气升式发酵罐
摘要 :该文简要介绍了气升发酵罐的、工作原理、结构设计、设备特点、优缺点及适用场合及在我国的现状。并展望了气升式发酵罐的广阔的应用前景。
关键词：气升式发酵罐；结构；高效发酵；现状
Abstract: This paper briefly introduces the airlift fermentor, working principle, structural design, equipment characteristics, advantages and disadvantages ，suitable occasion and the present situation in our country。And the prospect of airlift fermentation tank the broad application prospects。
Key worlds ： Airlift fermentor ；construction；high acidicferm entation ；present situation；
生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧
生化反应设备的核心和基础。虽然目前应用最广泛的通风
发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大，
加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅
拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而
难于超大型化。因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得
到迅速发展，特别是气升式发酵罐。
气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种
新型生物反应器。因为无机械搅拌机构，所以最大限度地
减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的
各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧
气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶
氧要求高的产品。
一 .气升式发酵罐的原理
它不用机械搅拌就能基本达到良好的氧溶解的目的。
外循环式培养罐是在罐外装有气液上升管,上升管的两端分
别与罐底部和罐上部相连通,并构成一个气液循环系统。在
上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度
喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接
触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动
能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的
循环。如此液体不断循环流动,并在上升管中与喷嘴喷出的
细微空气粒均匀接触,不断得到溶解氧的补充,从而保证了
菌体的正常生长。乳化了的醪液由上升管进入发酵罐,从培
养液中分离出来的空气由罐顶排出。在罐顶还装有视镜和
人孔,罐中部有温度计插口。培养过程中微生物代谢放出的
热量在上升管中经喷淋冷却除去,为此,在上升管上部要装
冷却器。上升管和下降管的布置可以装在罐外，称为外循
环；也可以装在罐内，称为内循环。
二 . 气升式发酵罐的分类
气升式发酵罐有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，其工作原理是把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶解氧传质。已大量应用的气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵罐、有多层分布板的塔式气升发酵罐的结构分别如图所示。
三 . 气升式反应器的结构和设计
1 传统气升式反应器的结构和设计
气升式反应器设计中的首要问题是结构。目前,研究最多、应用最广泛的是同心圆导流桶结构,根据气体通入方式及是否加入挡板又可将其分为3种,如图1所示。气体通入导流桶底部为最常见的设计,其结构见图1(a)。气体也可以通入导流桶和反应器内壁的环隙内,其结构见图1(b),形成相反的循环。这种通气方式能够改善罐壁和管内的热传导并减少泡沫的生成。Cooper PG等[1]在1个55 m3的发酵罐中证实了这种通气方式确实能够改善反应器的热传性能。在大型气升式反应器中,还可以在导流桶内加入多孔平行挡板,其结构见图1(c),这种挡板的作用有2个:①使上升液流中的气泡变得更均匀;②消除由于气泡聚集形成的气穴。
气升式反应设计的另一个问题是其尺寸。一般来讲,这种反应器为细长型,高径比(H/D)可达102?3。细长的反应器使气体在液体内停留时间变长,有利于氧气的充分利用。另外,在较高的反应器中,气体的抽提作用强、气液循环快、搅拌效果好。导流桶和反应器直径之比是这种反应器的另一个重要尺寸。Blenke的研究显示这个比值在0·59时,气液循环速度最快、阻力最小。Wang等用500 L的反应器进行试验,结果表明这个比例在0·59~0·75时,氧的传递效果变化不大,在0·65时最佳。Weiland P用41 L的发酵罐得到试验结果:这个比值在0·8时混合效果最好。Kriegel等在导流桶与反应器内壁间隙通入空气形成反向循环,其结构见图1(b),结果显示,这种情况下,反应器和导流桶直径比值在0·8时氧的传递效果最好。
除同心圆导流桶结构外,气升式反应器还有一类,称为管式环流结构(Tubular Loop)。图2是这种结构的示意图,它由1粗1细2根圆柱管组成,2根圆柱管顶部和底部相连,气体从粗管底端引入并驱动液体上升形成循环。
管式环流气升式反应器有以下特点:①在顶部可将液体中的气体全部释放出来,有效地防止了发酵液中CO2气体的积累,不仅有利于生物的生长,且有利于气泡中的氧气分压,提高氧气的传递速率;②在反应器的顶部,液体流型均匀划一,没有死角;③由于在下降液流中没有气泡,可在细圆柱管内安装换热器,便于移出热量;④细圆柱管内可安装流量计,由于没有气泡的干扰,测量结果准确。因此,这种反应器运行条件的检测准确可靠[,一般用于实验室、扩大试验和中试生产中。
2 特殊结构气升式反应器设计
除以上研究外,近年来,气升式反应器还不断出现了一些特殊的结构设计,其中比较成熟的样式有:柱体垂直挡板气升发酵罐(,见图(3a)及其变种中间通气式气升式发酵罐,见图(3b)以及槽式气升式发酵罐,见图(3c)。
