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通风发酵设备

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第十章 通风发酵的设备

第十章 通风发酵的设备


第二节

通气与搅拌
一、搅拌器的型式及流型 1. 型式

机械搅拌器大致可分为：轴向推进、径向推进
（1） 螺旋桨式搅拌器
（2）圆盘平直叶涡轮搅拌器
（3）圆盘弯叶涡轮搅拌器
（4）圆盘箭叶涡轮搅拌器
2. 流型

（1）罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型
（2）涡轮式搅拌器的流型
（3）装有套筒时的搅拌器搅拌流型
（9）发酵罐的换热装臵

①夹套式换热装臵

优点
结构简单； 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行 清洁灭菌工作，有利于发酵。

缺点
传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。
②竖式蛇管换热装臵

优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。
适用于冷却用水温度较低的地区 气温高的地区，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却 。
E
A. 几种电解质的混合溶液
氧的溶解度根据溶液的离子强度计算：
lg CW hi I i *
*
C
e
i
hi：第I种离子的常数（m3/kmol） Ii：第I种离子的离子强度（kmol/m3）
B. 非电解质溶液
C lg C
*
*
W * n
K CN
C ：氧在在非电解质溶液中的溶解度（mol/m3）
③使菌体分散，同时减少菌体表面液膜的厚度，有
利于氧的传递；
④使发酵液产生湍流，降低气/液接触界面的液膜厚 度，减小氧传递过程的阻力，增大KLa值。
带有机械搅拌的通风发酵罐其搅拌器与氧传递
速率常数KLa的关系
Pg K L a k V
0.95
Vs0.65
第六章-通风发酵设备-第二节搅拌器轴功率的计算

第六章-通风发酵设备-第二节搅拌器轴功率的计算

P0/( N 3D 5) =K [(ND2) / ] m
Np= K ReM m
圆盘六平直叶涡轮 Np＝0.6 圆盘六弯叶涡轮 Np≡4.7 圆盘六剪叶涡轮 Np≡3.7
（二）多只涡轮在不通气条件 下输入搅拌液体的功率计算
在相同的转速下，多只涡轮比单只涡轮输出更 多的功率，其增加程度除叶轮的个数之外，还 决定于涡轮间的距离。
Pn＝nP0
（三）通气情况下的搅拌功率 Pg的计算
同一搅拌器在相等的转速下输入通气液 体的功率比不通气流体的为低。
可能的原因是由于通气使液体的重度降 低导致搅拌功率的降低。
功率下降的程度与通气量及液体翻动量 等因素有关，主要地决定于涡轮周围气 流接触的状况。
通气准数：
Na＝Q/ND3来关联功率的下降程度 Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Q——通气量 m3/min
生物工程设备
第六章 通风发酵设备
第二节 搅拌器轴功率的计算
一、搅拌器轴功率的计算 轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率，
是指搅拌器以既定的速度运转时，用以 克服介质的阻力所需的功率。它包括机 械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不 是电动机的轴功率或耗用功率。
（一）搅拌功率计算的基本方 程式
单只涡轮在不通气条件下输送搅拌液体 的功率计算，
牛顿型流体：粘度μ只是温度的函数，与 流动状态无关。服从牛顿粘性定律。
非牛顿流体：粘度μ不仅是温度的函数， 随流动状态而变化。
（一）非牛顿型发酵醪的流变 等特性
牛顿型流体的流态式为直线，服从牛顿特性定 律：
=dw/dr
所有气体以及大多数低分子量的液体都属于牛 顿型流体，（2）彬汉塑型性流体
第二章 通风发酵设备

第二章 通风发酵设备



（3） 挡板 挡板的作用：

a. 改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增 加溶解氧。 b. 防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不 到搅拌作用。 挡板宽度：（0.1～0.12）D，装设4～6块即可满足全挡板条件。 挡板与罐壁之间的间隙：（1/8～1/5）D，避免形成死角，防止物料与菌 体堆积。
全挡板条件：条件是达到消除液面旋涡的最低条件（在搅拌发酵罐中增 加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失）。 （2-3）

(4) 轴封 定义：运动部件与静止部件之间的密封叫作轴封。如搅拌轴 与罐盖或罐底之间。
作用：防止泄漏和污染杂菌。
形式：填料函和端面轴封两种。
填料函式轴封是由填料箱体、填料底 衬套、填料压盖和压紧螺栓等零件构成， 使旋转轴达到密封的效果。 端面式轴封又称机械轴封。密封作用 是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密 的相互贴合，并作相对转动而达到密封。

(2)机械搅拌通气发酵罐的溶氧系数
对通气发酵系统的氧溶解过程通常用溶氧系数（kLa）表示，有多种经验公式。
'
Pg ' k L a K ' vs VL
Pg V 或 k L a K '' G VL VL

B、竖式蛇管换热装置
① 结构及形式，以蛇管的形式分组安装于发酵罐内，有四组、六组或 八组不等，根据管的直径大小而定，容积5 m3以上的发酵罐多用这种换 热装置。 ② 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。适用于冷却用水温度 较低的地区，水的用量较少。
0.4
vs 0.5n0.5
通风发酵设备的认知与操作—机械搅拌通风发酵罐

