1、第第3章章 反響設備反響設備l3.1 機械攪拌反響器機械攪拌反響器l3.2 發(fā)酵設備發(fā)酵設備3.1 機械攪拌反響器機械攪拌反響器l反響設備的定義、應用反響設備的定義、應用l攪拌反響器的結構攪拌反響器的結構l攪拌器攪拌器l攪拌器附件攪拌器附件反響設備的定義反響設備的定義l用來進行化學反響的裝置，通常稱為反響器。用來進行化學反響的裝置，通常稱為反響器。反響設備的應用反響設備的應用l通過對參加反響的介質的充分攪拌，使物料混通過對參加反響的介質的充分攪拌，使物料混合均勻；合均勻；l強化傳熱效果和相間傳質；強化傳熱效果和相間傳質；l使氣體在液相中作均勻分散；使氣體在液相中作均勻分散；l使固體顆粒在液相中

2、均勻懸??；使固體顆粒在液相中均勻懸?。籰使不相容的另一液相均勻懸浮或充分乳化。使不相容的另一液相均勻懸浮或充分乳化。l按結構型式分類，可分為：按結構型式分類，可分為：l釜式反響器釜式反響器l管式反響器管式反響器l塔式反響器塔式反響器l固定床反響器固定床反響器l流化床反響器流化床反響器l 反響設備的類型反響設備的類型l 釜式反響器釜式反響器 l 釜釜 式反響器也稱槽式、鍋式反響器。式反響器也稱槽式、鍋式反響器。l參與反響的物料一次投入，反響完成后，參與反響的物料一次投入，反響完成后，產(chǎn)物一次卸出的反響器。產(chǎn)物一次卸出的反響器。l特點：裝置簡單、互換性大，投資低等。特點：裝置簡單、互換性大，投資低

3、等。 l 管式反響器管式反響器 l 管式反響器主要用于氣相、液相、氣管式反響器主要用于氣相、液相、氣液相連續(xù)反響過程。液相連續(xù)反響過程。 反響設備的類型反響設備的類型管式反響器結構示意圖管式反響器結構示意圖 鼓泡塔反響器結構示意圖鼓泡塔反響器結構示意圖11分布格板；分布格板；22夾套；夾套；33氣體分布器；氣體分布器；44塔體；塔體；55擋板；擋板；66塔外換熱器；塔外換熱器；77液體捕集器；液體捕集器；88擴大段擴大段塔式反響器塔式反響器 固定床反響器固定床反響器 固定床反響器是指流體通過靜止不固定床反響器是指流體通過靜止不動的固體物料所形成的床層而進行化動的固體物料所形成的床層而進行化學反

4、響的設備。以氣學反響的設備。以氣- 固反響的固定固反響的固定床反響器最常見。床反響器最常見。 流化床反響器流化床反響器 把反響器和在其中呈流態(tài)化的固體把反響器和在其中呈流態(tài)化的固體催化劑顆粒合在一起，成為流化床反催化劑顆粒合在一起，成為流化床反響器。流化床反響器多用于氣響器。流化床反響器多用于氣- 固反固反響過程。響過程。 機械攪拌反響器機械攪拌反響器l用于溶解、稀釋等多種傳遞過程；用于溶解、稀釋等多種傳遞過程；l化學反響過程?；瘜W反響過程。攪拌反響器的結構攪拌反響器的結構三大局部組成：三大局部組成：攪拌裝置攪拌裝置軸封軸封攪拌罐攪拌罐傳動裝置傳動裝置攪拌軸攪拌軸攪拌器攪拌器軸封軸封罐體罐體夾

