发酵设备与反应器共64页文档

最低一挡搅拌器下面，管口与罐底的距离约 40mm，气速20m/s
空气分布. 器
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7 消泡装置 ➢ 作用：打碎泡沫，防止逃逸 ➢ 长度：约为罐径的0．65倍。 ➢ 安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵
罐排气系统上，可将泡沫打破或将泡沫破碎 分离成液态和气态两相的装置 ➢ 最简单实用的是耙式消泡器
第八章 发酵设备与反应器
主讲：鲍成满
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1
生物反应过程示意图
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2
一 生物反应器概述 二 微生物细胞反应器——发酵罐 三 发酵罐的放大
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3
一 生物反应器概述
❖ 生物反应器：是利用酶或生物体（如微生 物）所具有的生物功能，在体外进行生化 反应的装置系统。
❖ 生物反应器的作用：为生物反应提供一个 体外优化的物理、化学环境，以获到更多 需要地生物量或代谢产物。
➢ 圆筒体锥底立式发酵 罐(简称锥形罐)，已 广泛用于发酵啤酒生 产。
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❖ 设备外形特点
➢ 一般置于室外
➢ 罐体圆柱形，罐顶椭圆封头，锥形体底。锥 底角取排出角为73~75˚，对于贮酒罐，常取 锥角为120~150 ˚
➢ 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数
。单酿罐一般是D：H＝1：1~2。对两罐法
❖ 相同搅拌功率下，翻动流体的能力： 箭叶式 > 弯叶 > 平叶
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3 挡板 ➢ 作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的
方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧
(W )Z(0.1~0.1)2 DZ0.5
D
D
式中:
D—罐的直径 Z—挡板数 W—挡板宽度
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➢ 通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4-6块即 可满足全挡板条件（所谓“全挡板条件”是 指在一定转速下再增加挡板或其它附件而搅 拌功率仍保持不变，漩涡基本消失

02
选择合适的材料
03
设计合理的结构
根据工艺条件和物料特性，选择 耐腐蚀、耐高温、耐高压的材料 。
根据工艺要求和操作条件，设计 合理的进料、出料、热交换等结 构。
反应器的操作与控制
操作规程制定
制定详细的操作规程，包括开车、停车、异 常处理等。
温度控制
通过调节加热或冷却介质流量，控制反应温 度在设定范围内。
效率，同时降低了能耗和排放。
某科研机构的微生物发酵实验设备
03
采用智能控制系统，实现了对实验设备的远程监控和自动控制
，提高了实验的准确性和可重复性。
05
发酵设备与反应器的维护与 保养
日常维护
清洁设备表面
每天工作结束后，用软布擦拭设备表面，保持清洁。
检查设备运行状况
每天开机前，检查设备各部件是否正常，确保无异常 声音和振动。
。
可靠性原则
选择具有良好口碑和稳 定性能的设备，以确保 发酵过程的稳定性和可
靠性。
环保性原则
优先选择低能耗、低排 放的设备，以降低对环
境的影响。
优化方法
工艺优化
通过对发酵工艺的优化，提高设备的利用率 和生产效率。
智能控制
引入智能控制系统，实现对设备的远程监控 和自动控制，提高设备的自动化水平。
设备改造
通过对设备的局部改造或升级，提高设备的 性能和效率。
维护保养
建立完善的设备维护保养体系，确保设备的 长期稳定运行。
实际应用案例
某生物制药公司的发酵罐选型
01
根据生产规模和工艺要求，选择了适合的发酵罐类型，并通过
优化工艺参数，提高了发酵效率。
某食品企业的酒精发酵设备升级

精和二氧化碳，这时的产品叫作嫩啤酒。
嫩啤酒经过一段时间的零度贮存，再经过过滤器过滤，
以及杀菌、包装，便是我们经常喝到的晶莹透亮的啤酒。
啤酒发酵设备
酵母
啤酒酿造原料储存保管
啤酒发酵设备
麦芽
啤酒花
啤酒发酵设备
优质水的蓄水罐
嫩啤酒存储罐
啤酒发酵设备
糊化锅
麦汁冷却器 提取麦汁
啤酒发酵设备
装瓶
啤酒发酵设备
嫌气发酵设备
❖ 酒精发酵设备 ❖ 啤酒发酵设备
酒精发酵罐
最常见的嫌气发酵设备
30万吨啤酒发酵罐群
酒精发酵设备
❖概述
酵母将糖转化为酒精，欲获得较高的转 化率，除满足酵母生产和代谢的必要工艺条件 外，还需要一定的生化反应时间，在生化反应 过程中将释放出一定数量的生物热，若该热量 不及时移走，必将直接影响酵母的生长和代谢 产物的转化率。因此，酒精发酵罐的结构必须 首先满足上述工艺要求。此外，从结构上，还 应考虑有利于发酵液的排出及设备清洗，维修 以及设备制造安装方便等问题。
啤酒发酵设备
➢ 新型啤酒发酵设备
• 锥形罐
1、概述
• 锥形罐
圆筒体锥底立式发酵罐（简称锥形罐 ），已 广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。锥形罐可单独 用于前发酵或后发酵，还可以将前，后发酵合并在 该罐进行（一罐法）。这种设备的优点在于能缩短 发酵时间,而且具有生产上的灵活性，能适合于生 产各种类型啤酒的要求。
前发酵槽
啤酒发酵设备
➢ 啤酒前、后发酵设备及计算
• 前发酵设备——前发酵室
↓
→ →
↓
→ →
↑
↑
←←
开口式
↓
←
↓

