攪拌葉輪和導(dǎo)輪，簡稱為轉(zhuǎn)子和定子。 ? 轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主軸帶動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時空氣則由導(dǎo)氣管吸入。 ? 轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六葉輪、三葉輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。 之自吸式發(fā)酵罐 （一）機(jī)械攪拌自吸式 ?2 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐吸氣原理 ? 它的攪拌器是一個空心葉輪，葉輪快速旋轉(zhuǎn)時液體被甩出，葉輪中形成負(fù)壓，從而將罐外的空氣吸到罐內(nèi)，并與高速流動的液體密切接觸形成細(xì)小的氣泡分散在液體之中，氣液混合流體通過導(dǎo)輪流到發(fā)酵液主體。 之自吸式發(fā)酵罐 ? （二） 噴射自吸式發(fā)酵罐 ? 文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐 ? 液體噴射自吸式發(fā)酵罐 之自吸式發(fā)酵罐 文氏管吸氣自吸式發(fā)酵罐 ?原理：用泵使發(fā)酵液通過文氏管吸氣裝置，由于液體在文氏管的收縮段流速增加，形成真空而將空氣吸入，并使氣泡分散與液體均勻混合，實現(xiàn)溶氧傳質(zhì)。 之自吸式發(fā)酵罐 （三）溢流噴射自吸式發(fā)酵罐 ? 吸氣原理 ? 液體溢流時形成拋射流，由于液體的表面層與其相鄰的氣體的動量傳遞，使邊界層的氣體有一定的速率，從而帶動氣體的流動形成自吸作用。 之自吸式發(fā)酵罐 之氣升式發(fā)酵罐 氣升式發(fā)酵罐 (ALR) ? 工作原理 ? 特點及應(yīng)用 ? 主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù) ? 典型的氣升式發(fā)酵罐 工作原理 之氣升式發(fā)酵罐 ? 類型 帶升式發(fā)酵罐、環(huán)流式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐等。 ? 工作原理 把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進(jìn)入發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細(xì)碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質(zhì)。 ↑↑G泵 LG氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器 ? 特點 1）反應(yīng)溶液分布均勻 2）較高的溶氧速率和溶氧效率 3）剪切力小 4）傳熱良好 5）結(jié)構(gòu)簡單 6）能耗小 7）不易染菌 8）操作和維修方便 特點及應(yīng)用 之氣升式發(fā)酵罐 ? 應(yīng)用 酵母生產(chǎn)、單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)、細(xì)胞培養(yǎng) 酶制劑和有機(jī)酸等發(fā)酵生產(chǎn)、廢水生化處理 主要結(jié)構(gòu)及操作系數(shù) 之氣升式發(fā)酵罐 ?主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 1）反應(yīng)器徑高比 H/D 2）導(dǎo)流筒徑與罐徑比 DE /D 3）空氣噴嘴直徑與反應(yīng)器直徑比 Dl/D ? 操作特征 1）平均循環(huán)時間 tm 2）氣液比 R 3）溶氧傳質(zhì) 之氣升式發(fā)酵罐 ? 空氣 噴射裝置 漩渦式空氣噴射器 ↑↑G泵 LG之氣升式發(fā)酵罐 ↑↑↑GFG氣升環(huán)流式反應(yīng)器 氣液雙噴射氣升環(huán)流反應(yīng)器 多層空氣分布板的 氣升環(huán)流式反應(yīng)器 之氣升式發(fā)酵罐 ICI39。