【正文】 大到一定程度，如不改變攪拌速度，則會降低攪拌功率，甚至發(fā)生空氣“過載”現(xiàn)象，導(dǎo)致氣泡的凝聚形成大氣泡。而表面張力的作用則阻止氣泡的變化和粉碎，具有使表面積下降的作用。對于帶有機(jī)械攪拌的發(fā)酵罐，氣泡的平均直徑與單位體積液體消耗的通氣攪拌功率、流體的物理性質(zhì)有關(guān)。氣液比表面面積的大小取決于截留在發(fā)酵液中的氣體體積及氣泡的大小。2，氣——液比表面積對氧溶解度的影響根據(jù)氧傳遞速率方程（式1010），氧的傳遞速率與氣液比表面積成正比。即通過深冷分離法、吸附分離法及膜分離法制得富氧空氣，然后通入發(fā)酵液。但是要注意的是增加罐壓雖然提高了氧的分壓，從而增加了氧的溶解度，但其他氣體成分(如CO2)的分壓也相應(yīng)增加，且由于CO2的溶解度比氧大得多，因此不利于液相中CO2的排出，而影響了細(xì)胞的生長和產(chǎn)物的代謝，所以增加罐壓是有一定限度的。若培養(yǎng)基中同時含有電解質(zhì)和非電解質(zhì)，氧的溶解度則可用下式計算： （1015）式中 ：氧在混合溶液中的溶解度（mol/m3）。圖1027示出了氧在幾種鹽溶液中的溶解度與鹽濃度的關(guān)系。氧在電解質(zhì)溶液中可由Sechenov公式計算： （1012）式中 ：氧在電解質(zhì)溶液中的溶解度mol/m3；：電解質(zhì)溶液的濃度（kmol/m3）；K：Sechenov常數(shù)。氧在水中的溶解度隨溫度的升高而降低(表51)，105Pa和溫度在4~33℃的范圍內(nèi)，與空氣平衡的純水中，氧的濃度也可由以下經(jīng)驗式來計算：表101 純氧在不同溫度水中的溶解度（lO5Pa）溫度（℃）溶解度（mol/m3）溫度（℃）溶解度（mol/m3）010152025303540 （1011）式中 ：與空氣平衡的水中氧濃度（mol/m3） t：溫度（℃）氧在酸溶液中的溶解度和酸的種類及濃度有關(guān)，見表52所示。, cL ↓If γis a constant, KLa ↑, CL ↑三、影響氧傳遞速率的主要因素根據(jù)氧傳遞速率方程 OTR=KLa（C*CL） （1010）凡是影響氧傳遞推動力（C*CL）、氣液比表面積a和氧傳遞常數(shù)的因素都會影響氧傳遞速率?？梢杂门ｎD型流體的NP~ReM曲線代替非牛頓型液體的NP~ReM曲線。根據(jù)米茲納大量實驗數(shù)據(jù)的證明，牛頓型流體與非牛頓型液體的NP~ReM曲線的差別僅存在于ReM ＝10~300區(qū)間之內(nèi)。 非牛頓型流體：霉菌醪、放線菌醪。這一特性對發(fā)酵過程的影響極大，對攪拌功率的計算也帶來麻煩。秒／米2醪液密度241。圖1019 ，103 由此得出邁凱爾的修正關(guān)系式4，計算舉例某細(xì)菌醪發(fā)酵罐罐直徑T＝(米)圓盤六彎葉渦輪直徑D＝，一只渦輪罐內(nèi)裝四塊標(biāo)準(zhǔn)擋板 攪拌器轉(zhuǎn)速N＝168轉(zhuǎn)／分通氣量Q＝／分(已換算為罐內(nèi)狀態(tài)的流量)罐壓P＝醪液粘度236。功率的降低，不僅與液體平均重度的降低有關(guān)，而且主要取決于渦輪周圍氣液接觸的狀況。3，通氣液體機(jī)械攪拌功率的計算同一攪拌器在相等的轉(zhuǎn)速下輸入于通氣液體的攪拌功率比不通氣液體的低。S過小，不能輸出最大的功率；S過大，則中間區(qū)域攪拌效果不好。在一系列幾何相似的試驗設(shè)備里，用不同型式的攪拌器，逐漸變化ReM，算出相應(yīng)的NP， 在雙對數(shù)座標(biāo)紙上標(biāo)繪，得到NP~ReM曲線簇，如圖所示。該準(zhǔn)數(shù)表征著機(jī)械攪拌所施與單位體積被攪拌液體的外力與單位體積被攪拌液體的慣性之比。1，單只渦輪在不通氣條件下輸入攪拌液體的功率的計算（1）功率準(zhǔn)數(shù)一個具體的攪拌器所輸入攪拌液體的功率取決于下列因素： ①葉輪和罐的相對尺寸；②攪拌器的轉(zhuǎn)速；③流體的性質(zhì)；④擋板的尺寸和數(shù)目。它不包括機(jī)械傳動的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動機(jī)的軸功率或耗用功率。伍氏發(fā)酵罐就是具有這種中心套筒的機(jī)械攪拌罐。適當(dāng)?shù)陌才爬鋮s排管，也可基本消除軸中心凹陷的旋渦。如在同一罐內(nèi)安裝4~6塊擋板，液體的螺旋狀流受擋板折流，被迫向軸心方向流動，使旋渦消失，圖1015 罐中心裝垂直螺旋攪拌器的攪拌流型（2）渦輪式攪拌器的流型上述三種渦輪攪拌器的攪拌流型基本上相同，各在渦輪平面的上下兩側(cè)形成向上和向下的兩個翻騰。攪拌器造成的流體流動型式不僅決定于攪拌器本身，還受罐內(nèi)的附件及其安裝位置的影響。圖1013圓盤彎葉渦輪攪拌器的結(jié)構(gòu)圖（4）圓盤箭葉渦輪攪拌器 圖1014圓盤箭葉渦輪攪拌器結(jié)構(gòu)圖其攪拌流型與上述兩種渦輪相近，但它的軸向流動較強(qiáng)烈，但在同樣轉(zhuǎn)速下，它造成的剪率低，輸出功率也較低。但由于前者的流線葉型，在相同的攪拌轉(zhuǎn)速時，輸出的功率較后者的為小。