1、 第七章 發(fā)酵罐的比擬(bn)放大第一頁，共97頁。 發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備什么是發(fā)酵設(shè)備？包括那些設(shè)備？什么是發(fā)酵設(shè)備？包括那些設(shè)備？種子制備設(shè)備種子制備設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備輔助設(shè)備（無菌空氣和培養(yǎng)基制備）輔助設(shè)備（無菌空氣和培養(yǎng)基制備）發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備產(chǎn)品提取產(chǎn)品提取(tq)(tq)與精致設(shè)備與精致設(shè)備廢物回收處理設(shè)備廢物回收處理設(shè)備請問核心部分是什么？請問核心部分是什么？第二頁，共97頁。v主發(fā)酵設(shè)備或稱為發(fā)酵罐主發(fā)酵設(shè)備或稱為發(fā)酵罐v是發(fā)酵工程是發(fā)酵工程(gngchng)(gngchng)中最重要的設(shè)備之一中最重要的設(shè)備之一第三頁，共97頁。優(yōu)良的發(fā)酵設(shè)備應(yīng)具有的特性優(yōu)良

2、的發(fā)酵設(shè)備應(yīng)具有的特性嚴密的結(jié)構(gòu)嚴密的結(jié)構(gòu)良好的液體混合性能良好的液體混合性能較高的傳質(zhì)和傳熱速率較高的傳質(zhì)和傳熱速率靈敏的檢測靈敏的檢測(jin c)(jin c)和控制儀表和控制儀表第四頁，共97頁。本章(bn zhn)內(nèi)容v1 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)v2 攪拌器的形式攪拌器的形式(xngsh)和軸功率計算和軸功率計算v3 發(fā)酵罐的比擬放大發(fā)酵罐的比擬放大第五頁，共97頁。v發(fā)酵發(fā)酵(f jio)(f jio)罐的基本概念罐的基本概念v發(fā)展過程發(fā)展過程v發(fā)酵發(fā)酵(f jio)(f jio)設(shè)備的類型設(shè)備的類型v機械攪拌發(fā)酵機械攪拌發(fā)酵(f jio)(f jio)罐罐v其他類型的發(fā)酵其他類

3、型的發(fā)酵(f jio)(f jio)罐罐1 發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)(jigu)第六頁，共97頁。一、發(fā)酵罐的基本概念一、發(fā)酵罐的基本概念 發(fā)酵設(shè)備中最重要、應(yīng)用最廣的設(shè)備，發(fā)酵設(shè)備中最重要、應(yīng)用最廣的設(shè)備，是發(fā)酵工業(yè)的心臟是發(fā)酵工業(yè)的心臟廣義的發(fā)酵罐是指為一個特定生物化學(xué)過廣義的發(fā)酵罐是指為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好程的操作提供良好(lingho)(lingho)而滿而滿意的環(huán)境的容器。工業(yè)發(fā)酵中一般指意的環(huán)境的容器。工業(yè)發(fā)酵中一般指進行微生物深層培養(yǎng)的設(shè)備進行微生物深層培養(yǎng)的設(shè)備在有些情況下，密閉容器，簡單容器在有些情況下，密閉容器，簡單容器第七頁，共97頁。v二、發(fā)展過程二、發(fā)展

4、過程v1 1）19001900年以前，木年以前，木制容器造酒制容器造酒v2 2）1900-19401900-1940，鋼制，鋼制發(fā)酵罐，開始使用空發(fā)酵罐，開始使用空氣分布器，機械攪拌氣分布器，機械攪拌開始應(yīng)用開始應(yīng)用v3 3）1940-19601940-1960，青霉，青霉素，通風(fēng)，無菌操作，素，通風(fēng)，無菌操作，純培養(yǎng)等一系列技術(shù)純培養(yǎng)等一系列技術(shù)(jsh)(jsh)開始應(yīng)用，開始應(yīng)用，計算機用于發(fā)酵控制，計算機用于發(fā)酵控制，產(chǎn)物分離純化商業(yè)化產(chǎn)物分離純化商業(yè)化第八頁，共97頁。v 4 4）1960-19791960-1979，機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的容積增，機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的容積增大到大到80

