【正文】 —— 酒精或其他發(fā)酵產(chǎn)品的總發(fā)酵熱 (J／ h)? QB—— 冷卻水帶走的熱量 (J／ h)? [例題 ]? QA＝ QB? 式中 由熱平衡方程式得：? 4．冷卻水耗量的計算? ? 所以總的發(fā)酵熱是： ? 代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量 Q2與糖濃濃度、發(fā)酵程度好壞有關(guān)，除間接測定外，目前還難具體計算，一般計算時可取 Q1的 6％左右。此外，對于小型試驗罐，也可在發(fā)酵最旺盛時，測定其冷卻水的進(jìn)出口溫度和單位時間內(nèi)的耗水量，從而得出小罐的放熱量 Q1’。? ? 對于確定酒精、啤酒等嫌氣發(fā)酵的發(fā)酵熱，一船按發(fā)酵最旺盛時單位時間糖度降低的百分值來計算，通常以消耗 1kg麥芽糖發(fā)酵放出的熱量約為 418， 600J為計算基準(zhǔn)。 1．總的發(fā)酵熱 Q? 微生物在嫌氣發(fā)醉過程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱 Q1，蒸發(fā)熱損失 Q2，罐壁向用圍散失的熱損失 Q3等三部分熱量所組成。? (二 )發(fā)酵罐罐數(shù)的確定? 對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算 洗滌水若用廢熱水，還可提高洗滌效果。? 水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，使其以每分鐘 48—56 轉(zhuǎn)自動旋轉(zhuǎn)，并以極大的速度噴射到罐壁各處，而垂直的噴水管也以同樣的水流速度噴射到罐體四壁和罐底。 水力噴射裝置? 是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成? 兩頭噴水管彎有一定的弧度? 噴水管上均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔? 噴水管安裝時呈水平? 噴水管借活接頭和固定供水管相連接? 它是借噴水管兩頭噴嘴以一定噴出速度而形成的反作用力，使噴水管自動旋轉(zhuǎn)。? 近年來，酒精發(fā)酵罐巳逐步采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動強(qiáng)度和提高了操作效率。 發(fā)酵的冷卻裝置? 對于中小型發(fā)酵罐，多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；? 對于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置，? 為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。? 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)酵耀，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。? 在酒精發(fā)酸過程中，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。 一、酒精發(fā)酵罐 ? 溫 度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合，排料管在罐的底部。? 它的容積常大于 50m3， H:Dt=12，罐的上、下部都是錐形的。密閉厭氧發(fā)酵罐 ? 對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。3．按容積分類：一般認(rèn)為 5001以下的是實(shí)驗室發(fā)酵罐；50050001是中試發(fā)酵罐；50001以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。 非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。2.1．按微生物生長代謝需要分類：好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)酵罐。kcal／ m3． h。000～ 207．功率消耗： ～ 4kW／ m3。6．通氣量： ～ 2kmo1／ m3(表壓 ).4． pH： 2～ 11。3．滅菌條件；溫度 100～ 140℃ ，壓力 0～ 32．壓力： 0～ 1發(fā)酵罐工藝操作條件 典型發(fā)酵設(shè)備 ? 發(fā)酵工業(yè)上最常用的是通風(fēng)攪拌罐。國內(nèi)目前尚處于起步階段，發(fā)酵檢測參數(shù)還只限于溫度、壓力、空氣流量等一些最常規(guī)的參數(shù)。（ 2）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。（ 1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對純種培養(yǎng)的要求之高，幾乎達(dá)到十分苛刻的程度。 生物工程和技術(shù)的迅猛發(fā)展，給發(fā)酵工業(yè)提出了新的課題。計算機(jī)開始在發(fā)酵工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。? 第四階段： 19601979年，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的容積增大到 80150m3。? 第三階段： 19401960年，機(jī)械攪拌、通風(fēng)，無菌操作和純種培養(yǎng)等一系列技術(shù)開始完善，發(fā)酵工藝過程的參數(shù)檢測和控制方面已出現(xiàn)，耐蒸汽滅菌的在線連續(xù)測定的 pH電極和溶氧電極，計算機(jī)開始進(jìn)行發(fā)酵過程的控制。? 第一階段 :1900年以前，是現(xiàn)代發(fā)酵罐的雛形，它帶有簡單的溫度和熱交換儀器。發(fā)酵罐系統(tǒng) 發(fā)酵罐的定義：是為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。它必須能夠提供微生物生命活動和代謝所要求的條件，并便于操作和控制，保證工藝條件的實(shí)現(xiàn)，從而獲得高產(chǎn)。? 