通风发酵设备的认知与操作—机械搅拌通风发酵罐

由于这种空气分布装置的空气分布效果在 强烈机械搅拌的条件下，对氧的传递效果并不 比单孔管好，相反的还会造成不必要的压力损 失，同时由于喷孔容易被物料堵塞，已很少采 用。
联轴器和轴承 常用的联轴器
联轴器和轴承：
联轴器的作用是将两个独 立的轴牢固地联在一起，以进 行传递运动和功率。大型发酵 罐搅拌轴较长，常分为二至三 段，用联轴器使上下搅拌轴成 牢固的联接。联轴器随联接的 不同要求而有各种不同的结构， 基本上分为刚性联轴器和弹性 联轴器两类。
竖式蛇管换热装置的优点：
冷却水在管内的流速大；传热系数高，在1200～ 4000kJ／(m2·h·℃)；水的用量较少，适用于冷却用水 温度较低的地区。其缺点是：在冷却用水温度较高的地 区，发酵时降温困难，发酵温度经常超过40℃，影响 发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了 设备投资及生产成本；与其他换热装置相比，蛇管的弯 曲位置更容易蚀穿。
(W )Z (0.1 ~ 0.12)D Z 0.5
D
D
式中D——罐的直径，mm；Z——挡板数；W——挡板宽度，mm。
挡板安装要求：
挡板的数量及安装方式都不是随意的，它们都会 影响流型和动力消耗。
发酵罐内挡板沿罐壁周向均匀分布地直立安装。 在低黏度液体时挡板可紧贴近罐壁上，且与液体环 向流成直角。
国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流 向型搅拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率 下降，发酵指数也提高了近15％。
空气分布器作用 空气分布器形式结构
环形空气分布管
空气分布器：
作用：
空气分布装置的作用是吹入空气，并使空气均匀分 布，通过改变气泡的大小，从而改变气泡的比表面积。
形式结构：
另一类置于罐外，目的是从排气中分离已溢出的 泡沫使之破碎后将液体部分返回罐内，如半封闭式涡 轮消泡器。
通风发酵

通风发酵


第六章反应器的流动模型与放大
在前边讨论的CSTR和CPFR时，引入了全混流和活塞流概念，并称其
为理想流动模型，在实际生产的反应器流动都不符合上述这两种流动模 型，我们称非流动模型，它介于这两种理想流动模型之间。
在前边讨论，知道反应程度与反应时间有关，反应时间越长，反应
越彻底（转化率越高），反之越低。 在间歇操作反应器中由于物料同时放入，反应后同时放出，所以不存
P n V
g 0.5 s
0.4
0.5
kd=
Pg 2.36 3.30 Ni V
0.56
molO2 s0.7 n0.7 109 mL .min. 大气压（ p)
pg------千瓦；V------m3； vs------截面气速cm/min； n-----转数/分 有kLa与kd换算式可得出kLa的算式
P nD P 0.32 Q
2 3 o g 0.08
0.39
若：发酵罐搅拌器直径D=1.3m，搅拌转速n=80转 数/分，通风量27m3/分，采用涡轮用两档搅拌。 不通风时搅拌功率;
P 2 4.63N n D 10
3 5 2 P
9
P2=2×4.63×4.7×803×1.35×1060 ×10-9 =87.7（KW）
V N molO N 1000 m t 4 ml min
2 V
C
2、）物料衡算法 VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=Px
x 1 N k a Pk a p H H x k 定义： k a H
• p=H C* p*= H C
发酵机械与设备简介

发酵机械与设备简介


二、连续酒精发酵设备
通过在发酵罐内连续加入培养液和取出发酵液，可使发 酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，同时降低代谢产 物的积累，培养液浓度和代谢产品含量相对稳定，微生物 在整个发酵过程中即可始终维持在稳定状态，细胞处于均 质状态，这即为连续发酵技术。
第三节 通风发酵设备
通风发酵设备是好氧发酵使用的发酵反应器，主要包 括酵母发酵罐、单细胞蛋白发酵罐、氨基酸发酵罐、酶制 剂发酵罐、抗生素发酵罐等。
固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水 下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。 液体发酵法是借助于液体介质来完成面团的发酵，即先将酵母置 于液体介质中，在液体中经几个小时的繁殖，制成发酵液，然后 用发酵液与其他原辅料搅拌成面团。
2.根据微生物类型：分为嫌气和好气两大类。 3.根据发酵过程使用的生物体：分为微生物反应器、酶反应 器和细胞反应器。
自吸式发酵罐
转子在启动前，需要先用液体将其浸没，在电机 驱动其高速旋转时，液体因离心力而被甩向叶轮边 缘，并在转子中心处形成负压。在负压作用下，空 气自动从转子中心处被吸入，通过导向叶轮内腔甩 出，而液体因转子外阔叶片被吸入并均匀甩出，在 转子外圆处被剪切成细微的气泡并与循环的发酵液 相遇，在湍流状态下混合、翻腾、扩散，在搅拌的 同时完成了充气。
发酵机械与设备简介
第一节 发酵设备的类型和基本构成
一、发酵设备的基本要求 发酵设备的功能是按照发酵过程的要求，保证和控制各种 发酵条件，主要是适宜微生物生长和形成产物的条件，促进 生物体的新陈代谢，使之在低消耗下（包括原料消耗、能量 消耗、人工消耗）获得较高的产量。
二、发酵设备的分类
1.根据发酵用培养基：固体发酵设备及液体发酵设备。
第六章 通风发酵设备 第三节通气发酵罐中溶氧速率与通气搅拌的关系