柱体垂直挡板式气升反应器的结构非常简单,就是在圆柱形反应器的内部,用1个横跨直径的垂直挡板将反应器隔成相等的两半,两半的上下相连,在其中1个的底部通入气体,形成环流。与同心圆导流桶式气升反应器相比,它在气液环流时产生的阻力较小,因为流体接触的罐壁总面积小,因此可产生较高的流体循环速度[11-12];与管式环流气升反应器相比,这种反应器的载气量大,因为管式环流气升反应器下降段基本没有气体,而这种反应器在上升和下降段都有气体,这一点与同心圆导流桶式类似。因此这种反应器氧气的利用率高,尤其是当下降段的液面低于垂直挡板最高端时更是如此[13]。有人在反应器内增加多个隔板,形成多段垂直隔板气升反应器,进一步提高了氧气的利用效率。这种反应器的高径比(H/D)一般不超过10。
中间通气式气升反应器是由ICI(Imperial Chem-ical Industries)公司设计开发,主要用于废水的生物处理过程。与其他气升反应器不同,这种设计在上置也是个很重要的设计参数,Kubota等[12]建立了设计模型用以计算气体通入位置,表明在稳定运行的情况下,气体通入位置与通气量有关,通气量越大,通气位置就可以越高。这种反应器内气泡比较均匀,有利于增加氧的传递。
槽式气升反应器[15](图3c)为长方形,中间用挡板隔为上下相连相等的2部分,在其中一部分的底部通入空气。通气管有2个,1个靠近挡板,另一个靠近反应器内壁。由于长度不影响该发酵罐的流体动力学行为,因此,在设计中只需考虑高度和宽度。没有见到有文献报道最优的高/宽比值是多少,但有1个在中试规模的实际案例,用于废水处理,它的高/宽比
为6。在槽式气升式发酵罐中,下降段的气泡比其他类型反应器多,加上气液接触面积比其他类型的反应器大,因此,氧的传递速率快。
四 . 气升式发酵罐的特点
因气升环流发酵罐内没有搅拌器，且有定向循环流动，故具有多方面优点。
(1)反应溶液分布均匀气一液一固三相的均匀混合与溶液成分的混合分散良好是生物反应器的普遍要求。对许多间歇或连续加料的通气发酵，基质和溶解氧应尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都在0．1％～1％范围内，溶解氧为10％～30％。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流发酵罐能很好地满足这些要求。
(2)较高的溶解氧速率和溶解氧效率气升式反应器有较高的气含率和比气液接触界面，因而有高传质速率和溶解氧效率，体积溶解氧效率通常比机械搅拌罐高，溶解氧功耗相对低。
(3)剪切力小，对生物细胞损伤小由于气升式反应器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减至最低。
(4)传热良好好气发酵均产生大量的发酵热，而传热温差则只有几度(℃)，尤其夏季，若使用非冷冻水，则只有3～10℃左右，故需要很大的换热面积与传热系数。气升式反应器因其液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路上加装换热器，以保证除去发酵热而控制适宜的发酵温度。
(5)结构简单，易于加工制造气升式反应器罐内无机械搅拌器，故不需安装结构复杂的搅拌系统，密封也容易保证，因此加工制造方便，设备投资低，放大设计制造大型和超大型发酵反应器也容易实现。
影响气升环流式发酵罐特性的主要结构及操作参数包括高径比、导流筒高度与反应器高度之比、导流简直径与反应器直径比、导流筒顶部和底部与罐顶和罐底的距离、通气速率、循环时间、平均循环雷诺准数、平均循环速度等。
主要缺点：
需要非常大的空气吞吐量，相间混和接触较差；当循环的有机体和操作条件发生变化时，底物、营养物和氧的量不能保持一致；混和与通气是耦合问题，也即很难在不改变通气的条件下改善混和状况。
五 . 影响气升式发酵罐的因素
影响气升式发酵罐性能的三个主要结构即循环管长度、循环管与罐身截面构成的环隙面积比和空气分布器都影响反应器的性能，并随风量的增加而愈显示其重要性.这就提示我们在优化设计时不但要对上述单个因素及其相互协调进行研究，而且应根据不同对象进行选择。事实上，在不同情况下，上述实验结果还表现出若干局限性，说明气升式反应器虽然因其结构简单，具较好的K la和节约动力等特点，但还必须继续深入研究，才能设计出效率更高、更适用的新型气升式生物反应器，以满足生化工程和发酵工业不断发展的需要。
六 . 气升式发酵罐的用途及在我国的近况
由于气升式发酵罐有明显的优点，在生产SCP、丝状真菌、废水处理中已获得广泛应用。70年代初，英国ICI公司开发了二种用甲醇连续生产SCP的气升式发酵罐，以后又成
功地将其应用于废水的生物处理，并在有关国家推广(目前ICI公司已放大至2000m3，苏联用于柠檬酸发酵的气升式罐也达200m3)。国内上海、江门、周口等地已建造用于酵母、味精工业生产和废水处理的气升式罐。
对于糖蜜、水解糖、蔗糖等固形物含量少的培养基，采用气升式发酵罐更有利。这种发酵罐的最适高径比是4～6，限制高度为22～24m。虽然它对无菌空气消耗量比较大，但总能量消耗还是比机械搅拌式发酵罐低。在同样的能耗下，其氧传递能力比机械搅拌发酵罐要高得多，因此，在大规模生产单细胞蛋白时备受重视。现已有直径7～13m，高60m、容量达1500m3的大型气升式发酵罐，用于生产单细胞蛋白，年产量达7万吨。
培养檀香木细胞，最终产物浓度可达32．5毫克／升。气升式发酵罐进行谷氨酸发酵，其产率，发酵时间等多项指标均优于机械搅拌罐。而且与二倍体积搅拌罐相比，单位体积发酵液节能7.7％。
中科院化冶所等研制成的100m3大型双环流气升式反应器在周口地区味精厂用于谷氨酸(GA)发酵，使生产效率提高13.6%左右，如能在全国味精行业推广，经济效益可观。在黄原胶酵时，也曾使用气升环流式多糖反应器，结果成本和设备投资分别降低25%和44%，产品质量达到国际标准。姜信真等人用气升式发酵罐进行GA发酵研究，证明其产率、发酵时间等多项指标均优于机械搅拌罐，而且与二倍体积搅拌罐相比，单位体积发酵液节能7.7%。这在能源严重短缺的今天，无疑有巨大的潜在优势。此外，华南理工大学1990年研制成功另一种高效节能的新型反应器—200m2溢流脉冲喷射自吸式反应器，用于有关生产，可节能80%，目前正准备放大至1000m3。
七 . 结语
当然，通风发酵发作为一个新兴科技领域，其中尤为突出的气升式发酵罐近十几年来发展十分迅速，在医药、农业、轻工、食品等各方面均取得令人瞩目的成就，得到世界各国政府和企业界的高度重视。就我国整体生物技水平与先进国家比较而言还有不少差距，尤其是重大基础研究和下游关键技术比较薄弱，需要下大气力重点攻关才会迎头赶上。但我相信随着技术的不断完善，定会设计出效率更高、更适用的新型气升式发酵罐，满足生化工程和发酵工业不断发展的需要。气升式发酵罐必将拥有广阔的应用前景。
