微生物工程 05 发酵设备.pptVIP

发酵的一般流程 第一节 发酵设备概述 一、基本概念 发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。 广义的发酵罐是指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。工业发酵中一般指进行微生物深层培养的设备。 二、发展过程 1）1900年以前，木制容器造酒。 2）1900-1940，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机械搅拌开始应用。 3）1940-1960，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一系列技术开始应用，计算机用于发酵控制，产物分离纯化商业化。 4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150 m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用。 5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 三、发酵设备的类型 第二节 通风发酵设备 通风发酵罐——又称好气性发酵罐，需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。通入发酵液中的气泡越小，气泡与液体的接触面积就越大，液体中的氧的溶解速率也越快。 类型包括：机械搅拌式、自吸式、气升式、伍式、文氏罐等类型的发酵罐。 一、机械搅拌发酵罐 1、发酵罐的基本条件 机械搅拌发酵罐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、发酵所需的氧气。又称通用式发酵罐。 发酵罐是一种圆柱形的容器，容量从几升到几百万升不等。 发酵罐应用广泛：可用于味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸等的生产。 发酵罐上面连接有通气、搅拌、接种、加料、冷却、pH检测等装置。 通用式发酵罐的主要部件 罐体 搅拌器 挡板 轴封 空气分布管 消泡器 3、发酵罐的结构 （1）罐体： 由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成。 材料为碳钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。 （2）搅拌器： 作用：使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使氧溶解于发酵液中。 径向式搅拌器 ——优点：气体分散能力强； ——缺点：功耗较大,作用范围小。 轴向式搅拌器 ——优点：轴向混合性能较好，功耗低，作用范围大； ——缺点：对气体的控制能力弱。 （3）挡板 挡板的作用： ——改变液流的方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 ——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。 竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。 挡板与罐壁之间的距离：(1/5-1/8)D，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。 （4）消泡器： 发酵液中含有蛋白质等发泡物质，通气搅拌是会产生气泡，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，增加杂菌污染的机会。 消泡方法：化学法——天然油脂、聚醚类、高级醇类等。物理法——机械消泡装置，常用耙式消泡器。 消泡器的作用：将泡沫打破。 消泡器位于液面上10 cm，长度约为0.65 D。 （5）联轴器及轴承： 用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的刚性联接。 为了减少震动，中型发酵罐装有底轴承，大型发酵罐装有中间轴承。 （7）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：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。 形式：填料函和端面轴封两种。目前多用端面式轴封。 （8）变速装置 二、气升式发酵罐 气升式发酵罐也是应用最广泛的生物反应设备。 特点：结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低等。 类型：气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。 自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。 与通用发酵罐的区别：有一个特殊的搅拌器，没有通气管。 缺点：罐为负压，易染菌；转速较大，会打碎丝状菌。 自吸式发酵罐的充气原理： 搅拌器由罐底向上伸入的主轴带动。 搅拌器是一个空心叶轮，旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。 第三节 厌气发酵设备 酒精发酵罐 啤酒发酵罐 满足酒精发酵的工艺要求: ——满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件。 ——将发酵产生的热量及时移走。 有利于发酵液的排出，设备的清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 1、罐型 酒精发酵罐筒体为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 罐顶装有废汽回收管，进料管，按种管，压力表、各种测量仪表接口管及供观察清洗和检修罐体内部的人孔等。 罐底装有排料口和排污口，罐身上下装有取样口和温度计接口。 对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，在近罐底装有人孔。