第六章 通风发酵设备 第三节通气发酵罐中溶氧速率与通气搅拌的关系


搅拌器对Kla值的影响
对Kla值有影响的：搅拌器的形式，直径 大小，转速，组数，搅拌器间距以及在 缸内相对位置。
增大搅拌器直径D对增加搅拌循环量有利， 增大转速对提高溶氧系数有利。一般说 要求一定的搅拌翻动量，使混合均匀， 又要求一定的转速，使得发酵液有一定 的液体速度压头，以提高溶氧水平。要 根据具体情况决定N和D.
硫酸盐氧化法的具体条件下：规定
0.2124mmol/L
所以：Nr＝KlaC*
Kla＝Nr/0.21＝4.8X103 Nr1/hr
3. 体积溶氧系数的其他表达形 式
Kla---以浓度差为推动力的体积溶氧系数 1/hr
Kd----以总压力差为传氧推动力的体积溶 氧系数 mol/mlminatm
Kr----以压力差为传氧推动力的体积溶氧 系数 kmol/m3hr&atm， mmol/Lhratm
C
NA
1 KG
1 Kg
H
Kl
1 Kl
1 HKg
1 Kl
对于易溶于水的气体，H很小。（1）式 中的H/Kl可忽略，KG=Kg
对难溶气体，好氧溶于水，H很大。 1/HKg趋向零，KL=kl
此溶解过程液膜阻力是主要因素。所以 对于氧溶解：
NA=Kl(C*-C)
C*-C是可以测量的，但其中NA是单位面积的 传氧量由于界面积不能测量，NA也不能计算。
NA=Kla(C*-C)=Qo2M Qo2------菌体呼吸强度 kmol/Kghr M―培养液中菌体浓度 m3/kg
二、体积溶氧系数Kla的测定
溶氧系数的测定方法很多： 亚硫酸钠氧化法， 取样法 排气法。 使用了各种试验仪器和方法，如滴汞电
极以及极谱仪，还要用静止、颤动铂电 极，具有转筛的银汞齐电极等， 亚硫酸盐氧化法及溶氧电极法的原理。
发酵工程设备

发酵工程设备


（3 ）挡板
• 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为 轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。
• 通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设6~4块即可 满足全挡板条件
• 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附 件而轴功率仍保持不变，但漩涡消失。要达到 全挡板条件必须满足下式要求：
（4） 消泡器 • 消泡器的作用是将泡沫打破。
严格，对轴的震动敏感性小。
• 端面式轴封的缺点：
– 结构比填料密封复杂，装拆不便；
– 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
（8）空气分散装置
也称为空气分布器，有单管式和环形 管式。单管式结构简单又实用，管口正对 罐底中央，与罐底距离约为40mm，为防空 气冲击，在罐底中央衬上不锈钢园板，可 延长罐底寿命。
7.2 通风发酵罐的设计与放大
7.2.1 通用式发酵罐的尺寸比例
发酵罐的尺寸要满足适当的比例，其高度与直径 之比一般为1.7～4倍左右。通常发酵罐带两组搅 拌器，其间距约为搅拌器直径的三倍，对于大型 发酵罐以及液体深度较高的，可安装三组或三组 以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出 口较接近为好，与罐底的距离C一般等于搅拌器 直径Di ，但也不宜过小，否则会影响液体的循 环。最常用的发酵罐各部分的比例尺寸如图
• 消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及 孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。
• 消泡器的长度约为罐径的0．65倍。
（5） 联轴器 • 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，
用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接， 轴的连接应垂直，中心线对正。
• 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备， 主要部件包括：
发酵与酿造的主要设备介绍

发酵与酿造的主要设备介绍


• 批发罐的主要优点是污染杂菌的比例小，操作
灵活性强，可用来进行几种不同产品的生产。 其缺点是发酵罐的非生产停留时间所占比重大 ，非稳态工艺过程的设计和操作困难。 连续发 酵的主要的优点是可连续运行几个月的时间， 非生产时间很短；缺点是容易染菌，它适用于 不易染菌的产品如丙酮、丁醇、酒精、啤酒发 酵等。连续发酵还有以下一些优点：
锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中 等硬度物料的中碎与细碎作业。由于各种脆 性物料的抗冲击性较差。因此，这种粉碎机 特别适用于脆性物料。
图3-1锤式粉碎机 筛网 2.轴 3.锤刀 4.冲击板 5.机壳
• 锤式粉碎机如图3-1，主轴上有钢质圆盘或方盘
转子，盘上装有可拆换的锤刀。锤刀可以自由 摆动。当主轴经800～2500r/min在密封的机壳 内旋转时，刀片在各个不同的位置上，能够以 很大的冲击力将物料粉碎。加入到粉碎机中的 物料，首先与锯齿形的冲击板撞击，已经被粉 碎的物料，通过机壳上的格栅网孔排出。未被 粉碎的物料，被筛网阻截，再次受锤力冲击粉 碎。如遇有坚硬不能粉碎的物料，由于锤刀是 活动地悬挂在盘上，可以摇动而让开，可避免 损伤机器，当然锤刀要受到较大的磨损，甚至 损坏筛网。如遇有坚硬的物料，可再次或多次 冲击粉碎。粉碎的物料，连续穿过机内的筛网 排出。为了避免堵塞，除将筛网孔做成上小下 大的锥形孔外，被粉碎的物料含水量不应超过 10%～15%。
发酵与酿造的主要设备 介绍
2024年2月1日星期四
一、原料处理设备
• (一)原料粉碎设备 • 在发酵与酿造过程中，为了加速蒸煮、糖化、
发酵的反应速度，对于使用的固体原料，常需 将其粉碎。使大块固体物料破碎成小块物料的 操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉 碎为粉末状物料，则称为磨碎或研磨。
发酵设备介绍范文