发酵罐的结构系统及使用.txt28 生活是一位睿智的长者，生活是一位博学的老师，它常常春风化雨，润物无声地为我们指点迷津，给我们人生的启迪。不要吝惜自己的爱，敞开自己的胸怀，多多给予，你会发现，你也已经沐浴在了爱河里。实验十五发酵罐的结构系统及使用方法一、实验目的： 1 ．了解发酵罐（气升式、搅拌式）的几大系统组成，即空气系统、蒸汽系统、补料系统、进出料系统、温度系统、在线控制系统。2．掌握发酵罐空消的具体方法及步骤3．掌握发酵罐进料及实消的具体方法及步骤4．掌握发酵罐各系统的控制操作方法 二、实验原理： 1．蒸汽系统：三路进汽——空气管路、补料管路、罐体） 2．温度系统： （1）夹套升温：蒸汽通入夹套。 （2）夹套降温：冷水通入夹套，下进水，上出水。 （3）发酵过程自动控温系统：热电偶控温，马达循环，只能加热，发酵设定温度低于室温时，由夹套进冷水降温。 3．空气系统： 取气口T空压机：往复式油泵获得高脉冲的压缩空气 粗过滤器：由沙布包裹棉花压实成块状叠加制得，作用是去除部分细菌及大部分灰尘 （贮气罐）：空压机压缩使气体温度升高，经贮气使气体保温杀菌；压缩空气中有油污、水滴，且压力不稳，有一定的脉冲作用，会冲翻后面的过滤介质，贮气后可使油滴重力沉降，减小脉冲。 冷却塔）：有降温并稳定作用，同时经旋风分离器进行气液分离 （丝网分离器）：通过附着作用，逐步累积沉降而分离5 微米以上的微粒其作用介质为铜丝网 （加温器）：对压缩空气升温，除湿，使湿度达50%-60% 总过滤器：纱布包裹棉花加活性炭颗粒，逐层压紧而成。 分过滤器：平板式纤维，中间为玻璃纤维或丝棉，下面放水阀应适时打开放出油、水，再用压缩空气控干。
气弹簧 弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处； 活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力； 气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。 外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大； 摩擦力变化： 气室压力越大，摩擦力越大， 撑杆运动越快，摩擦力越大， 离自然伸长处越远，摩擦力越大； 气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。 气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧
具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于1.2和1.4之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧）
本技术新型公开了一种气弹簧式转轴结构，是用于笔记本电脑自动开启显示屏的装置，由基础构架、动力机构和制动阻尼机构三部分组成，充分利用了空气动力学原理，将活塞等部件由压缩空气产生的平向动力经曲柄凸轮等部件转化为带动总轴旋转的动力，当到达第一预设角度时，结构的制动阻尼机构输出制动力使总轴停止翻转，在自调角度范围内可将显示屏随意调整至最佳视角，其间因阻尼力的作用使显示屏可保持静止状态，本技术新型制造工艺简单、耐磨性好可靠性高为大批量生产提供了有效地保证。 技术要求 1.一种气弹簧式转轴结构，由基础构架、动力机构和制动阻尼机构三部分组成，其特征在 于：
所述基础构架主要包括系统承架、总轴和显示屏承架三大部件，其中系统承架上安装动力机构，并设置行程导轨使其动力定向传送，总轴与系统承架贯通滑动枢接，转动时可引起制动阻尼机构动作并带动显示屏承架翻转； 所述动力机构由气弹簧和动力转向机构组成，在气体压力作用的推动下气弹簧推动动力转向机构使其带动总轴旋转； 所述制动阻尼机构与总轴套连，由弹片组、止动凸轮和凹凸轮为主要部件组成，在总轴旋转到第一预设角度时制动阻尼机构进入制动阻尼状态。 2.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述气弹簧包括活塞、活塞杆、滑块和滑块转轴，其中安装在活塞杆顶部的滑块通过滑块转轴与动力转向机构的曲柄连接，并沿所述系统承架上的行程导轨所限定的方向移动。 3.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述动力转向机构由曲柄、曲柄凸轮转轴及曲柄凸轮为主要部件组成，所述曲柄凸轮为两个，其中一个通过曲柄凸轮转轴与系统承架滑动套连，另一个与总轴固定套连，两个曲柄凸轮的同向端由其中一个曲柄凸轮的轴杆串联并滑动连接曲柄，将来自气弹簧的平动改变成环绕总轴轴心的转动。 4.根据权利要求1所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述止动凸轮的一端固连于系统承架之上，其转动中心与总轴滑动套连，它的内表面为凹凸面与所述凹凸轮的一侧表面接触。 5.根据权利要求4所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于： 所述凹凸轮的转动中心贯穿固连于所述总轴，其一侧表面为凹凸面与所述止动凸轮的内表面相接触，另一表面为平面与弹片组相连。 6.根据权利要求5所述的一种气弹簧式转轴结构，其特征在于：
带升式发酵罐 带升式发酵罐是以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有效循环。罐内分为上升管和下降管。从上升管通入气体，使管内气体含量升高，密度变小，气液混合物向上升，气泡变大，至液面处气泡破裂，气体由排气口排出。剩下的气液混合物密度较上升管内的气液混合物大，由下降管下降，从而形成循环。 （1）结构 根据上升管和下降管的布置方式不同，带升式发酵罐可分为两类：一类为内循环式，上升管和下降管都在反应器内，循环在反应器中进行，结构较紧凑，如图6.7-3（1）所示。多数内循环发酵罐内置同心轴导流筒，也有内置偏心轴导流筒或隔板的。另一类是外循环式，通常将下降管置于发酵罐外部，以便加强传热，如图6.7-3（2）所示。其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。 图6.7-3 带升式发酵罐 （2）特点 ①反应溶液分布均匀，气液固三相均匀混合； ②溶氧速率和溶氧效率较高； ③剪切力小，对生物细胞损伤小； ④传热良好，同时便于在外循环管路加装换热器； ⑤结构简单，冷却面积小，易于加工制造； ⑥维修、操作及清洗简便，可减少染菌机会； ⑦料液填充系数达80％—90％，而不需加消泡剂； ⑧要求通风量和通风压头较高，使空气净化工段的负荷增加，对于黏度较大的发酵液，溶解氧系数较低。 （3）工作机理 在环流管底设有空气喷嘴，空气在喷嘴口以250～300m／s的高速喷人环流管，由于喷射作用，气泡被分散于液体中，借助于环流管内气液混合物的密度与
