微生物工程發(fā)酵設備第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日種子擴大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制空氣除菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)下游處理發(fā)酵設備發(fā)酵的一般流程2第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)發(fā)酵設備概述第二節(jié)通風發(fā)酵設備3第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)發(fā)酵設備概述4第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、基本概念發(fā)酵設備是發(fā)酵工業(yè)的心臟，是連接原料和產(chǎn)物的橋梁。廣義的發(fā)酵罐是指為一個特定生物化學過程的操作提供良好而滿意的環(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)的設備。5第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、發(fā)展過程1）1900年以前，木制容器造酒。2）1900-1940，鋼制發(fā)酵罐，開始使用空氣分布器，機械攪拌開始應用。3）1940-1960，青霉素，通風，無菌操作，純培養(yǎng)等一系列技術開始應用，計算機用于發(fā)酵控制，產(chǎn)物分離純化商業(yè)化。6第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日4）1960-1979，機械攪拌通風發(fā)酵罐的容積增大到80-150m3，出現(xiàn)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，計算機廣泛應用。5）1979-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)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。7第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、發(fā)酵設備的類型固體發(fā)酵盤曲、簾曲——曲盤、簾子等，自然通風發(fā)酵池、窖、地缸——相對密閉不通風厚層通風制曲——曲箱，機械通風旋轉培養(yǎng)——轉鼓型發(fā)酵罐，機械通風液體發(fā)酵厭氣發(fā)酵——厭氣發(fā)酵罐，密閉不通風好氣發(fā)酵密閉通風機械攪拌通風通風攪拌非循環(huán)式循環(huán)式通風式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐，內循環(huán)文式發(fā)酵罐，外循環(huán)非循環(huán)式循環(huán)式——空氣帶升式發(fā)酵罐鼓泡式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐8第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)通風發(fā)酵設備機械攪拌通風發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐高位塔式發(fā)酵罐9第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日通風發(fā)酵罐——又稱好氣性發(fā)酵罐，需要將空氣不斷通入發(fā)酵液中，以供微生物所消耗的氧。通入發(fā)酵液中的氣泡越小，氣泡與液體的接觸面積就越大，液體中的氧的溶解速率也越快。類型包括：機械攪拌式、自吸式、氣升式、伍式、文氏罐等類型的發(fā)酵罐。10第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、機械攪拌發(fā)酵罐1、發(fā)酵罐的基本條件機械攪拌發(fā)酵罐是利用機械攪拌器的作用，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)酵所需的氧氣。又稱通用式發(fā)酵罐。11第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日6）、軸封應嚴密，盡量減少泄漏。1）、適宜的徑高比。[高：直徑約為2.5～4]2）、能承受一定的壓力。3）、攪拌通風裝置要能使氣泡分散細碎、氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧，提高O2的利用率。4）、應具有足夠的冷卻面積。[代謝產(chǎn)熱]5）、發(fā)酵罐內應拋光，盡量減少死角。[避免積污、染菌]2、發(fā)酵罐的基本要求：12第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日發(fā)酵罐是一種圓柱形的容器，容量從幾升到幾百萬升不等。發(fā)酵罐應用廣泛：可用于味精、檸檬酸、抗生素、酶制劑、氨基酸等的生產(chǎn)。發(fā)酵罐上面連接有通氣、攪拌、接種、加料、冷卻、pH檢測等裝置。13第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日14第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日通用式發(fā)酵罐的主要部件罐體攪拌器擋板軸封空氣分布管消泡器冷卻管（或夾套）聯(lián)軸器中間軸承人孔管路等15第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日123456789101112131415161718192021溫度計接口16第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日17第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、發(fā)酵罐的結構（1）罐體：由圓柱體和橢圓形或碟形封頭焊接而成。材料為碳鋼或不銹鋼，且應有一定的承壓能力，2.5kg/cm2。罐頂上的接管有：進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管。罐身上的接管有：冷卻水進出管、進空氣管、溫度計管和測控儀表接口。18第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日封頭封頭切割19第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日20第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日（2）攪拌器：作用：使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氧溶解于發(fā)酵液中。大型攪拌器一般做成兩半型，用螺栓連成整體裝配于攪拌軸上，便于拆卸。徑向式（渦輪式）軸向式（推進式）平葉式、彎葉式和箭葉式螺旋槳式、漿葉式形式21第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日漿葉式螺旋槳式渦輪式攪拌器推進式攪拌器彎葉式箭葉式平葉式22第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日怎么樣實現(xiàn)高效攪拌？通常采用徑向式攪拌器和軸向式攪拌器組合實現(xiàn)高效攪拌混合和節(jié)能降耗。對于組合形式，根據(jù)發(fā)酵罐一般是下部通氣的特點，下層攪拌器選擇徑向式攪拌器，上層攪拌器采用軸向式攪拌器。23第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日（3）擋板擋板的作用：