发酵设备介绍范文

发酵设备介绍范文发酵设备是在发酵过程中起到关键作用的设备，它能提供适宜的发酵环境，使微生物能够充分发挥其作用，产生所需的产物。

下面将对常见的发酵设备进行介绍。

一、发酵罐发酵罐是进行大规模发酵时常用的设备之一，它具有一定的容积和搅拌机构。

发酵罐通常由不锈钢制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。

在发酵过程中，罐内通过搅拌机构对培养基进行循环搅拌，使微生物均匀与培养基接触，提供充分的氧气和营养物质，从而促使微生物生长和代谢产物的生成。

二、发酵槽发酵槽是进行大规模发酵的另一种常见设备。

与发酵罐相比，发酵槽一般容积更大，可以同时进行多个批次的发酵，提高生产效率。

发酵槽通常由玻璃钢制成，具有较好的机械强度和化学稳定性。

槽内通常设置有适当数量的搅拌器和氧气输入装置，以保证微生物充分供氧和混合，达到最佳的发酵效果。

三、发酵棚发酵棚是一种用于控制温度、湿度和通风的设备，用于保持发酵过程中的适宜环境。

发酵棚一般具有良好的保温性能和调节性，可以根据发酵过程的需要进行温度和湿度的控制。

在发酵棚内，可以根据具体发酵过程的需要添加合适的湿度控制装置和通风装置，以达到最佳的发酵条件。

四、发酵箱发酵箱是一种小型的发酵设备，通常由金属或塑料制成，体积较小、结构简单。

发酵箱通常用于实验室或小规模生产中，可以进行小量培养基的发酵实验。

发酵箱通常具有加热装置和温度控制装置，可以通过控制温度来模拟不同的发酵条件。

在发酵箱中，可以进行各种微生物培养和酶制剂的生产。

五、发酵堆发酵堆是一种特殊的发酵设备，主要用于堆肥发酵。

它通常由有机原料、微生物和水按一定比例混合而成，然后通过堆放、翻堆的方式进行发酵。

发酵堆一般具有较大的露天空间，并设置有通风装置和排水装置，以保持适宜的湿度和通气性。

在发酵过程中，微生物分解有机物质，释放出热量，达到杀灭病原体、腐败菌和杂草种子的目的。

总之，不同的发酵设备具有不同的特点和应用范围，可以根据具体的发酵需求选择合适的设备。

发酵设备的应用

发酵设备的应用

发酵设备的应用发酵是一种将有机物转化为有用物质的过程，它广泛应用于食品、饮料、医药、化妆品等行业。

发酵设备是发酵过程中必不可少的工具，它能提供适宜的环境和条件，促进微生物的生长和代谢，从而实现有机物的转化。

本文将介绍发酵设备的分类、特点和应用。

一、发酵设备的分类根据不同的发酵方式和工艺要求，发酵设备可以分为以下几类： 1. 搅拌式发酵设备：主要包括搅拌反应器、搅拌罐等，其特点是能够提供均匀的温度、氧气、营养物质等，促进微生物的生长和代谢。

2. 静置式发酵设备：主要包括发酵罐、发酵桶等，其特点是能够提供适宜的温度、湿度和通风条件，促进微生物的生长和代谢。

3. 固定床式发酵设备：主要包括固定床反应器、固定床塔等，其特点是能够提供固定的环境和条件，适合于生长速度较慢的微生物。

4. 浮游式发酵设备：主要包括气升式发酵罐、机械搅拌气升式发酵罐等，其特点是能够提供充足的氧气和营养物质，促进微生物的生长和代谢。

二、发酵设备的特点发酵设备的特点主要包括以下几个方面：1. 温度控制：发酵过程中，微生物的生长和代谢需要适宜的温度条件，发酵设备能够提供稳定的温度控制系统，确保发酵过程中温度的稳定性。

2. 通风条件：发酵过程中，微生物需要充足的氧气供应，发酵设备能够提供适宜的通风条件，确保微生物的生长和代谢。

3. 营养物质供应：发酵过程中，微生物需要适宜的营养物质供应，发酵设备能够提供适宜的营养物质供应，促进微生物的生长和代谢。

4. 自动化控制：发酵设备能够实现自动化控制，对发酵过程进行实时监测和调节，保证发酵过程的稳定和高效。

5. 卫生安全：发酵设备需要具备良好的卫生安全性能，确保发酵过程中微生物的纯度和产品的质量。

三、发酵设备的应用发酵设备广泛应用于食品、饮料、医药、化妆品等行业，下面将详细介绍其应用情况：1. 食品行业：发酵设备在食品行业中应用广泛，主要用于酸奶、酱油、醋、豆腐、面包等食品的生产。

发酵设备能够提供适宜的温度、湿度和通风条件，促进微生物的生长和代谢，从而实现食品的发酵和成品的生产。

第六章 通风发酵设备汇总


对通风发酵设备的要求
（4）有良好的热量交换性能，以适应灭
菌操作和使发酵在最适温度下进行； （5）尽量减少泡沫的产生或附设有效的 消沫装置，以提高装料系数； （6）附有必要的可靠检测及控制仪表。
1.
发酵罐的结构
一机械搅拌通用式发酵罐
（一）发酵罐的基本条件
原理：利用机械搅拌器的作用，使空
搅拌器结构
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的液
流。 发酵罐中以径向液流为主。 用涡轮式搅拌器时为避免气泡在阻力较小的搅 拌器中心部分沿着搅拌轴上升，在搅拌器中央 常带有圆盘。 常用的涡轮式搅拌器有平叶式、弯叶式和箭叶 式三种。 叶片数一般为六个，也有少至四个或多至八个 的。
Q蒸发—排出空气带走水分所需的潜热 Q显—排出空气带出的显热 Q辐射—因罐外壁与大气间的温度差使罐壁向大
气辐射的热量 Q蒸发+Q显=Q空气=(I2-I1)(L/V) L/V —单位培养液体所导入的干空气重量 Kg/m3 I2-I1 —空气进入及离开发酵罐时的热含量 Kcal/Kg
2.
圆盘弯叶涡轮搅拌器
搅拌流型与平直叶涡轮相似，
造成液体径向流动较为强烈，
因此在相同的搅拌转速时，混合效果较
好，功率输出较小。 适用于混合要求特别高，而溶氧速率相 对要求较低的发酵产品生产。
3.
圆盘箭叶涡轮搅拌器
其搅拌流型与上述两种涡轮相近
轴向流动更强烈。
相同转速条件下，造成的剪切率低，输
通气量较小时，气泡的直径与空气喷口
直径有关。 喷口直径越小，气泡直径越小，氧的传 质系数越大。 发酵过程中通气量较大，气泡直径仅与 通气量有关而与分布器直径无关。 强烈机械搅拌时，多孔分布器对氧的传 递效果并不比单孔管为好，会造成不必 要的压力损失，且易使物料堵塞小孔。