反应主体之间的密度差，使管内气液混合物连续循环流动。罐内培养液中的溶解氧由于菌体的代谢而逐渐减小，当其通过环流管时，由于气液接触而达到饱和。 （4）影响带升式罐性能的主要因素 ①影响空气消耗量的因素、循环周期必须符合菌种发酵的需要； ②液面到喷嘴缩孔的垂直高度。由于空气流动和空气的浮力作用，使升液管与罐之间产生压力差，使醪液不断循环。液面到喷嘴缩孔的垂直高度越大，压力差也越大，醪液循环量及空气提升能力就越大； ③液面至升液管出口高度。当罐内实际液面低于升液管液体出口时，醪液循环量和升液效率都明显下降，液面越低，效率越低。当罐内液面与上升管出口相平时，醪液循环量和升液效率都达到最大。当液面高过上升管出口时，对提高效率没有明显影响； ④摩擦阻力。尽量缩短循环管的总当量长度，按最短线路安装循环管和选用阻力较小的管件。并尽量采用单管式，而不采用直径较小的多管式，以减小摩擦阻力。上升管的出口应在发酵罐侧壁，以切线方向与罐相接，这样管道阻力小，总扬程大大减小，可以提高升液能力； ⑤喷嘴前后压力差。压力差增大，醪液循环量增大，因而缩短循环周期； ⑥罐内压力。当罐内压力逐步升高时，醪液循环量及空气提升能力都逐步下降，但变化不大，从经济上考虑，没有特殊必要，最好采用低压操作； ⑦喷嘴直径。喷嘴较小时，醪液循环量也较小，通常在空气压力较低时，应采用较大直径的喷嘴。相反，如果空气的压力较高时，喷嘴直径可以缩小。具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与发酵液均匀接触，增加溶氧系数。
目录 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 (3) 一、概述 (3) 二、啤酒发酵罐的特点 (3) 三、露天圆锥发酵罐的结构 (4) 3.1罐体部分 (4) 3.2温度控制部分 (5) 3.3操作附件部分 (5) 3.4仪器与仪表部分 (5) 四、发酵罐发酵的动力学特征 (6) 第二章发酵罐的化工设计计算 (7) 一、发酵罐的容积确定 (7) 二、基础参数选择 (7) 三、D、H的确定 (7) 四、发酵罐的强度计算 (9) 4.1 罐体为内压容器的壁厚计算 (9) 五、锥体为外压容器的壁厚计算 (11) 六、锥形罐的强度校核 (13) 6.1内压校核 (13) 6.2外压实验 (14) 6.3刚度校核 (14)
第三章发酵罐热工设计计算 (14) 一、计算依据 (14) 二、总发酵热计算 (15) 第四章发酵罐附件的设计及选型 (19) 一、人孔 (19) 二、接管 (19) 三、支座 (20) 第五章发酵罐的技术特性和规范 (21) 一、技术特性 (21) 二、发酵罐规范表 (22) 参考文献 (24)
发酵罐设计实例 第一章啤酒发酵罐结构与动力学特征 一、概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 就发酵罐的外形来分，主要有圆柱锥形底罐、圆柱蝶形罐、圆柱加斜底的朝日罐和球形罐等。 二、啤酒发酵罐的特点 1、单位占地面积的啤酒产量大；而且可以节约土建费用； 2、可以方便地排放酵母及其他沉淀物（相对朝日罐、通用罐、贮就罐而言）；
弹簧不受外力时，自然伸长为最小行程（指压缩行程）处，即最大伸长处； 活塞两边气压相等，由于受力面积不同，产生压力差提供气弹簧的支撑力； 气弹簧运动中瞬时提供的总支撑力包括两部分：压力差产生的支撑力和摩擦力。 外力压缩气弹簧，由于撑杆在气室内体积增大，压缩气体的有效容积变小，气室气压变大，压力差产生的支撑力变大； 摩擦力变化： 气室压力越大，摩擦力越大， 撑杆运动越快，摩擦力越大， 离自然伸长处越远，摩擦力越大； 气温影响气弹簧支撑力：气温越低，气室压力越低，气弹簧提供的支撑力越小。 气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于1.2和1.4之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。（具体参数见本网站或来电索取） 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。（具体参数见本网站或来电索取） 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧） 四、阻尼器在汽车和医疗设备上都用得比较多，其特点是阻力随着运行的速度而改变。可以明显的对相连的机构的速度起阻尼作用。（具体参数请来电索取） 五、牵引式气弹簧是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。 橡胶空气弹簧工作时，内腔充入压缩空气，形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。当振动载荷量减小时，弹簧的高度升高，内腔容积增大，弹簧的刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，此时弹簧的承载能力减小。这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法，调整弹簧的刚度和承载力的大小，还可以附设辅助气室，实现自控调节。
第四章生物反应器（发酵罐） 发酵罐厌氧发酵罐（嫌气发酵罐） 好氧发酵罐（通风发酵罐） 第一节厌氧发酵罐 酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒等 酒精发酵罐（图1） 图1 酒精发酵罐 1 冷却水入口 2 取样口 3 压力表 4 CO2出口 5 喷淋水入口 6 料液及酒母入口 7 人孔 8 冷却水出口 9 温 度计10 喷淋水收集槽11 喷淋水出口12 发酵液及污水排出口一、形状罐体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形或碟形 二、结构尺寸 D----罐的直径 H-----圆柱部分的高度 h1-----罐底高度 h2-----罐盖高度 推荐比例： H=1.1～1.5D h1=0.1 ～ 0.14D h2=0.05 ～ 0.1D 发酵罐全容积： V = πD2 (H+h1/3+h2/3) / 4 V = V0 / η V-----发酵罐的全容积 (m3) V0------进入发酵罐的发酵液量 (有效容积) (m3) η-------装液系数（一般取0.8～0.9） 据发酵罐的全容积V和H/D即可确定发酵罐的结构尺寸 三、配置 人孔、视镜、进料管、压力表和测量仪器的接口、CO2出口（回收管）、排料口和排污口、 取样口、温度计接口、冷却装置、洗涤装置 冷却装置：