5、套夾套人孔人孔壓出管壓出管夾套反響器罐體尺寸示意夾套反響器罐體尺寸示意 罐體尺寸確定罐體尺寸確定罐體尺寸確定罐體尺寸確定 高徑比高徑比 確定罐體高徑比的考慮因素確定罐體高徑比的考慮因素 從減少攪拌功率的角度考慮，高徑比可從減少攪拌功率的角度考慮，高徑比可取得大一些。取得大一些。 從傳熱角度看，希望高徑比可取得大一從傳熱角度看，希望高徑比可取得大一些；當容積一定時，高徑比大、罐體就高，些；當容積一定時，高徑比大、罐體就高，盛料局部外表積大、傳熱面積也就大。盛料局部外表積大、傳熱面積也就大。 要考慮物料的狀態(tài)，對發(fā)酵類物料，為要考慮物料的狀態(tài)，對發(fā)酵類物料，為了使通入罐內的空氣與發(fā)酵物料充分接觸，

6、了使通入罐內的空氣與發(fā)酵物料充分接觸，高徑比應取得大一些。高徑比應取得大一些。 直徑及高度確定直徑及高度確定 裝料系數(shù)裝料系數(shù) 假設物料在反響過程中產(chǎn)生泡們沫或呈沸假設物料在反響過程中產(chǎn)生泡們沫或呈沸騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)0.60.7； 假設物料反響較平穩(wěn)，那么取裝料系數(shù)假設物料反響較平穩(wěn)，那么取裝料系數(shù)0.80.85。 直徑及高度確定直徑及高度確定 1、在初步確定、在初步確定H/Di后，可先忽略封頭后，可先忽略封頭的容積，近似計算出罐體的容積。的容積，近似計算出罐體的容積。 得2、將上式計算的結果圓整為標準直徑，再代入下式中克計算出罐體的高度 V)(4432iiiDHDHD30

7、)(4iDHiVD 20244ikikDVVDVVHV V0 0: :物料體積物料體積V Vk k: :封頭體積封頭體積l反響釜的高徑比反響釜的高徑比 l 液液-固相、液液相固相、液液相 11.3 l一般攪拌罐一般攪拌罐 氣液相氣液相 12 l發(fā)酵罐類發(fā)酵罐類 發(fā)酵液發(fā)酵液 1.72.5 l在確定反響釜直徑及高度時還應根據(jù)反響在確定反響釜直徑及高度時還應根據(jù)反響釜操作時所允許的裝料程度一裝料釜操作時所允許的裝料程度一裝料傳熱裝置 夾套 可拆卸的夾套可拆卸的夾套 不可拆卸的夾套不可拆卸的夾套 蛇管蛇管結構蛇管結構 工藝接管 進料管 進料管結構進料管結構 出料管下部出料管下部出料管 上部出料管上部

8、出料管 攪拌器攪拌器l攪拌器又稱攪拌槳或攪拌攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反響器的關葉輪，是攪拌反響器的關鍵部件鍵部件l功能是提供過程所需要的功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動狀態(tài)。能量和適宜的流動狀態(tài)。流型流型l攪拌器旋轉時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形攪拌器旋轉時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成成高湍動的充分混合區(qū)高湍動的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動液，并產(chǎn)生一股高速射流推動液體在攪拌容器內循環(huán)流動體在攪拌容器內循環(huán)流動l這種這種循環(huán)流動的途徑循環(huán)流動的途徑稱為流型。稱為流型。l流型的影響因素流型的影響因素l攪拌器的形式攪拌器的形式l攪拌容器攪拌容器和和內構件幾何特征

9、內構件幾何特征l流體性質流體性質l攪拌器轉速攪拌器轉速三種根本流型三種根本流型l攪拌機頂插式中心安裝的立式圓筒的攪拌機頂插式中心安裝的立式圓筒的l三種根本流型三種根本流型l徑向流徑向流l軸向流軸向流l切向流切向流徑向流徑向流l流體的流動方向流體的流動方向垂直垂直于攪拌于攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器軸，沿徑向流動，碰到容器壁面分成壁面分成兩股流體分別向上、兩股流體分別向上、向下流動向下流動，再回到葉端，不，再回到葉端，不穿過葉片，形成穿過葉片，形成上、下兩個上、下兩個循環(huán)循環(huán)軸向流軸向流l流體的流動方向流體的流動方向平行平行于攪拌于攪拌軸，流體由葉槳推動，使流軸，流體由葉槳推動，使流體向下流動，