5、-150m380-150m3，出現(xiàn)，出現(xiàn)(chxin)(chxin)壓力循環(huán)和壓力噴壓力循環(huán)和壓力噴射型發(fā)酵罐，克服一些氣體交換和熱交換問題，計射型發(fā)酵罐，克服一些氣體交換和熱交換問題，計算機廣泛應(yīng)用算機廣泛應(yīng)用v 5 5）1979-1979-今，大規(guī)模細胞培養(yǎng)發(fā)酵罐，胰島素、今，大規(guī)模細胞培養(yǎng)發(fā)酵罐，胰島素、干擾素等基因工程產(chǎn)品商業(yè)化發(fā)酵罐更加趨向大型干擾素等基因工程產(chǎn)品商業(yè)化發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展化和自動化發(fā)展v 大生產(chǎn)用：日本味之素：大生產(chǎn)用：日本味之素：500M3500M3v 周口味精廠：周口味精廠：200M3200M3v 斗門味精廠：斗門味精廠：600M3600M3v 臺灣

6、味丹：臺灣味丹： 660M3660M3第九頁，共97頁。三、三、 發(fā)酵設(shè)備的類型發(fā)酵設(shè)備的類型 1 1、 按微生物生長：厭氧和好氧發(fā)酵按微生物生長：厭氧和好氧發(fā)酵設(shè)備設(shè)備 2 2、按發(fā)酵罐能量輸入方式：、按發(fā)酵罐能量輸入方式： 1 1）內(nèi)部機械攪拌發(fā)酵罐）內(nèi)部機械攪拌發(fā)酵罐 通用式（機械攪拌）、伍式、通用式（機械攪拌）、伍式、自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐 2 2）外部液體攪拌發(fā)酵罐）外部液體攪拌發(fā)酵罐 3 3） 空氣噴射空氣噴射(pnsh)(pnsh)提升式發(fā)酵提升式發(fā)酵罐罐 高位塔式發(fā)酵罐高位塔式發(fā)酵罐第十頁，共97頁。v3 3、 按容積分類按容積分類v500L500L以下的是實驗室發(fā)酵罐以下的

7、是實驗室發(fā)酵罐v500-50000L500-50000L是中試發(fā)酵罐是中試發(fā)酵罐v50000L50000L以上是生產(chǎn)以上是生產(chǎn)(shngchn)(shngchn)規(guī)模的發(fā)規(guī)模的發(fā)酵罐酵罐v4 4、 按操作方式按操作方式v分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵第十一頁，共97頁。四、四、 機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌發(fā)酵罐（一）、（一）、 基本要求：基本要求： 1 1）適宜）適宜(shy)(shy)的徑高比，罐身較長，的徑高比，罐身較長，氧利用率較高氧利用率較高 2 2）能耐受一定的壓力）能耐受一定的壓力 3 3）攪拌通風(fēng)裝置）攪拌通風(fēng)裝置 4 4）足夠的冷卻面積）足夠的冷卻面積 5 5）罐內(nèi)要減少死角

8、）罐內(nèi)要減少死角 6 6）攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露）攪拌器的軸封要嚴密，以減少泄露第十二頁，共97頁。 標準發(fā)酵罐的幾何標準發(fā)酵罐的幾何(j (j h)h)尺寸尺寸 H/D=1.7-4 H/D=1.7-4 d/D=1/2-1/3 d/D=1/2-1/3 W/D=1/8-1/12 W/D=1/8-1/12 B/D=0.8-1.0 B/D=0.8-1.0 (s/d)2=1.5-2.5 (s/d)2=1.5-2.5 (s/d)3=1-2 (s/d)3=1-2第十三頁，共97頁。第十四頁，共97頁。v（二）、機械攪拌式發(fā)酵（二）、機械攪拌式發(fā)酵(f jio)(f jio)罐的結(jié)構(gòu)：罐的結(jié)構(gòu)：v

9、1 1、罐體：、罐體：v 培養(yǎng)微生物的巨大容器，密閉式的，在發(fā)酵培養(yǎng)微生物的巨大容器，密閉式的，在發(fā)酵(f jio)(f jio)過程過程中要保持一定的罐壓，通常滅菌的壓力約為中要保持一定的罐壓，通常滅菌的壓力約為2.52.5105Pa105Pav圓柱形，兩端橢圓形，受力均勻，減少死角，物料容易排除，圓柱形，兩端橢圓形，受力均勻，減少死角，物料容易排除，v高度與直徑比高度與直徑比1.7-41.7-4：1 1，有力于空氣利用率，有力于空氣利用率第十五頁，共97頁。已經(jīng)加工成型的橢圓封頭，正在已經(jīng)加工成型的橢圓封頭，正在(zhngzi)加工中的筒體以及冷卻蛇加工中的筒體以及冷卻蛇管管 第十六頁，共