中小型罐,多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却 (罐体底部四周有收集槽) 大型罐:罐内有冷却蛇管 (或与外壁喷淋相结合) 洗涤装置：水力喷射洗涤装置 （图2） 第二节 通风发酵罐 机械搅拌式、自吸式、气升式、高位筛板式等 味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸、SCP 一、机械搅拌式发酵罐 （图3） 一）基本条件 1、适宜的径高比。 [高：直径约为2.5～4] 2、能承受一定的压力。[水压试验（1.5倍）] 3、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O 2的利用率 。 4、应具有足够的冷却面积。[代谢产热] 5、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。[避免积污、染菌] 6、轴封应严密，尽量减少泄漏。 二） 罐体的尺寸比例 H----柱体高(m) D----罐内径(m) d----搅拌器直径 S----两搅拌器的间距 图2 水力喷射洗涤装置 图3 机械搅拌发酵罐
气升式发酵罐 摘要 :该文简要介绍了气升发酵罐的、工作原理、结构设计、设备特点、优缺点及适用场合及在我国的现状。并展望了气升式发酵罐的广阔的应用前景。 关键词：气升式发酵罐；结构；高效发酵；现状 Abstract: This paper briefly introduces the airlift fermentor, working principle, structural design, equipment characteristics, advantages and disadvantages ，suitable occasion and the present situation in our country。And the prospect of airlift fermentation tank the broad application prospects。 Key worlds ： Airlift fermentor ；construction；high acidicferm entation ；present situation； 生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧 生化反应设备的核心和基础。虽然目前应用最广泛的通风 发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大， 加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅 拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而 难于超大型化。因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得 到迅速发展，特别是气升式发酵罐。 气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种 新型生物反应器。因为无机械搅拌机构，所以最大限度地 减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的 各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧 气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶 氧要求高的产品。 一 .气升式发酵罐的原理 它不用机械搅拌就能基本达到良好的氧溶解的目的。 外循环式培养罐是在罐外装有气液上升管,上升管的两端分 别与罐底部和罐上部相连通,并构成一个气液循环系统。在 上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度 喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接 触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动 能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的 循环。如此液体不断循环流动,并在上升管中与喷嘴喷出的 细微空气粒均匀接触,不断得到溶解氧的补充,从而保证了 菌体的正常生长。乳化了的醪液由上升管进入发酵罐,从培 养液中分离出来的空气由罐顶排出。在罐顶还装有视镜和 人孔,罐中部有温度计插口。培养过程中微生物代谢放出的 热量在上升管中经喷淋冷却除去,为此,在上升管上部要装 冷却器。上升管和下降管的布置可以装在罐外，称为外循 环；也可以装在罐内，称为内循环。
气弹簧是以气体和液体为工作介质的一种弹性元件，由压力管，活塞，活塞杆及若干联接件组成,其内部充有高压氮气，由于在活塞内部设有通孔，活塞两端气体压力相等，而活塞两侧的截面积不同，一端接有活塞杆而另一端没有，在气体压力作用下，产生向截面积小的一侧的压力，即气弹簧的弹力，弹力的大小可以通过设置不同的氮气压力或者不同直径的活塞杆而设定。与机械弹簧不同的是，气弹簧具有近乎线性的弹性曲线。标准气弹簧的弹性系数X介于和之间，其他参数可根据要求及工况灵活定义气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 产品展示 气弹簧介绍 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印刷设备、办公设备、工程机械等行业应用最广。（具体参数见本网站或来电索取） 二、自锁型气弹簧（调角器、气压棒）在医疗设备、座椅等产品上应用的最多。该种气弹簧借助一些释放机构可以在行程中的任意位置停止，并且停止以后有很大的锁紧力（可以达到10000N以上）。（具体参数见本网站或来电索取） 三、随意停气弹簧（摩擦式气弹簧）主要应用在厨房家具、医疗器械等领域。它的特点介于自由型气弹簧和自锁型气弹簧之间：不需要任何的外部结构而能停在行程中的任意位置，但没有额外的锁紧力。（选型参数基本可以参考自由型气弹簧） 四、阻尼器在汽车和医疗设备上都用得比较多，其特点是阻力随着运行的速度而改变。可以明显的对相连的机构的速度起阻尼作用。（具体参数请来电索取） 五、牵引式气弹簧是一种特殊的气弹簧:别的气弹簧在自由状态的时候都处在最长的位置，即在受到外力后是从最长的位置向最短的位置运动，而牵引式气弹簧的自由状态在最短的位置，受到牵引时从最短处向最长处运行。牵引式气弹簧中也有相应的自由型、自锁型等。 橡胶空气弹簧工作时，内腔充入压缩空气，形成一个压缩空气气柱。随着振动载荷量的增加，弹簧的高度降低，内腔容积减小，弹簧的刚度增加，内腔空气柱的有效承载面积加大，此时弹簧的承载能力增加。当振动载荷量减小时，弹簧的高度升高，内腔容积增大，弹簧的刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，此时弹簧的承载能力减小。这样，空气弹簧在有效的行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力随着振动载荷的递增与减小发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。还可以用增、减充气量的方法，调整弹簧的刚度和承载力的大小，还可以附设辅助气室，实现自控调节。 气弹簧（gas spring)是一种可以起支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等功能的配件。目前，该产品在医疗设备、汽车、家具、纺织设备、加工行业等领域都得到了广泛地应用。根据不同的特点及应用领域，气弹簧又被称为支撑杆、调角器、气压棒、阻尼器等. 气弹簧的基本原理是在密闭的腔体内压入惰性气体和油、或则油气混合物。根据气弹簧的结构和功能，气弹簧主要有自由型气弹簧、自锁型气弹簧、随意停气弹簧、牵引式气弹簧、阻尼器几种。 一、自由型气弹簧（支撑杆）是应用最为广泛的气弹簧。它主要起支撑作用，只有最短、最长两个位置，在行程中无法自行停止。在汽车、纺织机械、印