10、遇到容器底面體向下流動，遇到容器底面再翻上，形成再翻上，形成上下循環(huán)流上下循環(huán)流。切向流切向流l無擋板的容器內，流體繞軸無擋板的容器內，流體繞軸作旋轉運動，流速高時的液作旋轉運動，流速高時的液體外表會形成漩渦，這種流體外表會形成漩渦，這種流型稱為切向流型稱為切向流l混合效果很差混合效果很差 l三種流型同時存在三種流型同時存在l軸向流軸向流與與徑向流徑向流對混合起主要作用對混合起主要作用l切向流切向流應加以抑制應加以抑制l擋板擋板可削弱切向流可削弱切向流, 增強軸向流和徑向流增強軸向流和徑向流 攪拌器在容器內的安裝方式攪拌器在容器內的安裝方式l除中心安裝的立式圓筒除中心安裝的立式圓筒l不同方式安

11、裝的攪拌機產(chǎn)生的流型各不相同不同方式安裝的攪拌機產(chǎn)生的流型各不相同l按流體流動形態(tài)按流體流動形態(tài)n軸向流攪拌器軸向流攪拌器n徑向流攪拌器徑向流攪拌器n混合流攪拌器混合流攪拌器l按攪拌器結構按攪拌器結構l按攪拌的用途按攪拌的用途攪拌器分類攪拌器分類按流體流動形態(tài)分類按流體流動形態(tài)分類常用攪拌器及流型示意常用攪拌器及流型示意 l漿式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在攪漿式、推進式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反響設備中應用最為廣泛，拌反響設備中應用最為廣泛，l據(jù)統(tǒng)計約占攪拌器總數(shù)的據(jù)統(tǒng)計約占攪拌器總數(shù)的7580。按攪拌器結構分類按攪拌器結構分類l采用平葉和折葉的攪拌器采用平葉和折葉的攪拌器l槳式槳式l渦輪

12、式渦輪式l框式框式l錨式錨式l采用螺旋面葉的攪拌器采用螺旋面葉的攪拌器l推進式推進式l螺桿式螺桿式l螺帶式螺帶式 TY120三窄螺旋葉攪拌器TY130推進式攪拌器TY140四寬螺旋葉攪拌器 TY210型平直葉槳式攪拌器TY220斜葉槳式攪拌器TY240雙折葉槳式攪拌器型式攪拌器型式 TY250復合折葉槳式TY260橢圓葉槳式TY340三菱錐葉開啟渦輪 TY410框式攪拌器特殊框式攪拌器TY520斜葉開啟渦輪TY530平直葉開啟渦輪 TY610平直葉圓盤渦輪攪拌器TY640弧葉圓盤渦輪TY650箭葉式圓盤渦輪 TY660拋物線圓盤渦輪TY715螺帶螺桿攪拌器襯的攪拌器n用于低黏流體的攪拌器用于低

13、黏流體的攪拌器推進式推進式長薄葉螺旋槳式長薄葉螺旋槳式圓盤渦輪式圓盤渦輪式l用于高黏流體的攪拌器用于高黏流體的攪拌器l錨式錨式l框式框式l螺旋槳式螺旋槳式l螺帶式螺帶式按攪拌用途分類按攪拌用途分類l根據(jù)攪拌過程的特點和主要控制因素進行選型根據(jù)攪拌過程的特點和主要控制因素進行選型攪拌器選型攪拌器選型l擋板擋板l導流筒導流筒l攪拌附件的作用攪拌附件的作用l改善反響器內流體的流動狀態(tài)改善反響器內流體的流動狀態(tài)l改變徑向流改變徑向流, 提高混合效果提高混合效果l保護攪拌器保護攪拌器l減少劇烈旋轉的液體結合漩渦作用對減少劇烈旋轉的液體結合漩渦作用對攪拌軸產(chǎn)生沖擊作用攪拌軸產(chǎn)生沖擊作用 攪拌器附件攪拌器附