第四章 通风发酵设备1机械搅拌通风发酵罐


4.1 机械搅拌通风发酵罐
1－弹簧； 2－动环； 3－堆焊硬质合金； 4－静环； 5－“O”形圈
图4-4 端面机械轴封
4.1 机械搅拌通风发酵罐
端面机械轴封的优点是：（1）清洁；（2）密封可靠， 在一个较长的使用周期中，不会泄漏或很少泄漏；（3）无死 角，可以防止杂菌感染；（4）使用寿命长，质量好的可用 2～5年不需要维修；（5）摩擦功率耗损小；（6）轴或轴套 不受磨损；（7）对轴的精度和光洁度要求不很严格，对轴的 震动敏感性小。缺点是：结构比较复杂，装拆不便，对动环 和静环的表面光洁度及平直度要求高。
图4-1 机械搅拌通风发酵罐结构
4.1 机械搅拌通风发酵罐
下面对此类型发酵罐的主要部件加以说明。 1．罐体 罐体由罐身、罐顶、罐底组成，罐身为圆柱体，中大型 发酵罐罐顶、罐底和小型发酵罐罐底多采用椭圆形或碟形封 头通过焊接和罐身连接，而小型发酵罐罐顶却多采用平板盖 和罐身用法兰连接。罐顶装设视镜及灯镜、进料管、补料管、 排气管、接种管、压力表接管和快开手孔或快开人孔。罐身 上设有冷却水进出管、进空气管、温度计和检测仪表接口管。 取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
4.1 机械搅拌通风发酵罐
（a）旋风离心式； （b）叶轮离心式
图4-6 离心式消泡器
4.1 机械搅拌通风发酵罐
7．换热装置 （1）夹套式换热装置 这种装置多用于容积较小的发 酵罐或种子罐，夹套高度比静止液面稍高。优点为结构简单， 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易清洗灭菌。 （2）竖式蛇管换热装置 这种装置的蛇管分组安装于发酵 罐内，有四组、六组或八组不等。该装置的优点是：冷却水 在管内的流速大，传热系数高，约为1200～1800 kJ／ （m2·h·℃），若管壁较薄，冷却水流速较大时，传热系 数可达4200 kJ／（m2·h·℃）。这种冷却装置适用于冷却 用水温度较低的地区，水的用量较少。

5 第五章 通风发酵罐.

心式消泡器装于排气口上. 法兰的垫圈要上紧，过松会造成渗入空气现象。 绞牙的填料很容易渗漏，特别是经常震动的管 路更容易渗漏，管路连接用电焊法较好. 阀杆是经常转动的，填料容易被旋松而造成渗 漏，所以每生产一批后均应检查旋紧填料或更换 填料。
刮板式消泡器:卧式偏心刮板消泡器，立式刮板式消泡器。 刮板式消泡器:卧式偏心刮板 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成。 由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流口、气体出口组成 刮板的中心与壳体的中心有一个偏心距。 工作原理:刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳体四周， 受机械冲击而达到消泡作用。板的转速为1000~1400r/min。 消泡后的液体返回发酵罐，气体则通过气体出口排出。
机械搅拌发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风发酵罐类型 喷射自吸式发酵罐 伍氏发酵罐 文氏发酵罐 塔式发酵罐
机械搅拌通风 通风发酵罐 §1 机械搅拌通风发酵罐[70~80%] 一、结构 、 它由圆柱体及椭圆形或碟形 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 封头焊接而成，碳钢或不锈钢， 对于大型发酵罐可用衬不锈钢板 或复合不锈钢制成， 或复合不锈钢制成，衬里用的不 锈钢板厚为2~3mm。 锈钢板厚为2~3mm。 为了在一定压力下操作、 为了在一定压力下操作、空消或 实消，罐为一个受压容器， 实消，罐为一个受压容器，通常 灭菌压力为2.5 2.5kg/cm 绝对） 灭菌压力为2.5kg/cm2（绝对）
2]挡板:作用是改变液流的方向， 2]挡板:作用是改变液流的方向，由径向流改 挡板 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 挡板宽度取（0.1-0.12）D，设4~6块即可满足 全挡板条件。 全挡板条件” “全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐 内附件而轴功率仍保持不变。 内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板 条件必须满足下式要求： (B/D)Z=[(0.1~0.12)D/D] × Z=0.5

机械搅拌通风发酵罐的设计

机械搅拌通风发酵罐的设计机械搅拌通风发酵罐是一种用于发酵有机物质的设备。

它又被称为机械通风式发酵罐，常用于有机肥料生产、沼气发酵、生物质能源发酵等领域。

设计一台高效的机械搅拌通风发酵罐需要考虑以下因素：1. 设计容积机械搅拌通风发酵罐的设计容积需要考虑到原料预处理后的固态密度，发酵过程中的充分膨胀及发酵物料的密实度。