题目：200T内循环气升式生物发酵罐
目录 一、绪论............................................... - 1 - 二、设计任务........................................... - 3 - 三、反应器基本设计参数设计.............................. - 7 - （一）液体喷射循环反应器基本设计参数 ................... - 7 - （二）液体喷射循环反应器的循环阻力..................... - 9 - （三）驱动循环的功率和效率............................ - 10 - 四、设备工艺结构计算.................................... - 10 - 五．辅助设备设计选型.................................... - 14 - 六、热量衡算............................................ - 16 - 七、设计数据............................................ - 17 - 八、设计总结............................................ - 17 - 参考文献 ............................................... - 18 -
一、绪论 1. 发酵工程课程设计的目的和要求 课程设计是《发酵工程》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，也是生物工程专业学生必备的能力。特别在现在生物发酵产业日趋扩大，在国民经济中的迅速发展且越来越受到亲睐，加之现在能源危机，作为一个好的发酵工厂设计师必须要有很好的课程设计的能力，而教学计划中的课程起着培养学生独立工作和课程设计能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2.发酵工程课程设计的内容和步骤 （一）课程设计的基本内容 1. 设计方案简介对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述； 2. 主要设备的工艺设计计算包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计等； 3. 典型辅助设备的选型和计算包括典型辅助设备的主要工艺尺寸计算和设备型号规格的选定；
生物工程设备（发酵设备）复习题 烟台大学（2011级） 一、单项选择题（每题1分） 1. 目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用 C 。 A. 圆盘平直叶涡轮搅拌器 B. 螺旋浆式搅拌器 C. 无搅拌器 D. 锚式搅拌器 2. 好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前 C ，以确保安全。 A. 应该安装截止阀 B. 应该安装安全阀 C. 应该安装止回阀 D. 不应该安任何阀门 3. 锥形啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。 A. 蒸气 B. 酒精 C. 冷凝水 D. 热水 4. 气升式发酵罐的优点是无需 B 。 A. 空气过滤系统 B. 搅拌器 C. 空气喷嘴 D. 罐外上升管 5. 发酵罐的公称体积是指 B A筒身体积 B筒身体积+底封头体积 C筒身体积+上封头体积 D筒身体积+上封头体积+底封头体积 6. 发酵罐设计时，首先需要确定的尺寸是 B A 发酵罐筒体高度 B发酵罐直径 C 发酵罐封头高度 D搅拌器尺寸 7. 机械搅拌通风发酵罐不需要的构件是 D A 搅拌器 B消泡器 C 换热器 D导流筒 8. 下列发酵设备中，装料系数最低的是： C A酒精发酵罐 B气升环流式发酵罐 C自吸式发酵罐 D通风搅拌发酵罐 9. A 是靠搅拌器提供动力使物料循环、混合。 A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐 10. B 是以通入的空气提供动能，产生液体密度差使物料循环混合，实现传质传热。 A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐 11. 一般而言， A 微生物发酵，受搅拌剪切的影响较明显。
A丝状 B球状 C杆状 D植物细胞 12. A 是决定搅拌剪切强度的关键。 A搅拌叶尖线速度 B搅拌叶轮尺寸 C搅拌叶轮转速 D搅拌功率 13. 以 C 的准则是在以丝状菌体发酵时进行机械搅拌通风发酵罐的放大时，必须考虑的准则之一。 A体积溶氧系数相等 B以P 0/V L 相等 C搅拌叶尖线速度相等 D 混合时间相等 14. 液气比是反映通气量大小的一个指标，其定义是 B 。 A发酵液量与通风量之比 B发酵液循环量与通风量之比 C发酵液中气体体积与液体体积之比 D发酵液中溶解氧与发酵液量之比 15. 发酵罐内设挡板的数量通常为 C 。 ~2块 ~4块 ~6块 ~8块 16. 下列通风发酵罐中占主导地位的是（ A ） A.机械搅拌通风发酵罐 B.气升环流通风发酵罐 C.鼓泡通风发酵罐 D.自吸通风发酵罐 17. 影响体积溶氧系数的因素有（ D ） A.操作条件 B.发酵罐的结构及几何参数 C.物料的物化性能 D.以上都是 18. 目前世界上最大型的通风发酵罐为（ A ） A.气升环流式的 B.鼓泡式的 C.自吸式的 D.机械搅拌式的 19. 生物反应器放大的核心问题是（ C ） A.热力学过程 B.微观动力学过程 C.传递过程 D.宏观动力学过程 20. 哪项不是通风发酵罐的类型（ D ） A．机械搅拌式 B. 气升环流式 C. 鼓泡式 D. 酒精发酵罐 21. 对耐剪切力较强的生物细胞，搅拌叶尖线速度应不大于（ A ） A． s B．s C. s D. s 22. 连续灭菌系统要求流量稳定，故目前比较理想的连消泵是（ D ） A. 离心泵 B. 旋涡泵 C. 往复泵 D. 螺条泵 23. 生物通气发酵过程的限速步骤是（ B ） A氧通过气相界面传递到气液界面上 B.氧通过扩散穿过界面