14、件l安裝安裝4塊擋板，其寬度為容器直徑的塊擋板，其寬度為容器直徑的1/121/10。l傳熱蛇管可代替擋板垂直換熱管時可不再安裝傳熱蛇管可代替擋板垂直換熱管時可不再安裝擋板擋板擋板擋板l防止旋渦現(xiàn)象，增大被攪防止旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度拌液體的湍流程度l切向流動變?yōu)檩S向和徑向切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強化反響器內液體流動，強化反響器內液體的對流和擴散，改善攪拌的對流和擴散，改善攪拌效果。效果。l 攪拌反響器的擋板結構攪拌反響器的擋板結構擋板的作用擋板的作用l上下開口圓筒上下開口圓筒，安裝于容器內，安裝于容器內，在攪拌混合中起導流作在攪拌混合中起導流作l導流筒的直徑約為容器直徑的導流筒

15、的直徑約為容器直徑的70%l渦輪式或槳式攪拌器渦輪式或槳式攪拌器，導流筒，導流筒置于槳葉的上方置于槳葉的上方l推進式攪拌器推進式攪拌器，導流筒套在槳，導流筒套在槳葉外面葉外面導流筒導流筒l機械攪拌反響器的傳動裝置機械攪拌反響器的傳動裝置l1電動機；電動機；l2減速器；減速器；l3聯(lián)軸器；聯(lián)軸器；l4機座；機座； l5軸封裝置；軸封裝置；l6底座；底座；l7封頭；封頭；l8攪拌軸；攪拌軸；傳動裝置傳動裝置3.2 發(fā)酵設備發(fā)酵設備3.2 發(fā)酵設備發(fā)酵設備l發(fā)酵的操作過程發(fā)酵的操作過程l發(fā)酵罐的設計要求發(fā)酵罐的設計要求l常用發(fā)酵罐常用發(fā)酵罐l機械攪拌式發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐l自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐

16、l氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐l塔式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐什么是發(fā)酵什么是發(fā)酵l生物化學中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)生物化學中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵酵l微生物生理學：有機物被生物體氧化降解微生物生理學：有機物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程l工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動而實現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱為命活動而實現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵發(fā)酵l發(fā)酵的菌種發(fā)酵的菌種微生物，包括細菌、病毒、微生物，包括細菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動物等在內的一真菌以及一些小型的原生動物等在內的一大類生物群體大類生物群體什么是酵母什么是酵母l

17、一種單細胞真菌一種單細胞真菌,在有氧和無氧環(huán)境下都能在有氧和無氧環(huán)境下都能生存生存,屬于兼性厭氧菌屬于兼性厭氧菌l有氧氣的環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉化為有氧氣的環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉化為水和二氧化碳水和二氧化碳l無氧的條件下，將葡萄糖分解為二氧化碳無氧的條件下，將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精和酒精lC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (放出能量放出能量:118 kJ/mol) l釀酒過程中，乙醇被保存下來釀酒過程中，乙醇被保存下來l烤面包或蒸饅頭的過程中，二氧化碳將面烤面包或蒸饅頭的過程中，二氧化碳將面團發(fā)起，而酒精那么揮發(fā)團發(fā)起，而酒精那么揮發(fā)發(fā)酵罐的操作和設計要求發(fā)