通常，机械搅拌通风发酵罐设计的容积应该在15~100m3之间。

2. 结构设计机械搅拌通风发酵罐的结构设计需要考虑到其承受能力、外部环境的要求以及运输的方便性。

常用的材料有钢材、玻璃钢、混凝土等，强度越高的材料越适合用于制作机械搅拌通风发酵罐。

另外，罐体需要具有重量轻、强度高、隔热性好、抗腐蚀和易清洗等特点。

3. 搅拌系统设计机械搅拌通风发酵罐的搅拌系统需要具有均匀、高效、节能等特点。

常用的搅拌方法有机械式搅拌和气力式搅拌，其中机械式搅拌通常是通过叶轮或圆盘搅拌器进行搅拌，气力式搅拌则是通过喷射压缩空气来实现搅拌。

搅拌器应避免对发酵物料的损害，杜绝沉淀现象，同时要保证罐内发酵物料的均匀性。

机械搅拌通风发酵罐的通风系统设计应考虑到通风量、风机的型号和数量、排气要求等因素。

罐内氧气的供应和二氧化碳的排放是保证酵素的正常活动和防止罐体产生过高压力的重要手段。

通风系统应该灵活，能够随时调整通风量大小以适应发酵过程中不同的需求。

机械搅拌通风发酵罐的控制系统设计应考虑到参数监测、温度控制、气气体控制等方面。

为了保证罐内发酵物料的均匀性和质量，应安装相应的检测仪器并设定最优参数。

同时，为了保证工作效率和生产安全，控制系统还应能够实现远程监控和故障自诊断及报警等功能。

机械搅拌通风发酵罐的设计需要从多个角度出发，并针对具体应用领域进行优化。

在实际生产应用中，还需要根据特定的发酵物料和生产工艺进行相应的调整和优化，提高发酵效率和生产质量。

厌氧发酵设备概述

酒精发酵罐的结构
酒精发酵罐的结构
发酵罐的冷却装置，对于中小型发酵罐，多采用罐外壁喷淋膜状冷却。对于大型发酵罐，罐内装冷却蛇管或罐内蛇管和罐外喷淋联合冷却装置。此外，也有采用罐外列管式喷淋冷却的方法。
酒精发酵罐工作时，罐内不同高度的发酵液中二氧化碳含量有所不同，发酵液中形成一个二氧化碳含量的浓度梯度。一般罐底液层气泡密集程度较高，发酵液相对密度小。罐上部液层二氧化碳气泡密集程度较低，发酵液相对密度大。于是相对密度小的底部发酵液就具有上浮的提升力。同时，上升的二氧化碳气泡对周围的液体也具有一种拖曳力，拖曳力和液体上浮的提升力相结合则构成气体搅拌作用，使罐内发酵液不断循环混合和热交换。因此，酒精发酵罐一般不配置机械搅拌器。但当发酵罐容量较大，罐内产生的二氧化碳气量较少时可配置侧向搅拌器。
二、酒精连续发酵设备1、糖蜜原料制酒精的连续发酵设备该流程由9个发酵罐组成，酵母和糖蜜同时连续流加入1号罐内，并依次流经各罐，最后从9号罐排出。除了在酒母槽通入空气之外，在1号罐内也同样通入适量的空气，或增大酵母接种量，维持1号罐内工艺所要求的酵母数。连续发酵周期结束，则储存于每罐的发酵液，先从末罐按逆向顺序依次排出，入蒸馏塔蒸馏。而空罐则依次进行清洗灭菌待用。二氧化碳则由各罐罐顶排入总汇集罐，再送往二氧化碳车间，进行综合利用。
二、联合罐联合罐，又称通用罐。在发酵生产上的用途与锥形罐相同，既可做发酵罐，又可做储酒罐，也能用于多罐法和一罐法生产。联合罐对缩短生产周期、节省投资和生产费用有显著效果。
联合罐为直立圆柱形罐，顶部封头为椭球形或碟形，底部封头为锥形或浅锥形，以便回收酵母等沉淀物和排除洗涤水，因其表面积与容量之比较小，罐的造价较低。罐的中上部设有一段双层冷却板，采用乙二醇溶液或液氨冷却。由于冷却夹套在中上部，上部酒液冷却后，密度增加，沿罐壁下降，底部酒液从罐中心上升，形成对流，使罐内温度均匀。为了加强酒液冷却时的自然对流，在罐的底部酵母层的上方设置一个二氧化碳喷射环，当二氧化碳在罐中心向上鼓泡时，酒液运动使底部出口处的酵母浓度增加，便于回收。

4第四章_机械搅拌通风发酵设备(4)