10、97頁。v2 2、罐體表面各種裝置：、罐體表面各種裝置：v中大型發(fā)酵罐裝有供維修、清洗的入孔中大型發(fā)酵罐裝有供維修、清洗的入孔v罐頂裝有窺鏡和孔燈，在其內(nèi)面裝有壓縮空罐頂裝有窺鏡和孔燈，在其內(nèi)面裝有壓縮空氣或蒸汽氣或蒸汽(zhn(zhn q) q)吹管吹管v罐頂接管：進料管、補料管、排氣管、接種罐頂接管：進料管、補料管、排氣管、接種管、壓力表接管管、壓力表接管v罐身接管：冷卻水進出管、空氣進管、溫度罐身接管：冷卻水進出管、空氣進管、溫度計管和測控儀器接口計管和測控儀器接口第十七頁，共97頁。v3 3、 攪拌器攪拌器v將空氣打碎成小氣泡，增加氣將空氣打碎成小氣泡，增加氣- -液接觸面液接觸面積，

11、提高積，提高(t go)(t go)氧的傳質(zhì)效率氧的傳質(zhì)效率v使發(fā)酵液充分混合，液體中的固形物質(zhì)保持使發(fā)酵液充分混合，液體中的固形物質(zhì)保持懸浮狀態(tài)懸浮狀態(tài)v使液體產(chǎn)生軸向流動和徑向流動，對于發(fā)酵使液體產(chǎn)生軸向流動和徑向流動，對于發(fā)酵而言，希望以徑向液流為主而言，希望以徑向液流為主v在攪拌軸上配置多個攪拌器在攪拌軸上配置多個攪拌器第十八頁，共97頁。軸向式軸向式攪拌器攪拌器徑向徑向(jn xin)式式攪拌器攪拌器第十九頁，共97頁。v4) 4) 檔板檔板v克服攪拌器運轉(zhuǎn)時液體產(chǎn)生的渦流克服攪拌器運轉(zhuǎn)時液體產(chǎn)生的渦流(wli)(wli)，增加溶氧速率，增加溶氧速率v從液面至罐底從液面至罐底v與罐壁

12、之間的距離為與罐壁之間的距離為1/5-1/8W1/5-1/8W，避免形，避免形成死角，防止物料與菌體堆積成死角，防止物料與菌體堆積v全擋板條件：是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增全擋板條件：是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。第二十頁，共97頁。全擋板條件全擋板條件(tiojin)下的攪拌流型下的攪拌流型 豎立的列管豎立的列管/排管也可以排管也可以(ky)起擋板作用起擋板作用 第二十一頁，共97頁。5) 5) 消泡器消泡器將泡沫打破將泡沫打破鋸齒式、梳狀式及孔板式鋸齒式、梳狀式及孔板式裝于攪拌裝于攪拌(jiobn)(jiobn)軸上，齒面略高于液面軸上，齒面略高于

13、液面直徑罐徑的直徑罐徑的0.8-0.90.8-0.9第二十二頁，共97頁。安裝安裝(nzhung)在發(fā)酵罐內(nèi)的消泡器在發(fā)酵罐內(nèi)的消泡器 v最簡單實用的消泡裝置為耙式消泡器，最簡單實用的消泡裝置為耙式消泡器，可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙可直接安裝在上攪拌的軸上，消泡耙齒底部應(yīng)比發(fā)酵液面高出適當高度齒底部應(yīng)比發(fā)酵液面高出適當高度(god)。安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動軸的。安裝在發(fā)酵罐內(nèi)轉(zhuǎn)動軸的上部的消泡器有齒式、梳式、孔板式、上部的消泡器有齒式、梳式、孔板式、旋漿梳式等旋漿梳式等 消泡器的安裝消泡器的安裝(nzhung) 第二十三頁，共97頁。v安裝在發(fā)酵罐外的消泡器安裝在發(fā)酵罐外的消泡器v安裝在發(fā)酵

14、罐外的消泡器有渦輪安裝在發(fā)酵罐外的消泡器有渦輪消泡器、旋風(fēng)離心式消泡器和葉消泡器、旋風(fēng)離心式消泡器和葉輪離心式消泡器、碟片式消泡器輪離心式消泡器、碟片式消泡器和刮板和刮板( (u bn)u bn)式消泡器式消泡器等等 。v旋風(fēng)離心式消泡器旋風(fēng)離心式消泡器v改進的旋風(fēng)離心式消泡器，它可改進的旋風(fēng)離心式消泡器，它可以和消泡劑盒配合使用，并根據(jù)以和消泡劑盒配合使用，并根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)的泡沫情況自動添加消發(fā)酵罐內(nèi)的泡沫情況自動添加消泡劑泡劑1、泡沫不、泡沫不多，無多，無需加消需加消泡劑。泡劑。2、泡沫累、泡沫累積，觸積，觸動傳感動傳感器，起器，起動消泡動消泡泵加入泵加入消泡劑。消泡劑。3、消泡結(jié)、消泡結(jié)束