18、酵罐的操作和設計要求l氣氣-液接觸液接觸l濃度的在線檢測濃度的在線檢測l混合混合l傳熱傳熱l泡沫控制泡沫控制l營養(yǎng)物或控制營養(yǎng)物或控制pH用用的試劑的參加的試劑的參加結構可靠結構可靠良好的良好的氣液接觸和液固氣液接觸和液固混合混合性能性能減少減少機械攪拌機械攪拌和通氣所消耗的動和通氣所消耗的動力力良好的良好的傳熱傳熱性能性能設置有效的設置有效的消泡沫裝置消泡沫裝置必要和可靠的必要和可靠的監(jiān)測及控制儀表監(jiān)測及控制儀表間歇發(fā)酵罐間歇發(fā)酵罐發(fā)酵罐的設計要求發(fā)酵罐的設計要求發(fā)酵罐型式發(fā)酵罐型式l按按攪拌和通氣的能量輸入方式攪拌和通氣的能量輸入方式可分為可分為l機械攪拌式機械攪拌式l外部液體循環(huán)式外部液

19、體循環(huán)式l空氣噴射提升式空氣噴射提升式機械攪拌式機械攪拌式外部液體循環(huán)式外部液體循環(huán)式空氣噴射提升式空氣噴射提升式常用發(fā)酵罐常用發(fā)酵罐l機械攪拌式發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐n自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐n氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐n塔式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐l機械攪拌機械攪拌l壓縮空氣通氣裝置壓縮空氣通氣裝置機械攪拌式發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐l主要組成部件主要組成部件l罐體罐體-1l攪拌裝置攪拌裝置-2l傳熱裝置傳熱裝置-4l通氣裝置通氣裝置-7l傳動機構傳動機構-6罐體罐體l組成組成 l圓筒形筒身圓筒形筒身l上下兩個橢圓形封頭上下兩個橢圓形封頭l幾何尺寸比例幾何尺寸比例lH/D

20、=1.73；d/D=1/21/3lW/D=1/81/12；B/D=0.81ls/d=1.52.5 (2); s/d=12 (3)l發(fā)酵罐的公稱容積發(fā)酵罐的公稱容積V0為筒身局部容積為筒身局部容積Vc和和底封頭容積底封頭容積Vb之和，即之和，即V0=Vc+Vbl實際裝料量實際裝料量 lV=0V0;l0是裝料系數(shù)，是裝料系數(shù)，0.70.8 lV= 0.70.8V0罐體罐體l接管和接口接管和接口 l冷卻水、給排氣、取樣、放料、接種、消泡冷卻水、給排氣、取樣、放料、接種、消泡劑、酸、堿等工藝接管劑、酸、堿等工藝接管l視鏡、儀表等接口視鏡、儀表等接口l材料材料 l不銹鋼鋼板或復合不銹鋼板不銹鋼鋼板或復合

21、不銹鋼板l以保證罐內培養(yǎng)液清潔和壁面光滑以保證罐內培養(yǎng)液清潔和壁面光滑 l壓力容器用鋼壓力容器用鋼l強度強度 l能承受滅菌蒸汽的壓力和溫度能承受滅菌蒸汽的壓力和溫度攪拌裝置攪拌裝置l采用采用圓盤渦輪式攪拌器圓盤渦輪式攪拌器l配置配置2-3個攪拌器個攪拌器 l有利于液體本身的混合及氣液和液固之間的有利于液體本身的混合及氣液和液固之間的混合混合l改善傳質和傳熱改善傳質和傳熱l有助于氧的溶解有助于氧的溶解通氣裝置通氣裝置l將將無菌空氣導無菌空氣導入罐內的裝置入罐內的裝置l單孔管單孔管l單孔管的出口位置單孔管的出口位置l正下方正下方l開口向下開口向下傳熱裝置傳熱裝置l發(fā)酵過程中發(fā)酵液產(chǎn)生熱量發(fā)酵過程中

