第八章 通气发酵设备(2)

第二章通气发酵设备常用的通气发酵罐：机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式和自吸式。

一、机械搅拌通气发酵罐1.主要部件：罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却管（或夹套）、消泡剂、人孔、视镜等。

罐体：由圆柱体和椭圆形或蝶形封头焊接而成，为满足工艺要求，罐体必须能承受一定压力和温度，通常要求耐受130C和0.25MPa(绝压)搅拌器：常用的由平叶式或弯叶式圆盘涡轮搅拌器。

主要作用为混合和传质，同时强化传热过程。

挡板：防止液面中央形成旋涡流动，增强其湍动和溶氧传质。

轴封：防止染菌和泄漏。

大型发酵罐常用的轴封为双端面机械轴封，由三部分构成，动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件。

空气分布器：主要分为环形管式和单管式，喷气孔向下以尽可能减少培养液在环形分布管上滞留。

对机械搅拌通气发酵罐，分布管内空气流速取20m/s左右。

消泡装置：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，两种方法联合使用，最简单实用的消泡装置为耙式消泡器。

2.传统的双模理论（1）气泡中的氧通过气象边界层传递到气-液界面上（2）氧分子由气相侧通过扩散穿过界面传递到液相侧（3）氧分子在界面液相侧通过液相滞流层传递到液相主体（4）在液相主体中进行对流传递到生物细胞表面液膜外面（5）通过生物细胞表面的液相滞流层扩散进入生物细胞内3.体积溶氧系数KLa此值表示在曝气过程中氧的总传递性，当传递过程中阻力大，则KLa值低，反之KLa值高4. 影响KLa的主要因素有：（1）操作条件，如搅拌转速、通气量等（2）发酵罐的结构及几何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等（3）物料的物化性能，如扩散系数、表面张力、密度、黏度、培养基成分及特性等5.增加液相中溶解氧的方法（1）提高KLa：加强液相主体紊流，加速气液界面更新，增大气液接触面积、降低液膜厚度（2）提高Cs（液相中饱和溶解氧浓度）：提高气相中的氧分压6.强化溶氧传质的新技术(1)发酵液中添加氧载体：加入不溶于培养基又五毒的物质，例如，加入10%-30%C11-C17烷烃或丁基四氟呋喃，可提高溶氧系数数倍。

发酵思考题完整答案第⼋章发酵过程1，发酵过程的定义发酵过程即细胞的⽣物反应过程，是指由⽣长繁殖的细胞所引起的⽣物反应过程。

它不仅包括了以往“发酵”的全部领域，⽽且还包括固定化细胞的反应过程、⽣物法废⽔处理过程和细菌采矿等过程。

2，为何要研究发酵过程微⽣物发酵的⽣产⽔平不仅取决于⽣产菌种本⾝的性能，⽽且要赋以合适的环境条件才能使它的⽣产能⼒充分表达出来。

为此我们必须通过各种研究⽅法了解有关⽣产菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深⼊地了解⽣产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的⽣产⼯艺提供理论基础。

同时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，可以通过各种监测⼿段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物浓度，以及采⽤传感器测定发酵罐中的培养温度pH、溶解氧等参数的情况，并予以有效地控制，使⽣产菌种处于产物合成的优化环境之中。

3，发酵过程的主要控制参数主要分为哪三⼤类物理、化学和⽣物三类4，发酵过程中通常测定的参数有哪些⽬前较常测定的参数有温度、罐压、空⽓流量、搅拌转速、pH、溶氧、基质浓度、菌体浓度(⼲重、离⼼压缩细胞体积%)等。

5，发酵过程中参数测定的⽅法有哪两种参数测定⽅法有：在线测定，取样测定（离线测定）6，简述发酵过程的代谢变化规律。

为什么要了解这⼀规律。

1）代谢变化就是反映发酵过程中菌体的⽣长，发酵参数（培养基，培养条件等）和产物形成速率三者间的关系。

2）了解⽣产菌种在具有合适的培养基、pH、温度和通⽓搅拌等环境条件下对基质的利⽤、细胞的⽣长以及产物合成的代谢变化，有利于⼈们对⽣产的控制。

7，分批发酵、补料分批发酵和连续发酵的定义。

对这三种发酵⽅式进⾏⽐较。

分批发酵(Batch fermentation)是指在⼀封闭系统内含有初始限量基质的发酵⽅式。

在这⼀过程中，除了氧⽓、消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加⼊任何其它物质。

发酵过程中培养基成分减少，微⽣物得到繁殖。

通⽓发酵设备⼩结第⼆章通⽓发酵设备常⽤的通⽓发酵罐：机械搅拌式、⽓升环流式、⿎泡式和⾃吸式。

⼀、机械搅拌通⽓发酵罐1.主要部件：罐体、搅拌器、挡板、轴封、空⽓分布器、传动装置、冷却管（或夹套）、消泡剂、⼈孔、视镜等。

罐体：由圆柱体和椭圆形或蝶形封头焊接⽽成，为满⾜⼯艺要求，罐体必须能承受⼀定压⼒和温度，通常要求耐受130C和0.25MPa(绝压)搅拌器：常⽤的由平叶式或弯叶式圆盘涡轮搅拌器。