圓盤平直葉渦輪攪拌器具有很大的循環(huán)輸送量和功率輸出，適用于各種流體，包括粘性流體、非牛頓流體的攪拌混合。圖1011 螺旋槳式攪拌器結(jié)構(gòu)示意圖（2）圓盤平直葉渦輪攪拌器圓盤平直葉渦輪與沒有圓盤的平直葉渦輪，其攪拌特性差別甚微。一般用在藉壓差循環(huán)的發(fā)酵罐中，以提高其循環(huán)速度。（1） 螺旋槳式攪拌器螺旋槳式攪拌器在罐內(nèi)將液體向下或向上推進(jìn)(相應(yīng)于圖中的順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)方向)。圖1010 文氏管發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖第二節(jié) 通氣與攪拌一、攪拌器的型式及流型1，型式發(fā)酵罐中的機(jī)械攪拌器大致可分為軸向和徑向推進(jìn)兩種型式。這種設(shè)備的優(yōu)點是：吸氧的效率高，氣、液、 固三相均勻混合，設(shè)備簡單，無須空氣壓縮機(jī)及攪拌器，動力消耗省。設(shè)備的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗套筒較困難，消耗功率較高。圖109 伍式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖2，通氣原理攪拌時液體沿著套筒外向上升至液面，然后由套筒內(nèi)返回罐底，攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上，兼作空氣分配器。（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效果高，操作方便。（3）設(shè)備便于自動化、連續(xù)化，降低勞動強(qiáng)度，減少勞動力。 4，自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點： （1）節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯聰、總過濾器等設(shè)備，減少廠房占地面積。其傳動裝置有裝在罐底及罐頂兩種，如裝在罐底，則端面密封裝置的加工和安裝要求特別精密，否則容易漏液染菌。圖108 自吸式發(fā)酵罐的導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)示意圖及充氣原理3，自吸式發(fā)酵罐的類型根據(jù)通氣的型式不同，自吸式發(fā)酵罐可分為三個類型：（1）回轉(zhuǎn)翼片式自吸式發(fā)酵罐； （2）具有轉(zhuǎn)子及定子的自吸式發(fā)酵罐； （3）噴射式自吸式發(fā)酵罐。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。1，自吸式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)自吸式發(fā)酵罐的主體結(jié)構(gòu)包括：（1）罐體；（2）自吸攪拌器及導(dǎo)輪；（3）軸封；（4）換熱裝置；（5）消泡器。這種設(shè)備的耗電量小，能保證發(fā)酵所需的空氣，并能使氣液分離細(xì)小，均勻地接觸，吸入空氣中70~80%的氧被利用。具有適當(dāng)直徑的噴嘴才能保證氣泡分割細(xì)碎，與發(fā)酵液均勻接觸，增加溶氧系數(shù)。（1）循環(huán)周期時間必須符合菌種發(fā)酵的需要。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 2，氣升式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)及原理 分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。1，氣升式發(fā)酵罐的特點（1）結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積?。唬?）無攪拌傳動設(shè)備，節(jié)省動力約50%，節(jié)省鋼材；（3）操作時無噪音；（4）料液裝料系數(shù)達(dá)80~90％，而不須加消泡劑；（5）維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。二、氣升式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐其通風(fēng)原理是罐內(nèi)通風(fēng)，靠機(jī)械攪拌作用使氣泡分割細(xì)碎，與培養(yǎng)基充分混合，密切接觸，以提高氧的吸收系數(shù)；設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，動能消耗較太。其優(yōu)點是：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)。此外，彎曲位置比較容易蝕穿。170。