15、后，束后，不再觸不再觸動傳感動傳感器，不器，不再加入再加入消泡劑。消泡劑。第二十四頁，共97頁。v碟片式消泡器碟片式消泡器v碟片式消泡器裝在發(fā)酵罐的頂部，碟片式消泡器裝在發(fā)酵罐的頂部，當泡沫溢上與碟片式消泡器接觸當泡沫溢上與碟片式消泡器接觸時，泡沫受高速旋轉(zhuǎn)離心碟的離時，泡沫受高速旋轉(zhuǎn)離心碟的離心力作用，將泡沫破碎分離成液心力作用，將泡沫破碎分離成液態(tài)及氣態(tài)兩相，氣相沿碟片向上，態(tài)及氣態(tài)兩相，氣相沿碟片向上，通過通氣孔沿空心軸向上排出，通過通氣孔沿空心軸向上排出，液體則補甩回發(fā)酵罐中而達到消液體則補甩回發(fā)酵罐中而達到消泡目的泡目的(md)(md)。v碟片數(shù)目為碟片數(shù)目為4-64-6個，碟片的斜

16、角個，碟片的斜角約為約為3535度，兩碟片之間的間距約度，兩碟片之間的間距約為為10mm10mm，碟片上有梳狀筋條高約，碟片上有梳狀筋條高約8mm,8mm,這些碟片疊置起來組成碟片這些碟片疊置起來組成碟片組。碟片組被通氣壓環(huán)壓緊在空組。碟片組被通氣壓環(huán)壓緊在空心軸上，空心軸通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)心軸上，空心軸通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速可達動，轉(zhuǎn)速可達1400rpm,1400rpm,碟片式消碟片式消泡器裝在發(fā)酵罐的頂部，轉(zhuǎn)軸通泡器裝在發(fā)酵罐的頂部，轉(zhuǎn)軸通過兩個軸封與發(fā)酵罐及排氣管連過兩個軸封與發(fā)酵罐及排氣管連接。接。第二十五頁，共97頁。v6 6、連軸器及軸承、連軸器及軸承v使上下攪拌使上下攪拌(jiobn

17、)(jiobn)軸成牢固的剛軸成牢固的剛性連接性連接v大型發(fā)酵罐的攪拌大型發(fā)酵罐的攪拌(jiobn)(jiobn)軸常分為軸常分為2-32-3段，用連軸器使上下攪拌段，用連軸器使上下攪拌(jiobn)(jiobn)軸成牢固的剛性連接，中型發(fā)酵罐一般在軸成牢固的剛性連接，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承，大型發(fā)酵罐還裝有中間罐內(nèi)裝有底軸承，大型發(fā)酵罐還裝有中間軸承軸承第二十六頁，共97頁。v7 7、空氣分布裝、空氣分布裝置置(zhungzh)(zhungzh)v吹入無菌空氣吹入無菌空氣并使空氣均勻分并使空氣均勻分布布v單管及環(huán)形管式單管及環(huán)形管式單管式空氣單管式空氣(kngq)分布裝置分布裝置 通

18、常通風(fēng)管的空氣流速取通常通風(fēng)管的空氣流速取20米米/秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補強?？裳娱L罐底壽命。速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補強?？裳娱L罐底壽命。這叫補強板。通風(fēng)量在這叫補強板。通風(fēng)量在0.020.5 ml/sec時，氣泡的直徑時，氣泡的直徑(zhjng)與空氣噴口直徑與空氣噴口直徑(zhjng)的的1/3次方成正比。也就是說，噴口直徑次方成正比。也就是說，噴口直徑(zhjng)越小，氣泡直徑越小，氣泡直徑(zhjng)也越小。因而氧的傳達室質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)實

19、際的通風(fēng)量均超過也越小。因而氧的傳達室質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)實際的通風(fēng)量均超過上述范圍，因此氣泡直徑上述范圍，因此氣泡直徑(zhjng)僅與通風(fēng)量有關(guān)，而與噴口直徑僅與通風(fēng)量有關(guān)，而與噴口直徑(zhjng)無關(guān)。無關(guān)。 第二十七頁，共97頁。v8 8、 換熱裝置換熱裝置v進行進行(jnxng)(jnxng)加熱或冷卻，維持發(fā)酵溫度加熱或冷卻，維持發(fā)酵溫度v夾套式換熱裝置夾套式換熱裝置v蛇管換熱裝置蛇管換熱裝置第二十八頁，共97頁。五、其他五、其他(qt)類型發(fā)酵罐類型發(fā)酵罐v1、液體深層厭氣發(fā)酵設(shè)備、液體深層厭氣發(fā)酵設(shè)備v酒精酒精(jijng)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)第二十九頁，共97頁。啤酒

