第六章 发酵工程设备

第六章发酵生产设备现代发酵技术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，以及搅拌器等现代发酵技术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。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。现代发酵技术发酵罐系统（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、控制仪表现代发酵技术发酵罐的种类通风搅拌罐。气提式发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐。现代发酵技术典型发酵设备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、利用和处理设备现代发酵技术密闭厌氧发酵罐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。现代发酵技术它的容积常大于50m3，罐的上、下部都是锥形的。上部有物料口，冷却水口，CO2和气体出口、人孔和压力表开口等。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。现代发酵技术发酵的冷却装置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，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。现代发酵技术水力喷射装置是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成两头喷水管弯有一定的弧度喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔喷水管安装时呈水平喷水管借活接头和固定供水管相连接它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速度而形成的反作用力，使喷水管自动旋转。现代发酵技术高压强的水力喷射洗涤装置它是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐的中央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀地钻有4-6mm的小孔，孔与水平呈20度角，水平喷水管借活接头，上端和供水总管，下端相垂直分配管相连接，洗涤水压为0.6-0.8MPa。水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，使其以每分钟48—56转自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底。约5min时间即可完成洗涤作业。洗涤水若用废热水，还可提高洗涤效果。现代发酵技术现代发酵技术二、机械搅拌发酵罐机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。现代发酵技术发酵罐的基本条件（1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。（2）发酵罐能承受一定的压力。（3）要保证发酵液必须的溶解氧。（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。（6）搅拌器的轴封应严密，防病量减少泄漏。现代发酵技术1.发酵罐罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头组成，材料一般为钢材。现代发酵技术2、发酵罐罐体的尺寸比例罐的高度与直径之比一般为1.7－4之间。Di=1/3dH0=2DiB=0.1Dha=0.25DS=3DiC=Di现代发酵技术发酵罐现代发酵技术三、发酵罐的结构1、罐体2、搅拌器和挡板3、消泡器4、联轴器及轴承5、变速装置6、空气分布装置7、轴封8、冷却装置现代发酵技术自吸式发酵罐它与通用发酵罐的主要区别是：①有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；②没有通气管。现代发酵技术具有转子和定子的搅拌器的吸气原理：浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘。这时，转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。由于转子的空膛与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过异向叶轮使气液均匀分布甩出。转子的搅拌，又使气液在叶轮周围形成强烈的混合流，空气泡被粉碎，气液充分混合。现代发酵技术现代发酵技术二、发酵辅助设备发酵辅助设备主要包括：无菌空气系统，培养基配制和灭菌系统、发酵车间的管道及阀门等。现代发酵技术冷却设备①喷淋冷却器②套管冷却器③板式换热器④螺旋板换热器现代发酵技术发酵常用的设备摇瓶：装液量，一般取1/10左右；250ml15-25ml500ml30ml750ml80ml现代发酵技术小型高压蒸汽消毒锅现代发酵技术克氏瓶，茄子瓶现代发酵技术超净工作台现代发酵技术卧式旋转摇床现代发酵技术立式旋转摇床现代发酵技术厌氧培养箱现代发酵技术新疆威仕达生物工程有限公司设备局部现代发酵技术发酵常用的设备——发酵罐