发酵工程07第七章 发酵生产的设备
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• 非机械搅拌通风发酵罐：包括循环式的气提式、 液提式发酵罐，以及非循环式的排管式和喷射 式发酵罐。
• 这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的 气、固、液三相充分混合，从而满足微生物生 长和产物形成对氧的需求。
• 3．按容积分类： • 一般认为500L以下的是实验室发酵罐； • 500-5000L是中试发酵罐； • 5000L以上是生产规模的发酵罐。
• 上 口、部人有孔物和料压口力，表冷开却口水等口。，CO2和气体出
• 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水 喷淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
• 酵母将糖转化为酒精高转化率条件 • (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 • (2)一定的生化反应时间 • (3)及时移走在生化反应过程中将释放的
发酵检测参数还只限于温度、压力、空气流量等一
些最常规的参数。
发酵罐的种类
• 发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。除了通风 搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式 发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐 等。
典型发酵设备
• 种子制备设备 • 主发酵设备 • 辅助设备(无菌空气和培养基的制备) • 发酵液预处理设备 • 粗产品的提取设备 • 产品精制与干燥设备 • 流出物回收、利用和处理设备
第六章 发酵设备
第一节 发酵设备概述
• 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有 原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气 调节和除菌设备，以及搅拌器等。
• 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 • 发酵罐：承担产物的生产任务。
它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求 的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
发酵罐的特点
• （1）发酵罐与其他工业设备的突出差别是对纯种
培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，
发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的 显著特点。
• （2）现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵 罐更加趋向大型化和自动化发展。
•
在发酵罐的自动化方面，作为参数检测的眼睛
如pH电极、溶解氧电极、溶解CO2电极等的在线检 测在国外巳相当成熟。国内目前尚处于起步阶段，
• 为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底 部沿罐体四周装有集水槽。
• 采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发 酵液均匀，冷却效率高等优点。
生物热
酒精发酵罐的结构要求
• 满足工艺要求，有利于发酵热的排出 • 从结构上有利于发酵液的排出 • 有利于设备清洗、维修以及设备制造安
装方便等问题。
酒精发酵罐筒体结构
• 为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 • 在出的酒部精分发酒酸精过，程发中酵，罐为宜了采回用收密CO闭2气式体。及其所带 • 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料
发酵罐发展历史
• 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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 • 罐底装有排料口和排污口； • 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大
型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐 底也装有人孔。
发酵的冷却装置
• 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外 壁表面进行膜状冷却；
• 对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇 管和罐外壁喷洒联合冷却装置，
发酵罐工艺操作条件
• 1．温度：25～40℃。 • 2．压力：0～1kg/cm3 (表压)。 • 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3kg/cm3
(表压). • 4．pH：2～11。 • 5．需氧量：0.05～0.3kmo1/m3·h。 • 6．通气量：0.3～2VVM。 • 7．功率消耗：0.5～4kW/m3 。 • 8 ．发酵热量：5 000～20 000kcal/m3 .h。
第二节 嫌气发酵设备
密闭厌氧发酵罐
• 对这类发酵罐的要求是：能封闭；能承 受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减 少装置，消灭死角，便于清洗灭菌。
• 酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发 酵罐因不需要通入昂贵的无菌空气，因 此在设备放大、制造和操作时，都比好 气发酵设备简单得多。
• 它的容积常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的 上、下部都是锥形的。
一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操 作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时 附带精密控制系统； 而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开 口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
发酵罐系统
• 一个优良的发酵罐装置和组成 • （1）应具有严密的结构 • （2）良好的液体混合特性 • （3）好的传质相传热速率 • （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵罐的类型
• 1．按微生物生长代谢需要分类： • 好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素
等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通 风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数； • 厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气 发酵罐。不需要通气。
• 2. 按照发酵罐设备特点分类：
• 机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发 酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式的通风式 发酵罐和自吸式发酵罐等。
• 第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的 容积增大到80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋 白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发 酵罐，它可以克服—些气体交换和热交换问题。 计算机开始在发酵工业上得到广泛应用。
• 第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛 发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规 模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等 基因工程的产品走上商品化。