主要作⽤为混合和传质，同时强化传热过程。

挡板：防⽌液⾯中央形成旋涡流动，增强其湍动和溶氧传质。

轴封：防⽌染菌和泄漏。

⼤型发酵罐常⽤的轴封为双端⾯机械轴封，由三部分构成，动环和静环、弹簧加荷装置、辅助密封元件。

空⽓分布器：主要分为环形管式和单管式，喷⽓孔向下以尽可能减少培养液在环形分布管上滞留。

对机械搅拌通⽓发酵罐，分布管内空⽓流速取20m/s左右。

消泡装置：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，两种⽅法联合使⽤，最简单实⽤的消泡装置为耙式消泡器。

2.传统的双模理论（1）⽓泡中的氧通过⽓象边界层传递到⽓-液界⾯上（2）氧分⼦由⽓相侧通过扩散穿过界⾯传递到液相侧（3）氧分⼦在界⾯液相侧通过液相滞流层传递到液相主体（4）在液相主体中进⾏对流传递到⽣物细胞表⾯液膜外⾯（5）通过⽣物细胞表⾯的液相滞流层扩散进⼊⽣物细胞内3.体积溶氧系数KLa此值表⽰在曝⽓过程中氧的总传递性，当传递过程中阻⼒⼤，则KLa值低，反之KLa值⾼4. 影响KLa的主要因素有：（1）操作条件，如搅拌转速、通⽓量等（2）发酵罐的结构及⼏何参数，如体积、通⽓⽅法、搅拌叶轮结构和尺⼨等（3）物料的物化性能，如扩散系数、表⾯张⼒、密度、黏度、培养基成分及特性等5.增加液相中溶解氧的⽅法（1）提⾼KLa：加强液相主体紊流，加速⽓液界⾯更新，增⼤⽓液接触⾯积、降低液膜厚度（2）提⾼Cs（液相中饱和溶解氧浓度）：提⾼⽓相中的氧分压6.强化溶氧传质的新技术(1)发酵液中添加氧载体：加⼊不溶于培养基⼜五毒的物质，例如，加⼊10%-30%C11-C17烷烃或丁基四氟呋喃，可提⾼溶氧系数数倍。

发酵工厂设备第一章、物料的处理与输送设备一、筛选：磁铁分离器、筛选机1、磁铁分离器用途：清除磁性金属杂质，避免对机器造成损害。

2、筛选机用途:清除杂质；物料分级。

二、粉碎机:锤式粉碎机、盘磨机、两辊式粉碎机)1、锤式粉碎机用途:中等硬度的物料的中碎与细碎作业，尤其适用于脆性物料。

锤式粉碎机粉碎机理:锤刀的冲击力、挤压、研磨。

2、盘磨机用途：广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料。

主要构件:两个带沟纹的圆盘：两种方式：①一个和轴一起转动，另一个固定在外壳上；②两圆盘同时反向旋转3、两辊式粉碎机辊筒分为光辊及丝辊两种。

一个固定，一个可移动。

推力弹簧的作用：调节两辊间隙及对超载荷起保险作用；保护机器。

三、气流输送1、颗粒在输料管中的运动状态在垂直管中， u=ut，流态化状态：颗粒自由悬浮在气流中；u>ut，气流输送状态：颗粒均匀分布于气流中，随气流而流动。

在水平管中,悬浮流状态：当气流速度很大时；两相流状态：当气流速度降低时；团块流状态：当气速进一步降低时。

2、气流输送流程：真空输送流程、压力输送流程、混合式输送流程3、气流输送的适用性：①适合输送大米、大麦等松散的粒状物料；②适合用于输送量大且能连续运行的操作；③从几个不同地点，向一个送料点送料时，采用吸入式最合适；④从一个加料点向几个不同的地方送料时，采用压送式最合适；⑤短距离输送，选择低压压送；⑥长距离输送，高压压送。

4、物料分离装置：①旋风分离器：是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体颗粒的设备。

②重力式分离器：又称沉降器。

5、空气除尘装置：旋风分离器、袋滤器、湿式除尘器湿式除尘器就是利用水来捕集气流中的粉尘。

加料装置常用漏斗式加料器和螺旋式加料器。

6真空输送流程：1吸嘴；2软管；3固定管；4分离器；5旋转加料器；6排料斗；7吸风管；8除尘器；9风机；10排风管；四、输送机械：带式输送机、斗式提升机、螺旋输送机1、螺旋输送机的构造：机槽1螺旋叶片3 轴2传动装置5轴承4吊架6止推轴承—装在轴的两端，以承受螺旋推送物料时所产生的轴向力。