20、啤酒(pji)發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備v日本的朝日罐（日本的朝日罐（Asaki tank,1965年），美國的通年），美國的通用罐（用罐（uni-tank,1968年），西班牙的球形罐年），西班牙的球形罐（SpHero tank,1975年），迄今為止，使用年），迄今為止，使用(shyng)的大型發(fā)酵罐容量已達的大型發(fā)酵罐容量已達1500t。第三十頁，共97頁。v傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)傳統(tǒng)的啤酒發(fā)酵設(shè)備是由分別設(shè)在發(fā)酵間的發(fā)酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前圓筒體酵池和貯酒間內(nèi)的貯酒罐組成的。目前圓筒體錐底罐（錐底罐（C.C.T)C.C.T)在露天大罐工藝中使用在露天大罐工藝中使用(

21、shyng)(shyng)最為普遍簡稱露天錐形發(fā)酵罐。最為普遍簡稱露天錐形發(fā)酵罐。珠江珠江(zh jin)啤酒發(fā)酵罐群啤酒發(fā)酵罐群 丹麥丹麥(dn mi)嘉士伯啤酒有限公司發(fā)酵罐群嘉士伯啤酒有限公司發(fā)酵罐群 第三十一頁，共97頁。小型啤酒發(fā)酵小型啤酒發(fā)酵設(shè)備設(shè)備小型啤酒實驗小型啤酒實驗設(shè)備設(shè)備中型啤酒實驗中型啤酒實驗設(shè)備設(shè)備第三十二頁，共97頁。發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵發(fā)酵罐錐底角，考慮到發(fā)酵中酵母自然沉降最有利，取排出角為母自然沉降最有利，取排出角為7375(一定體積沉降酵母在錐一定體積沉降酵母在錐底中占有底中占有(zhnyu)最小比表面最小比表面積時摩接力最小積時摩接力最小)，對于貯酒

22、罐，對于貯酒罐，因沉淀物很少，主要考慮材料利因沉淀物很少，主要考慮材料利用率常取錐角為用率常取錐角為120150。第三十三頁，共97頁。v2、自吸式發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐非循環(huán)非循環(huán)(xnhun)機械攪拌機械攪拌第三十四頁，共97頁。v自吸式發(fā)酵罐的充氣原理自吸式發(fā)酵罐的充氣原理v自吸式發(fā)酵罐的主要的構(gòu)件自吸式發(fā)酵罐的主要的構(gòu)件是自吸攪拌器及導(dǎo)輪，簡稱是自吸攪拌器及導(dǎo)輪，簡稱(jinchng)為轉(zhuǎn)子及定子。為轉(zhuǎn)子及定子。轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主軸轉(zhuǎn)子由箱底向上升入的主軸帶動，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時空氣則帶動，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時空氣則由導(dǎo)氣管吸入。由導(dǎo)氣管吸入。v轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六葉轉(zhuǎn)子的形式有九葉輪、六葉輪、

23、三葉輪、十字形葉輪等，輪、三葉輪、十字形葉輪等，葉輪均為空心形。葉輪均為空心形。六直葉輪六直葉輪(yln)四彎葉輪四彎葉輪(yln)定子定子第三十五頁，共97頁。第三十六頁，共97頁。自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點：自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點： 節(jié)約空氣節(jié)約空氣(kngq)(kngq)凈化系統(tǒng)設(shè)備凈化系統(tǒng)設(shè)備( (空氣空氣(kngq)(kngq)壓縮機、冷卻器、油水分離器、空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、空氣(kngq)(kngq)貯貯聰、總過濾器等聰、總過濾器等) )，減少廠房占地面積。，減少廠房占地面積。減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約3030左右，例如應(yīng)用自吸左右，例如應(yīng)用自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)酵母，

24、容積酵母的產(chǎn)量可高達式發(fā)酵罐生產(chǎn)酵母，容積酵母的產(chǎn)量可高達30503050克?？恕ＴO(shè)備便于自動化、連續(xù)化，降低勞動強度，減少勞設(shè)備便于自動化、連續(xù)化，降低勞動強度，減少勞動力。動力。酵母發(fā)酵周期短，發(fā)酵液中酵母濃度高，分離酵母酵母發(fā)酵周期短，發(fā)酵液中酵母濃度高，分離酵母后的廢液量少。后的廢液量少。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效果高，操作方便。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，溶氧效果高，操作方便。 第三十七頁，共97頁。v缺點：缺點：v罐內(nèi)形成負壓罐內(nèi)形成負壓(f y)(f y)，增加染菌機會，增加染菌機會v攪拌速度高，使菌絲容易被切斷，影響絲狀微生攪拌速度高，使菌絲容易被切斷，影響絲狀微生物的正常生長物的正常生長第三十八