根据经验表明，发酵罐热交换用的竖立的列管、 排管或蛇管也可起相应的挡板作用。
（4）消泡器
发酵液中含有蛋白质等发泡物质，故在通 气搅拌条件下会产生泡沫，发泡严重时会使发 酵液随排气而外溢，且增加杂菌感染机会。
在通气发酵生产中有两种消泡方法，一是 加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。通 常，是把上述两种方法联合使用。
1- 弹簧 2- 动环 3- 硬质合金 4- 静环 5- O形密封圈
• 填料函式轴封的优点是结构简单。 • 主要缺点是：
– 死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌； – 轴的磨损情况较严重； – 填料压紧后摩擦功率消耗大； – 寿命短，经常维修，耗工时多。
• 端面式轴封的优点：
– 清洁； – 密封可靠； – 无死角，可以防止杂菌污染； – 使用寿命长； – 摩擦功率耗损小； – 轴或轴套不受磨损； – 它对轴的精度和光洁度没有填料密封要求那
• 好气性发酵需要将空气不断通入发酵液 中，以供微生物所消耗的氧。
通风发酵罐的类型
• 机械搅拌发酵罐 • 气升式发酵罐 • 自吸式发酵罐 • 伍式发酵罐 • 文氏管发酵罐
（一）机械搅拌发酵罐
• 机械搅拌发酵罐是发 酵工厂常用类型之一。 它是利用机械搅拌器 的作用，使空气和发 酵液充分混合，促使 氧在发酵液中溶解， 以保证供给微生物生 长繁殖、发酵所需要 的氧气。
• 气升式发酵罐具有结构简单、 不易染菌、溶氧效率高、能耗 低等优点。
气升式反应器有多种类型，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。 现以气升环流式反应器为例说明其工作 原理。
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消泡器的作用是将泡沫打破。 消泡器的作用是将泡沫打破。 最简单实用的消泡装置为耙式消泡器。 最简单实用的消泡装置为耙式消泡器。消 泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。 泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍 消泡器的长度约为罐径的0.65倍。 0.65
5. 联轴器
1. 罐体
罐体由圆柱体及椭圆形 或碟形封头焊接而成， 或碟形封头焊接而成，小型 发酵罐罐顶和罐身采用法兰 连接，材料一般为不锈钢。 连接，材料一般为不锈钢。
法兰：结构或机械零件上垂直于零件轴线突出的边缘。 法兰：结构或机械零件上垂直于零件轴线突出的边缘。
小型发酵罐： 左右； 小型发酵罐：50 m3左右； 中型发酵罐： 左右； 中型发酵罐：100 m3左右； 大型发酵罐： 左右。 大型发酵罐：500 m3左右。
本章讲述的内容
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 通风固相发酵设备 第三节 其他类型的通风发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐
通风发酵罐又称好气性发酵罐， 通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷 氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、 氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等 发酵用的发酵罐。 发酵用的发酵罐。 好气性发酵需要将空气不断通入发酵 液中，以供微生物所消耗的氧。 液中，以供微生物所消耗的氧。
图 一般生物反应器的结构
2. 搅拌器
(1) 使通入的空气分散成气泡并与发酵液充 分混合。 分混合。 使气泡细碎以增大气-液界面， (2) 使气泡细碎以增大气-液界面，以获得所 需要的溶氧速率。 需要的溶氧速率。 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中， (3) 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以 维持适当的气固三相的混合与质量传递。 维持适当的气-液-固三相的混合与质量传递。 强化传热过程。 (4) 强化传热过程。
罐的有效容积为罐的实际装料容积， 罐的有效容积为罐的实际装料容积，它等于罐 的总容积V 乘以罐的容积装满系数η 的总容积V总乘以罐的容积装满系数η，即 V有效 ＝ V总·η
式中 η一－装满系数（一般取 一 装满系数（一般取0.65～0.75）。 ～ ）。
（3）罐的公称容积VN 罐的公称容积V
所谓“公称容积” 所谓“公称容积”是指罐 的圆柱部分和底封头容积之和， 的圆柱部分和底封头容积之和， 其值为整数， 其值为整数，一般不计入上封 头的容积， 头的容积，平常所说的多少体 积的发酵罐是指罐的“ 积的发酵罐是指罐的“公称容 积”。
一、机械搅拌发酵罐的基本要求
（4） 发酵罐应具有足够 的冷却面积。 的冷却面积。 （5） 发酵罐内应尽量减 少死角，避免藏垢积污，灭菌 少死角，避免藏垢积污， 能彻底，避免染菌。 能彻底，避免染菌。 （6） 具有严密的轴封， 具有严密的轴封， 防止泄漏。 防止泄漏。
二、机械搅拌发酵罐的结构
主要部件包括： 主要部件包括： • 罐身 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 视镜 • 换热装置 • 挡板 • 空气分布管 • 人孔以及管路 • 进出料口
(a)—夹套传热 (b)—列管传热 夹套传热 列管传热
(1) 夹套式换热装置
这种装置多应用于容积 较小的发酵罐、种子罐。 较小的发酵罐、种子罐。 夹套的高度比静止液面 高度稍高即可， 高度稍高即可，无须进行冷 却面积的设计。 却面积的设计。
优点：结构简单， 优点：结构简单，加工 容易，罐内无冷却设备， 容易，罐内无冷却设备，死 角少， 角少，容易进行清洁灭菌工 有利于发酵。 作，有利于发酵。 缺点：传热壁较厚， 缺点：传热壁较厚，冷 却水流速低， 却水流速低，发酵时降温效 果差。 果差。
第二节 通风固相发酵设备
一、自然通风固体曲发酵设备 二、机械通风固体曲发酵设备
一、自然通风固体曲发酵设备 曲室设计要求： 曲室设计要求：
(1) 易于保温、散热、排除湿气以及清洁消毒； 易于保温、散热、排除湿气以及清洁消毒； (2) 曲室四周墙高 ～4 m，不开窗或开有少量 曲室四周墙高3 ， 细窗口，四壁均用夹墙结构，中间填充保温材料； 细窗口，四壁均用夹墙结构，中间填充保温材料； (3) 房顶向两边倾斜，使冷凝的汽水沿顶向两 房顶向两边倾斜， 边下流； 边下流； (4) 为方便散热和排湿气，房顶开有天窗。 为方便散热和排湿气，房顶开有天窗。
发酵生产设备类型
根据菌种生理特性， 根据菌种生理特性，有好氧发酵设备 厌氧发酵设备。 和厌氧发酵设备。 根据发酵培养基性质， 根据发酵培养基性质，有固体发酵设 液体发酵设备。 备和液体发酵设备。 根据工艺操作， 分批式发酵设备和 根据工艺操作，有分批式发酵设备和 连续式发酵设备。 连续式发酵设备。
/d/f2/1/f2125.htm