22、發(fā)酵液產(chǎn)生熱量l最適宜培養(yǎng)溫度最適宜培養(yǎng)溫度l冷卻水導出局部熱量冷卻水導出局部熱量l發(fā)酵罐的傳熱裝置有夾套和蛇管發(fā)酵罐的傳熱裝置有夾套和蛇管機械消末裝置機械消末裝置l發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵液中含有大量蛋白質等發(fā)發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵液中含有大量蛋白質等發(fā)泡物質，在強烈的通氣攪拌下將產(chǎn)生大量泡沫泡物質，在強烈的通氣攪拌下將產(chǎn)生大量泡沫l消除發(fā)酵液泡沫消除發(fā)酵液泡沫 l消泡劑消泡劑(天然油脂、聚醚類、硅類、高碳醇天然油脂、聚醚類、硅類、高碳醇)l機械消泡裝置機械消泡裝置耙式消泡槳耙式消泡槳l消泡槳安裝于攪拌軸上，與軸同轉，齒面略高于消泡槳安裝于攪拌軸上，與軸同轉，齒面略高于液面，消泡槳直徑約為罐徑的液

23、面，消泡槳直徑約為罐徑的0.80.9l當少量泡沫上升時，如果泡沫的機械強度較小，當少量泡沫上升時，如果泡沫的機械強度較小，耙齒可把泡沫打碎。耙齒可把泡沫打碎。封閉式渦輪消泡槳封閉式渦輪消泡槳l尺寸尺寸l消沫器直徑約為罐徑的消沫器直徑約為罐徑的1/2l安裝安裝l渦輪消沫器直接安裝于渦輪消沫器直接安裝于攪拌軸攪拌軸上，由于攪拌軸轉速太上，由于攪拌軸轉速太低效果不佳低效果不佳l下伸軸發(fā)酵罐，下伸軸發(fā)酵罐，罐頂安裝罐頂安裝，渦輪軸高速旋轉，渦輪軸高速旋轉l工作過程工作過程l泡沫直接被渦輪打碎，或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎泡沫直接被渦輪打碎，或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐l不需空氣

24、壓縮機不需空氣壓縮機l自吸入空氣的生物反響器自吸入空氣的生物反響器自吸式發(fā)酵罐的形式自吸式發(fā)酵罐的形式l形式形式l葉輪和導輪自吸入式發(fā)酵罐葉輪和導輪自吸入式發(fā)酵罐l噴射自吸式反響器噴射自吸式反響器l文丘里管反響器文丘里管反響器l共同特點共同特點:l利用特殊轉子或噴射器或文丘里管所利用特殊轉子或噴射器或文丘里管所形成的負壓，將空氣從外界吸入形成的負壓，將空氣從外界吸入文氏管的原理文氏管的原理l文氏管的原理文氏管的原理l把氣流由粗變細，以加快氣體流速，使氣把氣流由粗變細，以加快氣體流速，使氣體在文氏管出口的后側形成一個體在文氏管出口的后側形成一個“真空真空區(qū)。當這個真空區(qū)靠近工件時會對工件產(chǎn)區(qū)。當

25、這個真空區(qū)靠近工件時會對工件產(chǎn)生一定的吸附作用生一定的吸附作用 自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點l節(jié)約了空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機、冷卻器、節(jié)約了空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機、冷卻器、油水別離器、空氣貯罐等設備，減少占地面積油水別離器、空氣貯罐等設備，減少占地面積l可減少發(fā)酵設備投資約可減少發(fā)酵設備投資約30%左右左右l發(fā)酵總動力消耗比通用式低發(fā)酵總動力消耗比通用式低自吸式發(fā)酵罐的缺點自吸式發(fā)酵罐的缺點l必須采用高效率、低阻力的必須采用高效率、低阻力的空氣除菌裝置空氣除菌裝置l用于用于無菌要求較低無菌要求較低的醋酸和酵母的發(fā)酵生產(chǎn)的醋酸和酵母的發(fā)酵生產(chǎn)中中l(wèi)不適用于對剪切作用敏感不適用于對剪切作用敏感的微生物的發(fā)酵的微生物的發(fā)酵