气升式反应器与机械搅拌通风反应器的不同
在于无机械搅拌
特点
反应溶液分布均匀 较高的溶氧速率和溶氧效率 剪切力小，对生物细胞损伤小 传热良好 结构简单，易于加工制造。

气升式反应器有多种形式，比较典型的两种
形式
气升内环流发酵罐
气升外环流发酵罐
典型的气升环流发酵罐
ICI压力循环气升发酵罐
酶反应器 发酵罐
光合生物反应器开发
二 微生物细胞反应器——发酵罐
发酵罐：微生物细胞反应器，是为微生物
生长和产物形成提供良好环境的容器。
按微生物对氧的需求
好氧发酵罐 厌氧发酵罐

（一） 好氧发酵罐—机械搅拌式发酵罐
机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）
大型发酵罐
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。 机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总 发酵罐的７０－８０％。

罐材料
大型C.C.T均采用碳钢加涂料或不锈钢两 种材料制成。啤酒是酸性液体，能造成铁 的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的H2S、 SO2对铁材料会造成氧化还原腐蚀。
相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力：
平叶＞弯叶＞箭叶
相同搅拌功率下，翻动流体的能力：
箭叶式 > 弯叶 > 平叶
3挡板 作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的 方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧
W ( 0 . 1 ~ 0 . 12 ) D ( ) Z Z 0 . 5 D D
式中:
露天式锥底发酵罐
圆筒体锥底立式发酵 罐(简称锥形罐)，已 广泛用于发酵啤酒生 产。

第13页，共61页。
分离、提纯
• 代谢产物
– 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液 中分离出来。
• 菌体本身，如酵母菌和细菌等
– 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
第14页，共61页。
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定功能 生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或细胞培养 过程。
通主
气要
部由
分壳
属 系 统 等
组 成 。
、 进 出 料 口 、 测 量
体 、 控 温
部 分 、 搅
系拌
统部
和分
附、
第23页，共61页。
加料口 搅拌器
冷却水进口 放料口
电动机 pH检测及 控制装置
排气口
冷却水出口
培养液
无菌空气
第24页，共61页。
第25页，共61页。
第26页，共61页。
BIOTECH- X JS型机械搅拌不锈钢发酵罐
采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过程，称
为酶反应过程。
生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物 功能，在体外进行生化反应的装置系统。
第15页，共61页。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生物 反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。
生物反应器应具备的条件：
➢能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧等) 浓度；
– 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母 菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产 生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量 的酒精。

发酵设备与反应器课件
➢ 通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4-6块即 可满足全挡板条件（所谓“全挡板条件”是 指在一定转速下再增加挡板或其它附件而搅 拌功率仍保持不变，漩涡基本消失
➢ 竖立的列管，排管等也可以起挡板作用，故 一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设 挡板
➢ 挡板的长度自液面起到罐底为止
获取高质量、低成本的产品
发酵设备与反应器课件
❖ 生物反应器设计的原则
➢ 适宜的径高比 ➢ 承受一定的压力 ➢ 满足溶氧需求 ➢ 满足温度要求 ➢ 尽量减少死角 ➢ 尽量减少法兰连接 ➢ 保证灭菌
发酵设备与反应器课件
三 固体培养设备（自学） ❖ 应用于酱油与酿酒生产，饲料蛋白 ❖ 自然通风发酵设备 ❖ 机械通风发酵设备
和罐外壁喷洒联合冷却装置 ➢ 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。
发酵设备与反应器课件
❖ 酒精发酵罐的洗涤 ➢ 过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且
二氧化碳气体一旦末彻底排除，工人入罐清 洗会发生中毒事故。 ➢ 近年来，酒精发酵罐巳逐步采用水力喷射洗 涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高 了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤 装置尤为重要。
发酵设备与反应器课件
机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）
大型发酵罐
发酵设备与反应器课件
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。
机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总 发酵罐的７０－８０％。
发酵设备与反应器课件
❖ 发酵罐的结构 ➢ 罐体 ➢ 搅拌装置和挡板 ➢ 传热装置 ➢ 通气部分 ➢ 进出料口 ➢ 测量控制系统 ➢ 附属系统