——改變液流的方向，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。

——防止攪拌過程中漩渦的產(chǎn)生，而導致攪拌器露在料液以上，起不到攪拌作用。豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用。擋板與罐壁之間的距離：(1/5-1/8)D，避免形成死角，防止物料與菌體堆積。24第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日擋板空氣分布器25第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日（4）消泡器：發(fā)酵液中含有蛋白質等發(fā)泡物質，通氣攪拌時會產(chǎn)生氣泡，發(fā)泡嚴重時會使發(fā)酵液隨排氣而外溢，增加雜菌污染的機會。消泡方法：化學法——天然油脂、聚醚類、高級醇類等。物理法——機械消泡裝置，常用耙式消泡器。消泡器的作用：將泡沫打破。消泡器位于液面上10cm，長度約為0.65D。26第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日耙式消泡器27第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日（5）聯(lián)軸器及軸承：用聯(lián)軸器使幾段攪拌軸上下成牢固的剛性聯(lián)接。為了減少震動，中型發(fā)酵罐裝有底軸承，大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。28第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日（6）空氣分布裝置空氣分布裝置的作用：吹入無菌空氣，使空氣分布均勻。形式：單管和環(huán)形管。常用單管，簡單實用，單次通入量較大。環(huán)形管屬于多孔管式，空氣分布較均勻，但噴氣孔容易被堵塞。通風管29第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日（8）變速裝置發(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效率較高，但加工，安裝精度要求高。30第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、氣升式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐也是應用最廣泛的生物反應設備。特點：結構簡單、不易染菌、溶氧效率高和耗能低等。類型：氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等。31第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日罐內或罐外裝設上升管，兩端與罐底部和罐上部相連通，構成循環(huán)系統(tǒng)；上升管的下部裝有空氣噴嘴，空氣以250-300m/s高速噴入上升管，借噴嘴的作用將空氣泡分割成細泡，與上升管內發(fā)酵液密切接觸；由于上升管內發(fā)酵液含氣多、比重小，加上壓縮空氣的噴流動能，因此使上升管的液體上升，罐內液體下降而進入上升管，形成反復的循環(huán)，使氧氣溶解于發(fā)酵液中。

原理：32第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。與通用發(fā)酵罐的區(qū)別：有一個特殊的攪拌器，沒有通氣管。缺點：罐為負壓，易染菌；轉速較大，會打碎絲狀菌。三、自吸式發(fā)酵罐33第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日自吸式發(fā)酵罐的充氣原理：攪拌器由罐底向上伸入的主軸帶動。攪拌器是一個空心葉輪，旋轉時葉片不斷排開周圍的液體使其背側形成真空，由導氣管吸入罐外空氣。吸入的空氣與發(fā)酵液充分混合后在葉輪末端排出，并立即通過導輪向罐壁分散，經(jīng)擋板折流涌向液面，均勻分布。34第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日馬達轉子軸封35第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、高位塔式發(fā)酵罐36第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日37第三十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日H/D=7左右