第八章生物反应器结构与设计计算.ppt

第八章 生物反应器的 结构与设计计算 生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一 大型发酵罐搅拌装置 动物细胞反应器 一个优良的培养装置应具有的条件： 严密的结构 良好的液体混合性能 高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表 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生物热 酒精发酵罐的结构要求 满足工艺要求，有利于发酵的排出 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 圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、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。 啤酒发酵设备 发酵罐的换热装置 （1）换热夹套：在小型罐中常用的装置。 优点：结构简单，加工方便，易清洗。 缺点：换热系数较低，故只用于5m3以下的小罐。夹套的换热系数在400~600 kJ/m2h ℃之间。 发酵罐的换热装置 （2）竖式蛇管 在罐内设4组或6组竖式蛇管。 优点：管内水的流速大，传热系数高，在1200~4000 kJ/m2h℃ 之间。 缺点：要求冷却温度较低，否则降温不易。 发酵罐的换热装置 （3）竖式列管（排管） 以列管分组装设于罐内。 优点：有利于提高传热推动力的温差，加工方便。 缺点：用水量大。 发酵罐的换热装置 为了提高反应器的传热效能，可在发酵罐的外部装设板式热交换器，不仅强化了热交换，而且便于检修和清洗。 工作原理： 自吸式发酵罐的构件主要使用自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子。 转子由罐底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。 在转子启动前，先用液体将转子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，若转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大，则流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也愈大，排出的风量也越大。 当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此大气的空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出。 由于转子的搅拌作用，气液在叶轮周围形成强烈的混合流（湍流），使刚离开叶轮的空气立即在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合，翻腾，扩散到整个罐中，因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。 图中A、B、C和D是用于发酵罐底部的喷嘴；E和F是装在发酵罐上部的喷嘴。这些喷嘴分别具有不同的特点和功能： A是气液两相自喷射喷嘴； B是两相喷嘴，中心喷嘴是液相，气体从周围吸入； 自吸式发酵罐优点： ①节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器设备，减少厂房占地面积。 ②减少工厂发酵设备投资约30％左右。 ③设备便于自动化、连续化，降低老定强度，减少劳动力。 ④设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。 缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。 啤酒发酵工艺 ?制麦工序 ：收割好的啤酒麦，至少得先经过6～8周储藏，等养足发芽力后才能用于啤酒制造。先用精选机将杂质去掉，再用筛选机选出颗粒均匀的大麦。 啤酒发酵工艺 〔浸麦〕???? 将大麦放在麦槽里，使其吸收发芽所需的足够水分。 〔发芽〕???? 通过浸麦槽的网状底部下面连续送4～6天的湿空气，当大麦的麦根长到麦粒的1.5倍时，麦芽长到麦粒长度的2/3左右。在这期间，芽内的糖化酶形成并充满活力。这时生成的麦芽叫绿麦芽。 〔烘干〕???? 用热风将绿麦芽烘干，使其停止生长，产生出啤酒所需的色素。然后用除根机去掉麦芽根部，放到筒仓里储藏起来。麦芽分淡色啤酒用的淡色麦芽和做黑啤酒、stout啤酒用的浓色麦芽。这主要通过调节烘干温度和时间制成。 啤酒发酵工艺 酿造工序 啤酒发酵工艺 酿造工序 〔装料〕???? 先将麦芽粉碎，再加入大米等辅料和温水搅拌，加热到适当温度。由于麦芽里的梅的作用，麦芽和辅料中的淀粉被糖化变成麦芽糖。麦芽里的蛋白质也被分解，糖化醪液就作成了。将其过滤后得到的澄清的麦汁（糖汁）灌到煮沸锅内。再加入啤酒花，一起煮沸，让啤酒花特有的清香和苦味融入麦汁里。根据啤酒种类的不同，装料时所用的温度和时间也不同。这一切操作都由计算机控制完成。做好的热麦汁在完全无菌的状态下被送入发酵室进行冷却（一般冷却到5～6℃）。 啤酒发酵工艺 酿