25、頁，共97頁。v3、伍式發(fā)酵罐、伍式發(fā)酵罐v循環(huán)循環(huán)(xnhun)機械攪拌機械攪拌第三十九頁，共97頁。第四十頁，共97頁。v在罐外裝設(shè)上升管，上升管兩端在罐外裝設(shè)上升管，上升管兩端與罐底及罐上部相連接，構(gòu)成一與罐底及罐上部相連接，構(gòu)成一個循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，個循環(huán)系統(tǒng)，設(shè)備構(gòu)造比較復(fù)雜，動能消耗較太。動能消耗較太。v在上升管的下在上升管的下 部裝設(shè)空氣噴嘴部裝設(shè)空氣噴嘴(pnzu)，以，以250-300 m/s的高速的高速噴入上升管噴入上升管v借助噴嘴借助噴嘴(pnzu)的作用將空氣分的作用將空氣分散散v分為內(nèi)環(huán)流式和外環(huán)流式兩種分為內(nèi)環(huán)流式和外環(huán)流式兩種4、氣（帶）升式發(fā)酵罐、氣（

26、帶）升式發(fā)酵罐第四十一頁，共97頁。第四十二頁，共97頁。v結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積?。唤Y(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積?。籿無攪拌傳動設(shè)備，節(jié)省動力約無攪拌傳動設(shè)備，節(jié)省動力約50%50%，節(jié)省鋼材；，節(jié)省鋼材；v操作時無噪音；操作時無噪音；v料液裝料系數(shù)達料液裝料系數(shù)達80908090，而不須，而不須(b x)(b x)加加消泡劑；消泡劑；v維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。維修、操作及清洗簡便，減少雜菌感染。v但還不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對于粘度但還不能代替好氣量較小的發(fā)酵罐，對于粘度較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。較大的發(fā)酵液溶氧系數(shù)較低。 氣升式發(fā)酵罐的特點氣升式發(fā)酵罐的特點(tdin)第四十三頁，共9

27、7頁。典型典型(dinxng)氣升式發(fā)氣升式發(fā)酵罐酵罐v氣升環(huán)流式發(fā)酵罐因具有結(jié)構(gòu)較簡氣升環(huán)流式發(fā)酵罐因具有結(jié)構(gòu)較簡單，溶氧速率高，能耗低，便于放單，溶氧速率高，能耗低，便于放大設(shè)計和加工制造特大型的發(fā)酵罐，大設(shè)計和加工制造特大型的發(fā)酵罐，因而自因而自2020世紀世紀7070年代以來在單細胞年代以來在單細胞蛋白生產(chǎn)、廢水處理等領(lǐng)域應(yīng)用十蛋白生產(chǎn)、廢水處理等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，幾乎在上述領(lǐng)域占據(jù)了絕分廣泛，幾乎在上述領(lǐng)域占據(jù)了絕大部分市場。英國伯明翰大部分市場。英國伯明翰ICIICI公司的公司的壓力循環(huán)發(fā)酵罐是國際上最出色的壓力循環(huán)發(fā)酵罐是國際上最出色的代表，公稱體積達代表，公稱體積達3000m3

28、3000m3，液柱高，液柱高達達55m55m，故通氣壓力高，發(fā)酵液量，故通氣壓力高，發(fā)酵液量2100m32100m3。為了強化氣液混合與溶氧，。為了強化氣液混合與溶氧，沿罐高度設(shè)有沿罐高度設(shè)有1919塊有下降區(qū)的篩板塊有下降區(qū)的篩板以防止氣泡合并為大氣泡，同時為以防止氣泡合并為大氣泡，同時為使塔頂?shù)臍庖翰糠址蛛x排氣，頂部使塔頂?shù)臍庖翰糠址蛛x排氣，頂部設(shè)有氣液分離部分，直徑約等于設(shè)有氣液分離部分，直徑約等于(dngy)(dngy)塔徑的塔徑的1.51.5倍。具體的設(shè)倍。具體的設(shè)計及主要尺寸示意圖如圖計及主要尺寸示意圖如圖 第四十四頁，共97頁。5、文氏管發(fā)酵罐、文氏管發(fā)酵罐第四十五頁，共97頁。