发酵罐综述 学院：生命科学学院专业：生物工程 班级： 2016级 学号： 68 学生姓名：汪裕强 任课教师：谢和 2016 年 1 月 5 日
摘要：本文阐述了发酵罐的结构、操作、规范及保养等，介绍了酶工程在食品加工的应用现状,并对发酵罐的作用和发展作出了展望。 关键词：发酵罐、结构、操作 引言：发酵罐是微生物工程中最重要的设备之一，一个优良的培养装置应设计为具有严密的结构，良好的液体混合性能，高的传质和传热速率，以及可靠的检测及控制仪表，才能获得最大的生产效率。 一、发酵罐的主要类型： （1）通气机械搅拌罐 通气机械搅拌罐是许多发酵过程的首选设备，具有高传质和传热能力，理想的气液混合效果，较长的液体停留时间和较宽的操作气速。但缺点也明显，剪切力较大，损害许多剪切敏感型微生物能耗大，混合不均。因此，发扬通风搅拌罐的优势，克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统，包括搅拌器和多层搅拌系统的优化，搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器，目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能，或者改变反应器的流态，使得剪切力可以均匀的分布，保护反应器中的微生物。多层搅拌系统很早就开始使用，但由于对其工作机理研究不够深人，多年来一直采用简单的经验设计方法，没有发挥其应有的优势。
（2）气升式发酵罐 气升式发酵罐有明显的优点，在生产SCP、丝状真菌、废水处理中已获得广泛应用。气升式发酵罐是应用最广泛的生物反应设备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等优点。有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐。而鼓泡罐则是最原始的通气发酵罐，当然鼓泡式反应器内没有设置导流筒，故未控制液体的主体定向流动。 （3）自吸式发酵罐 自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的形状和结构不同。自吸式发酵罐使用的是带中央吸气口的搅拌器。搅拌器由从罐底向上伸人的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背形成真空，于是将罐外空气通过搅拌器中心的吸气管而吸人罐内，吸人的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。空气吸人管通常用一端面轴封与叶轮连接，确保不漏气。由于空气靠发酵液高速流动形成的真空白行吸人，气液接触十分良好，气泡分散较细，从而提高了氧在发酵液中的溶解速率。以下以机械搅拌发酵罐为例，介绍其主要结构部件及其主要功能：
生物反应器课程设计 -----啤酒露天发酵罐设计 姓名：周若飞 班级：生工091 学号：3090402130
目录 一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 2、啤酒发酵容器的演变 3、啤酒发酵罐的特点 4、露天圆锥发酵罐的结构 5、发酵罐发酵的动力学特征 二、露天发酵罐设计 1、啤酒发酵罐的化工设计计算 2、发酵罐热工设计计算 3、发酵罐附件的设计及选型 三、发酵罐的计算特性和规范 1、技术特性 2、发酵罐规范表 四、发酵罐设计图
一、啤酒发酵罐结构与动力学特征 1、啤酒的概述 啤酒是以大麦喝水为主要原料，大米、酒花和其他谷物为辅料经制麦、糖化、发酵酿制而成的一种含有二氧化碳、酒精和多种营养成分的饮料酒。我国是世界上用谷物原料酿酒历史最悠久的国家之一，但我国的啤酒工业迄今只有100余年的历史。改革开放以来，我国啤酒工业得到了很大的发展，生产大幅度增长，发展到现在距世界第二位。由于啤酒工业的飞速发展，陈旧的技术，设备将受到严重的挑战。为了扩大生产，减少投资保证质量，满足消费等各方面的需要，国际上啤酒发酵技术子啊原有传统技术的基础上有很大进展。尤其是采用设计多种形式的大容量发酵和储酒容器。这些大容器，不依靠室温调节温度，而是通过自身冷却来控制温度，具有较完善的自控设施，可以做到产品的均一性，从而降低劳动强度，提高劳动生产率。 2、发酵罐的发展史 第一阶段：1900年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交换仪器。 第二阶段：1900-1940年，出现了200m3的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。 第三阶段：1940-1960年，机械搅拌，通风，无菌操作和纯种培养等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧电极，计算机开始进行发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。
经常看见摩托车后减震上带一个小瓶子样的东西,别人说是氮气减震器,我想知道什么是氮气减震器,和普通液压减震比有什么不同和优缺点. 旁通槽高氮气双向气压减震器，以特制内壁旁道槽油路，自动适应平坦或颠簸路面，自行调节减震器的软、硬程度，以增加驾驶者的行车舒适感及乐趣，同时也顾及到高速颠簸行车时的安全。 氮气避震是指充填了氮气的避震器，实际起作用的还是避震中的液压油，而液压油在避震活塞的搅动和温升过程中会产生气泡，这样会严重的降低阻尼，使避震失效，严重的时候会使液压油沸腾造成避震泄露。而充填氮气的道理就是增大避震的内部压力，从而抑制气泡的产生。就和水箱加压后能升高水的沸点的道理一样。之所以选择氮气是因为氮气为比较稳定的气体不会和液压油发生反应。当然这也是和选用高质量的液压油和油封相结合的。 新车的减震都偏硬，用过一段时间后会有所改善，我个人感觉没有必要更换。 油压式的，毕竟油压技术国内比较成熟。而且比较稳定耐用.....氮气避震呢它可以自动适应平坦或颠簸路面，自行调节减震器的软、硬程度，以增加驾驶者的行车舒适感及乐趣.但气压的比较贵.... 氮气弹簧的优点及应用 氮气弹簧是采用氮气作为工作介质，是等温膨胀和压缩过程。氮气缸的结构设计、密封技术是氮气弹簧成败的关键技术。 在模具工业中，一直大量使用着弹性元件，原有的常规弹性元件存在着一定的缺点，不能理想地解决冲压工艺的要求。同时常规弹性元件占有的模具空间太大，增大了模具制造的成本。 当前冲压设计人员只能采用气垫来部分弥补这些不足。但由于气压的波动和管道节流损失，气垫所提供的力量也不是很准确；它所占有的空间比较大；需要配备专用的压缩空气站，况且并非所有的压力机均配有气垫。在使用气垫时，模具设计均要受气垫顶杆位置的限制。为此，人们努力开发一种新型的弹性功能部件来替代常规的弹性元件，这种新型弹性元件具有更加完善的性能，能代替常规弹性元件，完成常规弹性元件难于完成的性能，氮气弹簧做为新型弱性功能部件也就应运而生。它能够弥补上述不足，简化模具设计、制造、方便模具调整；它可以作为独立部件，安装在模具中使用，可以在系统中很方便实现弹压力恒定和延时动作，是一种具有柔性性能的弹性部件。 氮气弹簧不仅可以在模具行业中广泛地应用，也可以应用到其他工业领域，如汽车、电子、仪表等行业，它的出现迎合了时代的要求。 氮气弹簧基本性能参数 氮气弹簧的设计固然是希望拓宽应用面，能适用于各种不同的环境条件，不同的工艺要求，但就目前我们推荐的氮气弹簧，一般说来是在常温下使用，对于高温的环境，应当另作别论。 其使用环境是：
