發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與放大.ppt

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1、第九章發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與放大發(fā)酵罐：微生物深層培養(yǎng)的生物反應(yīng)器規(guī)模：實(shí)驗(yàn)室5-100L;中試：50-10000L；工廠>5000L發(fā)酵罐的作用①使物料混合均勻；②使氣體在液相中很好分散；③使固體顆粒在液相中均勻懸浮；④使不均勻的另一液相均勻懸浮或充分乳化；⑤強(qiáng)化相間的傳質(zhì)⑥強(qiáng)化傳熱對(duì)于均勻相反應(yīng)主要是①、⑥兩點(diǎn)，目前已廣泛地用于制藥、味精、酶制、食品行業(yè)等。發(fā)酵罐的組成主要包括釜體、攪拌裝置、傳熱裝置、軸封裝置。還根據(jù)需要加其他的附件，如各種接管(為了便于檢修內(nèi)件及加料、排料)，安裝溫度計(jì)、壓力表、視鏡、安全泄放裝

2、置(為了操作過程中有效地監(jiān)視和控制物料的溫度、壓力)等。釜體是由筒體和兩個(gè)封頭組成。作用：為物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)提供一定的空間。攪拌裝置是由傳動(dòng)裝置、攪拌軸和攪拌器組成，作用：參加反應(yīng)的各種物料均勻混合，使物料很好地接觸而加速化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。傳熱裝置是在釜體內(nèi)部設(shè)置蛇管或在釜體外部設(shè)置夾套，它的作用是使控制物料溫度在反應(yīng)所需要范圍之內(nèi)。軸封裝置為攪拌罐和攪拌軸間的密封，以防止反應(yīng)物料的逸出和雜物的滲入。通常采用填料密封或機(jī)械密封。發(fā)酵罐的特點(diǎn)必須具備足夠的強(qiáng)度、密封性、耐蝕性及穩(wěn)定性。發(fā)酵罐的工作要求清潔衛(wèi)生；反應(yīng)

3、過程能保持恒定的溫度，以利于發(fā)酵菌很好地進(jìn)行發(fā)酵；攪拌器使物料混合均勻、加快反應(yīng)速度、縮短發(fā)酵周期、強(qiáng)化傳熱；將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走，保證反應(yīng)正常進(jìn)行。發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)依據(jù)發(fā)酵罐的容積、最大工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)及腐蝕情況、傳熱面積、攪拌形式、轉(zhuǎn)速及功率、配裝那些管口等工藝要求。發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照《鋼制壓力容器》的規(guī)定選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收；同時(shí)力求經(jīng)濟(jì)、合理，從選材、制造各環(huán)節(jié)來省材。本章內(nèi)容發(fā)酵罐的分類通用式發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與放大發(fā)酵罐電機(jī)的選配一、發(fā)酵罐的分類1按微生物生長(zhǎng)代謝需要分

4、類好氧和厭氧兩大類?？股?、酶制劑、酵母、氨基酸、維生素等產(chǎn)品是好氧發(fā)酵罐中進(jìn)行的；丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸采用厭氧發(fā)酵罐。差別：對(duì)無菌空氣的需求不同，前者需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的體積氧傳遞系數(shù)KLα，后者則不需要通氣。2.按照發(fā)酵設(shè)備特點(diǎn)分類機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐和非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐。前者包括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵罐、文氏管發(fā)酵罐、以及非循環(huán)式的通風(fēng)發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐。后者包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐以及非循環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。特點(diǎn)：采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分

5、混合，從而滿足微生物生長(zhǎng)和產(chǎn)物形成對(duì)氧的需求。3.按容積分類一般認(rèn)為，500L以下的實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐，500～5000L是中試發(fā)酵罐，5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。4.按微生物生長(zhǎng)環(huán)境分類發(fā)酵罐內(nèi)存在兩種系統(tǒng)，即懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)和支持生長(zhǎng)系統(tǒng)。一般說來，大多數(shù)發(fā)酵罐都有這兩種系統(tǒng)。懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)中的微生物細(xì)胞是浸泡在培養(yǎng)液中且伴隨著培養(yǎng)液一起流動(dòng)；在支持生長(zhǎng)系統(tǒng)中，微生物細(xì)胞生長(zhǎng)在與培養(yǎng)液接觸的界面形成一層薄膜，然而實(shí)際上懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)的容器內(nèi)壁上和上部的罐壁上也會(huì)生長(zhǎng)著一層菌體膜，在支持生長(zhǎng)系統(tǒng)中也有菌體分散在培養(yǎng)液

6、之中。5.按操作方式分類分為分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵，不是所有的發(fā)酵罐可以同時(shí)適用于這兩種發(fā)酵系統(tǒng)。分批發(fā)酵時(shí)，發(fā)酵工藝條件隨營(yíng)養(yǎng)液的消耗和產(chǎn)物的形成而變化。每批發(fā)酵結(jié)束，要放罐清洗和重新滅菌，再開始新一輪的發(fā)酵。分批發(fā)酵系統(tǒng)是非穩(wěn)定態(tài)的過程。分批發(fā)罐的主要優(yōu)點(diǎn)是污染雜菌的比例小，操作靈活性強(qiáng)，可用來進(jìn)行幾種不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是發(fā)酵罐的非生產(chǎn)停留時(shí)間所占比重大，非穩(wěn)態(tài)工藝過程的設(shè)計(jì)和操作困難。連續(xù)發(fā)酵的主要的優(yōu)點(diǎn)是可連續(xù)運(yùn)行幾個(gè)月的時(shí)間，非生產(chǎn)時(shí)間很短；缺點(diǎn)是容易染菌，它適用于不易染菌的產(chǎn)品如丙酮、丁醇、酒精、啤

7、酒發(fā)酵等。6.其他類型超濾發(fā)酵罐已開始在未來發(fā)酵中嶄露頭角。在進(jìn)行時(shí)，成熟的發(fā)酵液通過一個(gè)超濾膜使產(chǎn)物能透過膜進(jìn)行提取，酶可以通過管道返回發(fā)酵罐繼續(xù)發(fā)酵，新鮮的底物可以源源不斷地加入罐內(nèi)。常見的發(fā)酵罐類型通用式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐伍式發(fā)酵罐文氏管發(fā)酵罐固定化式發(fā)酵罐管道式發(fā)酵罐1.1自吸式發(fā)酵罐特點(diǎn)：不需其他氣源提供壓縮空氣，攪拌器帶有中央吸氣口。攪拌過程中自吸入過濾空氣，適用于需氧低的發(fā)酵。與通用發(fā)酵罐的主要區(qū)別①有一個(gè)特殊的攪拌器，攪拌器由轉(zhuǎn)子和定子組成；②沒有通氣管。設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化，降低

8、勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)力；節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐、總過濾器等設(shè)備，減少廠房占地面積。減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約30％左右，酵母發(fā)酵周期短，發(fā)酵液中酵母濃度高，分離酵母后的廢液量少。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溶氧效果高，能保證發(fā)酵所需的空氣，并能使氣液分離細(xì)小，均勻地接觸，吸入空氣中70-80%的氧被利用。操作方便。耗電量小采用不同型式、容積的自吸式發(fā)酵罐生產(chǎn)葡萄糖酸鈣