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。其缺點 是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時降溫效果差， ②豎式蛇管換熱裝置 這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內(nèi)，有四組、六組或八組不等，根據(jù)管的直徑大小而定，容積5 米3 以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。（9）發(fā)酵罐的換熱裝置①夾套式換熱裝置 這種裝置多應(yīng)用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐；夾套的高度比靜止液面高度稍高即可，無須進(jìn)行冷卻面積的設(shè)計。圖105 端面式軸封的結(jié)構(gòu)示意圖端面式軸封的優(yōu)點：清潔；密封可靠；無死角，可以防止雜菌污染；使用壽命長；摩擦功率耗損?。惠S或軸套不受磨損； 它對軸的精度和光潔度沒有填料密封要求那么嚴(yán)格，對軸的震動敏感性小。圖104 填料函式軸封的結(jié)構(gòu)示意圖②端面式軸封又稱機(jī)械軸封。填料函式軸封的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動較為簡便。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套。（7）軸承為了減少震動，中型發(fā)酵罐—般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種?？装迨降目讖郊s10~20毫米。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：（5）消泡器消泡器的作用是將泡沫打破。通常，擋板寬度取(~)D，裝設(shè)6~4塊即可滿足全擋板條件。攪拌器有軸向式（槳葉式、螺旋槳式）和徑向式（渦輪式）兩種。最常用的發(fā)酵罐各部分的比例尺寸如圖102。對于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌器。圖101 攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)示意圖（2）罐體的尺寸比例罐體各部分的尺寸有一定的比例，~4左右。在發(fā)酵罐的罐頂上的接管有：進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管。中大型發(fā)酵罐則裝沒有快開入孔及清洗用的快開手孔。2，機(jī)械攪拌發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu) 機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是一種密封式受壓設(shè)備，其主要部件包括：罐身、軸封、消泡器、攪拌器、聯(lián)軸器、中間軸承、擋板、空氣分布管、換熱裝置和人孔以及管路等（1）罐體發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接，材料一般為不銹鋼。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。好氣性發(fā)酵需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧。在發(fā)酵罐中，微生物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中進(jìn)行生長、新陳代謝和形成發(fā)酵產(chǎn)物。第十章 通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備四十年代中期，青霉素的工業(yè)化生產(chǎn)，或深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，標(biāo)志近代通風(fēng)發(fā)酵工業(yè)的開始。在深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)中，發(fā)酵罐是關(guān)鍵設(shè)備。第一節(jié) 通風(fēng)發(fā)酵罐及結(jié)構(gòu)通風(fēng)發(fā)酵罐又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、酶制劑、抗生素、酵母等發(fā)酵用的發(fā)酵罐。 常用通風(fēng)發(fā)酵罐有以下幾種類型：（1）機(jī)械攪拌發(fā)酵罐（2）氣升式發(fā)酵罐（3）自吸式發(fā)酵罐（4）伍式發(fā)酵罐（5）文氏管發(fā)酵罐一、機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠最常用類型。1，機(jī)械攪拌通