• 这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的 气、固、液三相充分混合，从而满足微生物生 长和产物形成对氧的需求。
• 3．按容积分类： • 一般认为500L以下的是实验室发酵罐； • 500-5000L是中试发酵罐； • 5000L以上是生产规模的发酵罐。
• 上 口、部人有孔物和料压口力，表冷开却口水等口。，CO2和气体出
• 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水 喷淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
• 酵母将糖转化为酒精高转化率条件 • (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 • (2)一定的生化反应时间 • (3)及时移走在生化反应过程中将释放的
发酵检测参数还只限于温度、压力、空气流量等一
些最常规的参数。
发酵罐的种类
• 发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。除了通风 搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式 发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐 等。
典型发酵设备
• 种子制备设备 • 主发酵设备 • 辅助设备(无菌空气和培养基的制备) • 发酵液预处理设备 • 粗产品的提取设备 • 产品精制与干燥设备 • 流出物回收、利用和处理设备
第六章 发酵设备
第一节 发酵设备概述
• 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有 原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气 调节和除菌设备，以及搅拌器等。
• 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 • 发酵罐：承担产物的生产任务。
它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求 的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
发酵罐的特点
• （1）发酵罐与其他工业设备的突出差别是对纯种
培养的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，
发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的 显著特点。
• （2）现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵 罐更加趋向大型化和自动化发展。
•
在发酵罐的自动化方面，作为参数检测的眼睛
如pH电极、溶解氧电极、溶解CO2电极等的在线检 测在国外巳相当成熟。国内目前尚处于起步阶段，
• 为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底 部沿罐体四周装有集水槽。
• 采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发 酵液均匀，冷却效率高等优点。
生物热
酒精发酵罐的结构要求
• 满足工艺要求，有利于发酵热的排出 • 从结构上有利于发酵液的排出 • 有利于设备清洗、维修以及设备制造安
装方便等问题。
酒精发酵罐筒体结构
• 为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 • 在出的酒部精分发酒酸精过，程发中酵，罐为宜了采回用收密CO闭2气式体。及其所带 • 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料
发酵罐发展历史
• 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。
ຫໍສະໝຸດ Baidu管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 • 罐底装有排料口和排污口； • 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大
型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐 底也装有人孔。
发酵的冷却装置
• 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外 壁表面进行膜状冷却；
• 对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇 管和罐外壁喷洒联合冷却装置，
发酵罐工艺操作条件
• 1．温度：25～40℃。 • 2．压力：0～1kg/cm3 (表压)。 • 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3kg/cm3
(表压). • 4．pH：2～11。 • 5．需氧量：0.05～0.3kmo1/m3·h。 • 6．通气量：0.3～2VVM。 • 7．功率消耗：0.5～4kW/m3 。 • 8 ．发酵热量：5 000～20 000kcal/m3 .h。
第二节 嫌气发酵设备
密闭厌氧发酵罐
• 对这类发酵罐的要求是：能封闭；能承 受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减 少装置，消灭死角，便于清洗灭菌。
• 酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发 酵罐因不需要通入昂贵的无菌空气，因 此在设备放大、制造和操作时，都比好 气发酵设备简单得多。
• 它的容积常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的 上、下部都是锥形的。
一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操 作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时 附带精密控制系统； 而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开 口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
发酵罐系统
• 一个优良的发酵罐装置和组成 • （1）应具有严密的结构 • （2）良好的液体混合特性 • （3）好的传质相传热速率 • （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵罐的类型
• 1．按微生物生长代谢需要分类： • 好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素
等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通 风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数； • 厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气 发酵罐。不需要通气。
• 2. 按照发酵罐设备特点分类：
• 机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发 酵罐，文氏管发酵罐，以及非循环式的通风式 发酵罐和自吸式发酵罐等。
• 第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的 容积增大到80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋 白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发 酵罐，它可以克服—些气体交换和热交换问题。 计算机开始在发酵工业上得到广泛应用。
• 第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛 发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规 模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等 基因工程的产品走上商品化。