29、v6、塔式發(fā)酵罐、塔式發(fā)酵罐v非循環(huán)通氣非循環(huán)通氣(tng q)攪拌攪拌第四十六頁，共97頁。v7、動植物細胞、動植物細胞(xbo)反應(yīng)器反應(yīng)器第四十七頁，共97頁。2 攪拌器的形式攪拌器的形式(xngsh)和軸功率計和軸功率計算算v一、攪拌器（漿）的形式一、攪拌器（漿）的形式v二、攪拌器軸功率的計算二、攪拌器軸功率的計算v三、非牛頓型流體三、非牛頓型流體(lit)的攪拌軸功率的攪拌軸功率第四十八頁，共97頁。一、攪拌器（漿）的形式一、攪拌器（漿）的形式(xngsh)v1、攪拌器的形式、攪拌器的形式v軸向流攪拌器軸向流攪拌器螺旋槳式螺旋槳式v徑向流攪拌器徑向流攪拌器 圓盤圓盤(yun pn)平

30、直葉渦輪平直葉渦輪攪拌器攪拌器v 圓盤圓盤(yun pn)彎葉彎葉v 圓盤圓盤(yun pn)箭葉箭葉v 凹葉圓盤凹葉圓盤(yun pn)第四十九頁，共97頁。 第五十頁，共97頁。第五十一頁，共97頁。第五十二頁，共97頁。第五十三頁，共97頁。圓盤圓盤(yun pn)(yun pn)彎葉彎葉圓盤圓盤(yun pn)(yun pn)平直葉平直葉圓盤圓盤(yun pn)(yun pn)箭葉箭葉凹葉圓盤凹葉圓盤 圓盤平直葉具有很大的循圓盤平直葉具有很大的循環(huán)輸送量和功率輸出，適環(huán)輸送量和功率輸出，適用于各種流體。用于各種流體。 在混合要求特別高，溶氧速在混合要求特別高，溶氧速率相對要求略低時，可

31、用率相對要求略低時，可用圓盤彎葉。圓盤彎葉。圓盤箭葉軸向流動較強圓盤箭葉軸向流動較強烈，輸出功率較低。烈，輸出功率較低。凹葉圓盤能耗低，縮短凹葉圓盤能耗低，縮短混合時間。混合時間。第五十四頁，共97頁。（二）、攪拌器的流型（二）、攪拌器的流型v攪拌器在發(fā)酵罐中造成的流型，對氣固液相的混合效果及氧氣攪拌器在發(fā)酵罐中造成的流型，對氣固液相的混合效果及氧氣(yngq)的溶解、熱量的傳遞具有密切關(guān)系。的溶解、熱量的傳遞具有密切關(guān)系。v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)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。的附件及其安裝位置的影響。第五十五頁

32、，共97頁。第五十六頁，共97頁。第五十七頁，共97頁。第五十八頁，共97頁。v攪拌器輸入攪拌液體的功率：是指攪拌器以既定的速度旋轉(zhuǎn)時，攪拌器輸入攪拌液體的功率：是指攪拌器以既定的速度旋轉(zhuǎn)時，用以克服介質(zhì)的阻力所需的功率，簡稱軸功率。它不包括機械用以克服介質(zhì)的阻力所需的功率，簡稱軸功率。它不包括機械傳動的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動機的軸功率或耗用傳動的摩擦所消耗的功率，因此它不是電動機的軸功率或耗用功率。功率。v機械攪拌發(fā)酵罐中的攪拌器軸功率與下列因素有關(guān)：攪拌器直機械攪拌發(fā)酵罐中的攪拌器軸功率與下列因素有關(guān)：攪拌器直徑徑d(m）、攪拌轉(zhuǎn)速）、攪拌轉(zhuǎn)速n（r/min）、液體密度）、液體密

33、度（kg/m3）、液體）、液體粘度粘度(zhn d)（Pas）、重力加速度）、重力加速度g（m/s2）、攪拌罐直）、攪拌罐直徑徑D（m）、液柱高度）、液柱高度HL（m）以及檔板條件）以及檔板條件(數(shù)量、寬度和位數(shù)量、寬度和位置置)等。等。二、攪拌器軸功率的計算二、攪拌器軸功率的計算(j sun)第五十九頁，共97頁。1 1、單只渦輪不通氣、單只渦輪不通氣(tng q)(tng q)時的功率計時的功率計算算第六十頁，共97頁。第六十一頁，共97頁。第六十二頁，共97頁。第六十三頁，共97頁。第六十四頁，共97頁。ND2=ReM第六十五頁，共97頁。第六十六頁，共97頁。（W）第六十七頁，共97頁