種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。第七章 發(fā)酵設(shè)備主講人：劉萍第一節(jié) 發(fā)酵設(shè)備概述? 發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料 (培養(yǎng)基 )調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備，通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備，以及攪拌器等。 ? 發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。一、發(fā)酵罐 對于某些工藝來說，發(fā)酵罐是個密閉容器，同時附帶精密控制系統(tǒng)；而對于另一些簡單的工藝來說，發(fā)酵罐只是個開口容器，有時甚至簡單到只要有一個開口的坑。一個優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成（ 1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)（ 2）良好的液體混合特性（ 3）好的傳質(zhì)相傳熱速率（ 4）具有配套而又可靠的檢測、控制儀表發(fā)酵罐發(fā)展歷史 ? 第二階段 :19001940年，出現(xiàn)了 200m3的鋼制發(fā)酵罐，在面包酵母發(fā)酵罐中開始使用空氣分布器，機(jī)械攪拌開始用在小型的發(fā)酵罐中。發(fā)酵產(chǎn)品的分離和純化設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)商品化。由于大規(guī)模生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的需要，又出現(xiàn)了壓力循環(huán)和壓力噴射型的發(fā)酵罐，它可以克服 — 些氣體交換和熱交換問題。? 第五階段： 1979年至今。于是，大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵罐應(yīng)運(yùn)而生，胰島素，干擾素等基因工程的產(chǎn)品走上商品化。發(fā)酵罐的特點(diǎn) 因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運(yùn)行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點(diǎn)。在發(fā)酵罐的自動化方面，作為參數(shù)檢測的眼睛如pH電極、溶解氧電極、溶解二氧化碳電極等的在線檢測在國外巳相當(dāng)成熟。發(fā)酵罐的種類 除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外，其它型式的發(fā)酵罐如：氣提式發(fā)酵罐、壓力循環(huán)發(fā)酵罐、帶超濾膜的發(fā)酵罐等 ? 種子制備設(shè)備、主發(fā)酵設(shè)備、輔助設(shè)備 (無菌空氣和培養(yǎng)基的制備 )，發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備，粗產(chǎn)品的提取設(shè)備、產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備、流出物回收、利用和處理設(shè)備等。1．溫度： 25～ 40℃ 。kg／ cm3(表壓 )。 kg／cm35．需氧量： 0． 05～ h。VVM。8.發(fā)酵熱量： 5000發(fā)酵罐的類型 不需要通氣。按照發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)分類：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和產(chǎn)物形成對氧的需求。第二節(jié) 嫌氣發(fā)酵設(shè)備 ? 酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多。? 上部有物料口，冷卻水口， CO2和氣體出口、人孔和壓力表開口等。 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)過程中將釋放的生物熱酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求? 滿足工藝要求，有利于發(fā)酵的排出? 從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出? 有利于設(shè)備清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu)? 為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。? 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。 ? 采用罐外列管式噴淋冷卻的方法，具有冷卻發(fā)酵液均勻，冷卻效率高等優(yōu)點(diǎn)。酒精發(fā)酵罐的洗滌? 過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且二氧化碳?xì)怏w一旦末徹底排除，工人入罐清洗會發(fā)生中毒事故。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。? 對于 120m3的酒精發(fā)酵耀，采用363mm的噴水管，管上開有 4430個小孔，兩頭噴嘴口徑為 9mm。高壓強(qiáng)的水力噴射洗滌裝置? 它是一根直立的噴水管，沿軸向安裝于罐的中央，在垂直噴水管上按一定的間距均勻地鉆有46mm的小孔，孔與水平呈 20度角，水平噴水管借活接頭，上端和供水總管，下端相垂直分配管相連接，洗滌水壓為 。? 約 5分鐘時間即可完成洗滌作業(yè)。 二、酒精發(fā)酵罐的計算? (一 )發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定? 發(fā)酵罐全容積可按下式計算： (三 )發(fā)酵罐冷卻面積計算 ? 微生物的生物合成熱是由維持微生物生命活動的呼吸熱、促進(jìn)微生物增殖的繁殖熱以及微