1、13.2 發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備23.2 發(fā)酵設(shè)備 發(fā)酵的操作過程 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要求 常用發(fā)酵罐 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐 自吸式發(fā)酵罐 氣升式發(fā)酵罐 塔式發(fā)酵罐3什么是發(fā)酵 生物化學(xué)中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵 微生物生理學(xué)：有機(jī)物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程 工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵” 發(fā)酵的菌種微生物，包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動(dòng)物等在內(nèi)的一大類生物群體4什么是酵母 一種單細(xì)胞真菌,在有氧和無氧環(huán)境下都能生存,屬于兼性厭氧菌 有氧氣的環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳 無氧的條件下，將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精 C6H12

2、O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (放出能量:118 kJ/mol) 釀酒過程中，乙醇被保留下來 烤面包或蒸饅頭的過程中，二氧化碳將面團(tuán)發(fā)起，而酒精則揮發(fā)5發(fā)酵罐的操作和設(shè)計(jì)要求 氣-液接觸 濃度的在線檢測 混合 傳熱 泡沫控制 營養(yǎng)物或控制pH用的試劑的加入結(jié)構(gòu)可靠結(jié)構(gòu)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(jī)械攪拌機(jī)械攪拌和通氣所消耗的動(dòng)和通氣所消耗的動(dòng)力力良好的良好的傳熱傳熱性能性能設(shè)置有效的設(shè)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6間歇發(fā)酵罐7發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要求8發(fā)酵罐型式 按攪拌和通氣的能量輸入方式

3、可分為 機(jī)械攪拌式 外部液體循環(huán)式 空氣噴射提升式9機(jī)械攪拌式10外部液體循環(huán)式11空氣噴射提升式12常用發(fā)酵罐 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐n 自吸式發(fā)酵罐n 氣升式發(fā)酵罐n 塔式發(fā)酵罐13機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌壓縮空氣通氣裝置14機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐主要組成部件罐體-1攪拌裝置-2傳熱裝置-4通氣裝置-7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)-615罐體組成 圓筒形筒身上下兩個(gè)橢圓形封頭幾何尺寸比例H/D=1.73；d/D=1/21/3W/D=1/81/12；B/D=0.81s/d=1.52.5 (2); s/d=12 (3)發(fā)酵罐的公稱容積V0為筒身部分容積Vc和底封頭容積Vb之和，即V0=Vc+Vb實(shí)際裝料量 V=0V0;0是裝

4、料系數(shù)，0.70.8 V= （0.70.8）V016罐體接管和接口 冷卻水、給排氣、取樣、放料、接種、消泡劑、酸、堿等工藝接管視鏡、儀表等接口材料 不銹鋼鋼板或復(fù)合不銹鋼板以保證罐內(nèi)培養(yǎng)液清潔和壁面光滑 壓力容器用鋼強(qiáng)度 能承受滅菌蒸汽的壓力和溫度17攪拌裝置采用圓盤渦輪式攪拌器配置2-3個(gè)攪拌器 有利于液體本身的混合及氣液和液固之間的混合改善傳質(zhì)和傳熱有助于氧的溶解18通氣裝置將無菌空氣導(dǎo)入罐內(nèi)的裝置單孔管單孔管的出口位置正下方開口向下19傳熱裝置發(fā)酵過程中發(fā)酵液產(chǎn)生熱量最適宜培養(yǎng)溫度冷卻水導(dǎo)出部分熱量發(fā)酵罐的傳熱裝置有夾套和蛇管20機(jī)械消末裝置 發(fā)酵過程中，由于發(fā)酵液中含有大量蛋白質(zhì)等發(fā)泡

5、物質(zhì)，在強(qiáng)烈的通氣攪拌下將產(chǎn)生大量泡沫 消除發(fā)酵液泡沫 消泡劑(天然油脂、聚醚類、硅類、高碳醇) 機(jī)械消泡裝置21耙式消泡槳 消泡槳安裝于攪拌軸上，與軸同轉(zhuǎn)，齒面略高于液面，消泡槳直徑約為罐徑的0.80.9 當(dāng)少量泡沫上升時(shí)，如果泡沫的機(jī)械強(qiáng)度較小，耙齒可把泡沫打碎。22封閉式渦輪消泡槳 尺寸 消沫器直徑約為罐徑的1/2 安裝 渦輪消沫器直接安裝于攪拌軸上，由于攪拌軸轉(zhuǎn)速太低效果不佳 下伸軸發(fā)酵罐，罐頂安裝，渦輪軸高速旋轉(zhuǎn) 工作過程 泡沫直接被渦輪打碎，或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎23自吸式發(fā)酵罐 不需空氣壓縮機(jī) 自吸入空氣的生物反應(yīng)器24自吸式發(fā)酵罐的形式 形式 葉輪和導(dǎo)輪自吸入式發(fā)酵罐 噴

6、射自吸式反應(yīng)器 文丘里管反應(yīng)器 共同特點(diǎn): 利用特殊轉(zhuǎn)子或噴射器或文丘里管所形成的負(fù)壓，將空氣從外界吸入25文氏管的原理 文氏管的原理 把氣流由粗變細(xì)，以加快氣體流速，使氣體在文氏管出口的后側(cè)形成一個(gè)“真空”區(qū)。當(dāng)這個(gè)真空區(qū)靠近工件時(shí)會(huì)對工件產(chǎn)生一定的吸附作用 26自吸式發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)約了空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐等設(shè)備，減少占地面積 可減少發(fā)酵設(shè)備投資約30%左右 發(fā)酵總動(dòng)力消耗比通用式低27自吸式發(fā)酵罐的缺點(diǎn) 必須采用高效率、低阻力的空氣除菌裝置 用于無菌要求較低的醋酸和酵母的發(fā)酵生產(chǎn)中 不適用于對剪切作用敏感的微生物的發(fā)酵28氣升式發(fā)酵罐29工作原理 利用空氣噴嘴噴出250300m/s高速的空氣，空氣以氣泡形式分散于液體中，使平均密度下降；在不通氣一側(cè)，因液體密度較大，與通氣側(cè)的液體產(chǎn)生密度差，從而形成發(fā)酵罐內(nèi)液體的環(huán)流噴嘴噴嘴30類型31氣升式發(fā)酵罐的特點(diǎn) 能耗低、液體中的剪切作用小、結(jié)構(gòu)簡單 氧傳遞能力比機(jī)械攪拌發(fā)酵罐高 不適于高黏度或含大量固體的培養(yǎng)液32塔式發(fā)酵罐利用通入培養(yǎng)液中的空氣泡的上升，從而帶動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生混合效果，并供給微生物生長繁殖所需要的氧33高位篩板塔式發(fā)酵罐 結(jié)構(gòu) 高度與直徑比約為7左右 罐內(nèi)裝有若干塊篩板1 工作原理 進(jìn)料