34、。2 2、多只渦輪不通氣、多只渦輪不通氣(tng q)(tng q)時的功率計算時的功率計算第六十八頁，共97頁。3、通氣情況下攪拌、通氣情況下攪拌(jiobn)功率的功率的計算計算第六十九頁，共97頁。第七十頁，共97頁。第七十一頁，共97頁。第七十二頁，共97頁。第七十三頁，共97頁。第七十四頁，共97頁。第七十五頁，共97頁。三、三、第七十六頁，共97頁。第七十七頁，共97頁。第七十八頁，共97頁。3 發(fā)酵罐的比擬發(fā)酵罐的比擬(bn)放大放大v一、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)一、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)(jigu)尺寸計算尺寸計算v二、發(fā)酵罐的放大二、發(fā)酵罐的放大第七十九頁，共97頁。一、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)尺寸一、發(fā)酵罐

35、的結(jié)構(gòu)尺寸(ch cun)計算計算v公稱容積：罐身容積公稱容積：罐身容積與一個底封頭容積的與一個底封頭容積的和和v全容積：罐身容積和全容積：罐身容積和上下上下(shngxi)兩個兩個底封頭容積的和底封頭容積的和v有效容積：裝料容積有效容積：裝料容積第八十頁，共97頁。v封頭的容積封頭的容積(rngj)的計算的計算v橢圓形封頭的容積橢圓形封頭的容積(rngj)可查手冊或按下式計算：可查手冊或按下式計算：罐的內(nèi)徑橢圓封頭的直邊高度準橢圓型封頭橢圓短半軸長度，對標式中:)(b4161b2426b242DhDhhDhDhDhDVaaa0.15D320411DHV罐身容積罐身容積(rngj)計算：計算：

36、第八十一頁，共97頁。0.15D3V0= D2H0+0.15D3V= D2H0+0.3D3v罐的全容積罐的全容積(rngj)(2261b024210DhHDVVV罐的公稱罐的公稱(gngchng)容積容積第八十二頁，共97頁。v發(fā)酵罐總高度發(fā)酵罐總高度(god)( 2b0hhHHav液柱高度液柱高度(god)：高度的比例：裝料高度與圓柱部分式中b0hhHHaL第八十三頁，共97頁。v裝料容積裝料容積(rngj)v發(fā)酵罐的容積發(fā)酵罐的容積(rngj)裝料系數(shù)裝料系數(shù))(61b02421DhHDVVV0VVLLL第八十四頁，共97頁。上節(jié)知識(zh shi)回顧v發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)(jigu

37、)v發(fā)酵罐的放大發(fā)酵罐的放大第八十五頁，共97頁。v放大倍數(shù)放大倍數(shù)(bish)m指罐的體積增加倍數(shù)指罐的體積增加倍數(shù)(bish)，即，即v 幾何相似，幾何相似，v則則v v 12VVm 2211DHDHmDDDDDDHDHDVV31212122212122212)(444431212mDDHH二、發(fā)酵罐的放大二、發(fā)酵罐的放大(fngd)v1、幾何尺寸、幾何尺寸(ch cun)的放大的放大第八十六頁，共97頁。2、空氣、空氣(kngq)流量的放大流量的放大v單位培養(yǎng)液體積在單位時間單位培養(yǎng)液體積在單位時間(shjin)內(nèi)通入的空氣內(nèi)通入的空氣量（標準態(tài)），即：量（標準態(tài)），即： 0LQVVMV

38、，m3/（m3min）l操作狀態(tài)操作狀態(tài)(zhungti)下空氣的線速度下空氣的線速度gu(). ()()40Lg2iLiL60Q273t9 81027465 6 VVM273t VuDpD273p4，m/hWsWs，m3/（m2h）第八十七頁，共97頁。上述上述(shngsh)(shngsh)式中，式中，第八十八頁，共97頁。空氣流量空氣流量(liling)放大放大PDVVMPDVVVMWS)()(22211212)()(PPDDWWSS第八十九頁，共97頁。1)()(122222111212LLSSVVDPDPVVMVVMWW21122121221212DDPPVVDDPPVVMVVMLL第九十頁，共97頁。3/2LLgLaHVQK1)()()()()()(3211322212LLgLLgLaLaHVQHVQKK32232112)()()()(LLLgLgHHVQVQ第九十一頁，共97頁。2DWQSg3DV DHL 311212)(DDWWSS又PDVVMPDVVVMWLS)()(23221121221122112212)()()(1D