通风发酵设备
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第十章 通风发酵的设备
第二节
通气与搅拌
一、搅拌器的型式及流型 1. 型式
机械搅拌器大致可分为：轴向推进、径向推进
（1） 螺旋桨式搅拌器
（2）圆盘平直叶涡轮搅拌器
（3）圆盘弯叶涡轮搅拌器
（4）圆盘箭叶涡轮搅拌器
2. 流型
（1）罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型
（2）涡轮式搅拌器的流型
（3）装有套筒时的搅拌器搅拌流型
（9）发酵罐的换热装臵
①夹套式换热装臵
优点
结构简单； 加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行 清洁灭菌工作，有利于发酵。
缺点
传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。
②竖式蛇管换热装臵
优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。
适用于冷却用水温度较低的地区 气温高的地区，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却 。
E
A. 几种电解质的混合溶液
氧的溶解度根据溶液的离子强度计算：
lg CW hi I i *
*
C
e
i
hi：第I种离子的常数（m3/kmol） Ii：第I种离子的离子强度（kmol/m3）
B. 非电解质溶液
C lg C
*
*
W * n
K CN
C ：氧在在非电解质溶液中的溶解度（mol/m3）
③使菌体分散，同时减少菌体表面液膜的厚度，有
利于氧的传递；
④使发酵液产生湍流，降低气/液接触界面的液膜厚 度，减小氧传递过程的阻力，增大KLa值。
带有机械搅拌的通风发酵罐其搅拌器与氧传递
速率常数KLa的关系
Pg K L a k V
0.95
Vs0.65
第六章-通风发酵设备-第二节搅拌器轴功率的计算
P0/( N 3D 5) =K [(ND2) / ] m
Np= K ReM m
圆盘六平直叶涡轮 Np＝0.6 圆盘六弯叶涡轮 Np≡4.7 圆盘六剪叶涡轮 Np≡3.7
（二）多只涡轮在不通气条件 下输入搅拌液体的功率计算
在相同的转速下，多只涡轮比单只涡轮输出更 多的功率，其增加程度除叶轮的个数之外，还 决定于涡轮间的距离。
Pn＝nP0
（三）通气情况下的搅拌功率 Pg的计算
同一搅拌器在相等的转速下输入通气液 体的功率比不通气流体的为低。
可能的原因是由于通气使液体的重度降 低导致搅拌功率的降低。
功率下降的程度与通气量及液体翻动量 等因素有关，主要地决定于涡轮周围气 流接触的状况。
通气准数：
Na＝Q/ND3来关联功率的下降程度 Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Q——通气量 m3/min
生物工程设备
第六章 通风发酵设备
第二节 搅拌器轴功率的计算
一、搅拌器轴功率的计算 轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率，
是指搅拌器以既定的速度运转时，用以 克服介质的阻力所需的功率。它包括机 械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不 是电动机的轴功率或耗用功率。
（一）搅拌功率计算的基本方 程式
单只涡轮在不通气条件下输送搅拌液体 的功率计算，
牛顿型流体：粘度μ只是温度的函数，与 流动状态无关。服从牛顿粘性定律。
非牛顿流体：粘度μ不仅是温度的函数， 随流动状态而变化。
（一）非牛顿型发酵醪的流变 等特性
牛顿型流体的流态式为直线，服从牛顿特性定 律：
=dw/dr
所有气体以及大多数低分子量的液体都属于牛 顿型流体，（2）彬汉塑型性流体
Np= K ReM m
圆盘六平直叶涡轮 Np＝0.6 圆盘六弯叶涡轮 Np≡4.7 圆盘六剪叶涡轮 Np≡3.7
（二）多只涡轮在不通气条件 下输入搅拌液体的功率计算
在相同的转速下，多只涡轮比单只涡轮输出更 多的功率，其增加程度除叶轮的个数之外，还 决定于涡轮间的距离。
Pn＝nP0
（三）通气情况下的搅拌功率 Pg的计算
同一搅拌器在相等的转速下输入通气液 体的功率比不通气流体的为低。
可能的原因是由于通气使液体的重度降 低导致搅拌功率的降低。