s air lift system for making singlecell protein in 1979 ↑冷卻水G↑↑↑↑G培養(yǎng)基A AB注射入口 ICI壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐 ↑123456711891012之氣升式發(fā)酵罐 氣升式玻璃發(fā)酵罐 具有外循環(huán)冷卻的 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐 對偶脈沖氣體環(huán)流發(fā)酵罐 之氣升式發(fā)酵罐 ? 酒精發(fā)酵設(shè)備 ? 啤酒發(fā)酵設(shè)備 ? 連續(xù)發(fā)酵設(shè)備 （二）、嫌氣發(fā)酵設(shè)備 一、酒精發(fā)酵罐 酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件： (1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件 (2)一定的生化反應(yīng)時間 (3)及時移走在生化反應(yīng)過程中所釋放的生物熱 酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu) ? 一 、 傳統(tǒng)酒精發(fā)酵罐 ? 圓柱形 ， 底蓋和頂蓋均為錐形 。 ? 在酒精發(fā)酵過程中 ， 為了回收二氧化碳?xì)怏w及其所帶出的部分酒精 ， 發(fā)酵罐宜采用密閉式 。 ? 罐頂裝有人孔 、 視鏡及二氧化碳回收管 、進(jìn)料管 、 接種管 、 壓力表和測量儀表接口管等 。 ? 罐底裝有排料口和排污口 。 ? 罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口，對于大型發(fā)酵罐，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。 ? 溫度控制：中小型罐采用罐外噴淋冷卻；大型罐采用罐內(nèi)蛇管或與罐外噴淋相結(jié)合的冷卻方式。 ?清洗方式：人工清洗、機(jī)械清洗 水力清洗裝置 ：噴水管兩頭彎成一定的弧度并裝有噴嘴，管上開有小孔，當(dāng)噴嘴以一定的速度噴出水時，反作用力使噴水管旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到對罐內(nèi)各個部位水力洗滌的目的。 ?缺點是水壓不大時，水力噴射強(qiáng)度和均勻度都不理想。若在原有水力噴射裝置的基礎(chǔ)上，安裝一根直立的噴水管，管上鉆有小孔，洗滌水壓在 ～ ，洗滌效果可大大提高。 二 、 新型大容量酒精發(fā)酵罐 （ 1500m3） 筒體 H/D=，采用斜底或錐底，頂部為錐頂，罐直徑 11米左右，夾套冷卻。 由于罐太大，因此中心部位降溫和底部循環(huán)困難。可采用兩種不同的措施： 采用中心降溫水柱對罐中心醪液進(jìn)行降溫，或采用罐外螺旋板換熱器循環(huán)來解決降溫問題 ； 側(cè)攪拌或連通器加泵循環(huán)來改善混合和滯留問題； （一）發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定 (二 ) 罐數(shù)的確定 (三 ) 發(fā)酵罐冷卻面積計算 三 酒精發(fā)酵罐的計算 四 代謝終產(chǎn)物抑制消除方法 ?消除或減輕代謝終產(chǎn)物的抑制是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。對于酒精發(fā)酵來說：酒精濃度大于 2%時，即表現(xiàn)出抑制作用；酒精濃度大于 8%時，酵母的繁殖就停止了。要保持發(fā)酵的快速進(jìn)行，通常認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)酒精濃度控制在 3%以內(nèi)，這就要求不斷地分離移去酒精。 ?消除方法有：真空發(fā)酵、萃取發(fā)酵、膜蒸發(fā)發(fā)酵、二氧化碳?xì)馓岚l(fā)酵等。 真空發(fā)酵： ?原理：發(fā)酵過程中保持一定的真空度，發(fā)酵液處于沸騰狀態(tài)，酒精被蒸餾出來。 ?主要設(shè)備有發(fā)酵罐、發(fā)酵蒸發(fā)器、總凝器、分凝器、收集器、真空泵。 ?優(yōu)點：糖濃度提高 3倍，發(fā)酵時間縮短 1/3；酒糟、水、蒸汽都有減少；生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率提高；酒精濃度可達(dá) 33%。 ?缺點：能耗大、設(shè)備真空操作負(fù)荷大、操作費用高、負(fù)壓操作容易引起雜菌污染。 萃取發(fā)酵： 具有能耗低、操作簡便易行的優(yōu)點。發(fā)酵和萃取在同一