三、机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积 1. 几何尺寸
H／D ＝ 1.7～4.0 ／ ～ H0／D ＝ 2.0～3.0 ～ Di／D ＝ 0.3～0.5 ～ C／Di ＝ 0.8～1.0 ／ ～ B／D ＝ 0.08～0.1 ／ ～ HL／D ＝ 1.4～2.０ ～ ０ S/D ＝ 1或 S/Di ＝３ 或
发酵罐通常装有 几组搅拌器， 几组搅拌器，S=3Di。 C/Di=0.8～ 。 C/Di=0.8～1.0。最 下面一组搅拌器通常 与风管出口较接近为 好。
Di S S
C
搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式） 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式 轴向式 涡轮式）两种。 （涡轮式）两种。
轴向式搅拌器
桨叶式
螺旋桨式
径向式（涡轮式） 径向式（涡轮式）搅拌器 （Disc turbine化反应器中的平直叶 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？ 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？
通用式机械搅拌生化反应器中的平直叶 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？ 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？
平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘， 平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下 方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片 空隙上升，不能被搅拌叶片打碎， 空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表 面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度 面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大， 快，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆 传质效果差。而安一个圆盘， 盘的阻碍，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆 盘的阻碍，只能从圆盘中央流至其边缘， 盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。 盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。
～0.5 m； ；
4. 废气部分回收循环，以维持与新鲜空气混合 废气部分回收循环， 后CO2浓度在2%～5%为佳。 浓度在 为佳。 为佳
3. 挡板
挡板的作用是防止液面 中央形成漩涡流动，增强其 中央形成漩涡流动， 湍动和溶氧传质。 湍动和溶氧传质。 通常，挡板宽度取(0.1 通常，挡板宽度取(0.1 ～0.2)D，高度自罐底起至设 0.2)D， 计的液面高度为止。装设4 计的液面高度为止。装设4～ 6块即可。 块即可。
4. 消泡器
6. 轴封 (Sterile seal)
为了防止发酵液泄 漏和杂菌污染， 漏和杂菌污染，搅拌器 轴与罐顶或罐底连接处 需要密封，即轴封。 需要密封，即轴封。
7. 发酵罐的换热装置
(1) 夹套式换热装置 (2) 竖式蛇管换热装置 竖式列管(排管) (3) 竖式列管(排管)换 热装置
图 一般生物反应器的结构
第二章 通风发酵设备
四十年代中期， 四十年代中期，青 霉素的工业化生产， 霉素的工业化生产，或 深层通风培养技术的出 现，标志近代通风发酵 工业的开始。 工业的开始。 在深层通风培养技 术中， 术中，发酵罐是关键设 在发酵罐中， 备。在发酵罐中，微生 物在适当的环境中进行 生长、 生长、新陈代谢和形成 发酵产物。 发酵产物。
为了便于清洗， 为了便于清洗，小型发 酵罐顶设有清洗用的手孔。 酵罐顶设有清洗用的手孔。 中大型发酵罐则装设有快开 人孔及清洗用的快开手孔。 人孔及清洗用的快开手孔。 罐顶还装有视镜及灯镜。 罐顶还装有视镜及灯镜。 在罐顶上的接管有： 在罐顶上的接管有： 进料管、补料管、排气管、 进料管、补料管、排气管、 接种管和压力表接管。 接种管和压力表接管。
(2) 竖式蛇管换热装置
这种装置是竖式的蛇 分组安装于发酵罐内， 管，分组安装于发酵罐内， 有四组、 有四组、六组或八组不 等，根据管的直径大小而 容积5 定，容积5 m3以上的发酵 罐多用这种换热装置。 罐多用这种换热装置。
优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。 这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区， 这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水 的用量较少。 的用量较少。 缺点：气温高的地区，冷却用水温度较高，则 缺点：气温高的地区，冷却用水温度较高， 发酵时降温困难，发酵温度经常超过40 40˚C 发酵时降温困难，发酵温度经常超过40 C，影响发 酵产率。因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，这样 酵产率。因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却， 就增加了设备投资及生产成本。此外， 就增加了设备投资及生产成本。此外，弯曲位置比 较容易蚀穿。 较容易蚀穿。
大型发酵罐搅拌 轴较长， 轴较长，常分为二至 三段，用联轴器使上 三段， 下搅拌轴成牢固的刚 性联接。 性联接。
常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的 发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接， 发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂 中心线对正。 直，中心线对正。
下伸式搅拌轴：大型发酵罐 下伸式搅拌轴： 上悬式搅拌轴： 上悬式搅拌轴：小型发酵罐
种曲室每次使用前要冲洗， 种曲室每次使用前要冲洗，曲盘或竹匾用后洗 净晒干，放入种曲室， 净晒干，放入种曲室，同时将其他种曲工具全部投 入种曲室内，密封门窗， 入种曲室内，密封门窗，采用硫磺或甲醛进行熏蒸 h，达到杀菌目的。 24 h，达到杀菌目的。
二、机械通风固体曲发酵设备
机械通风固体曲发酵设备设计要求： 机械通风固体曲发酵设备设计要求： 1. 曲室多用长方 形水泥池， 形水泥池，宽2 m， ， 深1 m； ； 2. 曲室底部应比 地面高，便于排水； 地面高，便于排水； 3. 发酵固体曲料置于筛板上，料层厚度约 发酵固体曲料置于筛板上，料层厚度约0.3