课程论文 课题名称浅析发酵设备之发酵罐 专业名称2013级生物工程 学生姓名付燕 学生学号 1309030117
引言：发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。随着生命科学与技术的不断发展，发酵工业也随之有了较大的提高。发酵罐是微生物工程中最重要的设备之一，一个优良的培养装置应设计为具有严密的结构，良好的液体混合性能，高的传质和传热速率，以及可靠的检测及控制仪表，才能获得最大的生产效率。 一、发展历程 1900年以前，木制容器造酒；1900-1940年，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机械搅拌开始应用；1940-1960年，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一系列技术，开始应用，计算机开始用于发酵控制，产物分离纯化商业化；1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m3，出现压力循环和压力喷射性发酵罐，克服一些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用；1979年至今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 二、发酵罐的主要类型： （1）通气机械搅拌罐 通气机械搅拌罐是许多发酵过程的首选设备，具有高传质和传热能力，理想的气液混合效果，较长的液体停留时间和较宽的操作气速。但缺点也明显，剪切力较大，损害许多剪切敏感型微生物能耗大，混合不均。因此，发扬通风搅拌罐的优势，克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统，包括搅拌器和多层搅拌系统的优化，搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器，目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能，或者改变反应器的流态，使得剪切力可以均匀的分布，保护反应器中的微生物。多层搅拌系统很早就开始使用，但由于对其工作机理研究不够深人，多年来一直采用简单的经验设计方法，没有发挥其应有的优势。 （2）气升式发酵罐 气升式发酵罐有明显的优点，在生产SCP、丝状真菌、废水处理中已获得广泛应用。气升式发酵罐是应用最广泛的生物反应设备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等优点。有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐。而鼓泡罐则是最原始的通气发酵罐，当然鼓泡式反应器内没有设置导流筒，故未控制液体的主体定向流动。 （3）自吸式发酵罐 自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的形状和结构不同。自吸式发酵罐使用的是带中央吸气口的搅拌器。搅拌器由从罐底向上伸人的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背形成真空，于是将罐外空气通过搅拌器中心的吸气管而吸人罐内，吸人的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。空气吸人管通常用一端面轴封与叶轮连接，确保不漏气。由于空气靠发酵液高速流动形成的真空白行吸人，气液接触十分良好，气泡分散较细，从而提高了氧在发酵液中的溶解速率。以下以机械搅拌发酵罐为例，介绍其主要结构部件及其主要功能。 三、发酵罐的基本条件
15L气升式外环流发酵罐操作规程 无菌空气系统准备 1、开启空气压缩机和冷冻干燥机，给系统供风。 2、定时开启空气预过滤器（空气冷冻干燥机前）和空气贮罐的排水阀排水。 3、将空气压力减至0.3Mpa（表），再进入空气总过滤器（5英寸过滤器，不进行热蒸 汽消毒），避免超压引起事故。 4、开启蒸汽总阀，使蒸汽压力表指示在0.3MPa(表)，开启蒸汽过滤器前的阀，供干 净蒸汽给空气过滤器进行蒸汽消毒，关闭JPF空气过滤器（小过滤器）进空气阀、 打开进蒸汽阀，打开排污阀，开始给JPF消毒。 5、调整各进出汽阀的开度，使JPF过滤器表压保持在0.12Mp a～0.15MPa，维持20 分钟，将蒸汽切换成空气，即快速关闭进蒸汽阀、开启进空气阀，将空气过滤器 吹干。 6、调节进空气阀和排污阀，使过滤器表压在0.2～0.25Mpa，吹气15分钟，关排污阀， 关闭出空气阀，保持JPF过滤器压力表指示在0.2～0.25Mpa。过滤器无菌空气进 入备用状态。 空罐消毒 1、排放干净发酵罐中液体。 2、开启夹套排水阀（3），排放干净夹套中水，并保证冷凝水排放畅通。 3、开启蒸汽总阀（5）、蒸汽进夹套阀（10）向夹套通蒸汽，给发酵罐间接加热。 4、开启放料管路蒸汽阀（1）和发酵罐放料阀（19），关闭转子流量计与空气过滤器 之间的阀门（2）。开启空气进管上的蒸汽阀（8，9）（蒸汽过滤器前后的阀）；两 路蒸汽向发酵罐直接蒸汽加热。 5、始终打开排汽阀（12）排汽，当有大量蒸汽逸出时，适当关小排汽阀（12，1）。 6、调节各进汽阀（5，9，10）和排汽阀（12，1）开关度，使发酵罐温度维持在121℃， 罐压维持在0.1Mpa，保温20分钟。 7、保温时间一到，关闭各进蒸汽阀（5，9，10），但绝对不允许同时关闭排汽阀（12， 1），以免造成由于发酵罐内或夹套内气体冷缩形成真空，吸瘪容器。此时宜将排 汽阀开大，保证容器内外压力平衡。 8、发酵罐可以自然冷却，也可以开启夹套进水阀（14，15，16）和夹套排水阀（4）， 通过由夹套进行发酵罐冷却。 9、开启进空气阀，给发酵罐进适量的无菌空气，给发酵罐保压0.05Mpa，以等待进 料。 10、空罐消毒将pH、DO电极取出，放入缓冲液中。