功率下降的程度与通气量及液体翻动量 等因素有关，主要地决定于涡轮周围气 流接触的状况。
通气准数：
Na＝Q/ND3来关联功率的下降程度 Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Na＜0.035 Pg/P0＝1～12.6Na Q——通气量 m3/min
生物工程设备
第六章 通风发酵设备
第二节 搅拌器轴功率的计算
一、搅拌器轴功率的计算 轴功率：搅拌器输入搅拌液体的功率，
是指搅拌器以既定的速度运转时，用以 克服介质的阻力所需的功率。它包括机 械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不 是电动机的轴功率或耗用功率。
（一）搅拌功率计算的基本方 程式
单只涡轮在不通气条件下输送搅拌液体 的功率计算，
牛顿型流体：粘度μ只是温度的函数，与 流动状态无关。服从牛顿粘性定律。
非牛顿流体：粘度μ不仅是温度的函数， 随流动状态而变化。
（一）非牛顿型发酵醪的流变 等特性
牛顿型流体的流态式为直线，服从牛顿特性定 律：
=dw/dr
所有气体以及大多数低分子量的液体都属于牛 顿型流体，（2）彬汉塑型性流体
第二章 通风发酵设备
（3） 挡板 挡板的作用：
a. 改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增 加溶解氧。 b. 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。 挡板宽度：（0.1～0.12）D，装设4～6块即可满足全挡板条件。 挡板与罐壁之间的间隙：（1/8～1/5）D，避免形成死角，防止物料与菌 体堆积。
全挡板条件：条件是达到消除液面旋涡的最低条件（在搅拌发酵罐中增 加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失）。 （2-3）
(4) 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：防止泄漏和污染杂菌。
形式：填料函和端面轴封两种。
填料函式轴封是由填料箱体、填料底 衬套、填料压盖和压紧螺栓等零件构成， 使旋转轴达到密封的效果。 端面式轴封又称机械轴封。密封作用 是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力 使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密 的相互贴合，并作相对转动而达到密封。
(2)机械搅拌通气发酵罐的溶氧系数
对通气发酵系统的氧溶解过程通常用溶氧系数（kLa）表示，有多种经验公式。
'
Pg ' k L a K ' vs VL
Pg V 或 k L a K '' G VL VL
B、竖式蛇管换热装置
① 结构及形式，以蛇管的形式分组安装于发酵罐内，有四组、六组或 八组不等，根据管的直径大小而定，容积5 m3以上的发酵罐多用这种换 热装置。 ② 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。适用于冷却用水温度 较低的地区，水的用量较少。
0.4
vs 0.5n0.5
通风发酵设备的认知与操作—机械搅拌通风发酵罐
由于这种空气分布装置的空气分布效果在 强烈机械搅拌的条件下，对氧的传递效果并不 比单孔管好，相反的还会造成不必要的压力损 失，同时由于喷孔容易被物料堵塞，已很少采 用。
联轴器和轴承 常用的联轴器
联轴器和轴承：
联轴器的作用是将两个独 立的轴牢固地联在一起，以进 行传递运动和功率。大型发酵 罐搅拌轴较长，常分为二至三 段，用联轴器使上下搅拌轴成 牢固的联接。联轴器随联接的 不同要求而有各种不同的结构， 基本上分为刚性联轴器和弹性 联轴器两类。
竖式蛇管换热装置的优点：
冷却水在管内的流速大；传热系数高，在1200～ 4000kJ／(m2·h·℃)；水的用量较少，适用于冷却用水 温度较低的地区。其缺点是：在冷却用水温度较高的地 区，发酵时降温困难，发酵温度经常超过40℃，影响 发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了 设备投资及生产成本；与其他换热装置相比，蛇管的弯 曲位置更容易蚀穿。
(W )Z (0.1 ~ 0.12)D Z 0.5
D
D
式中D——罐的直径，mm；Z——挡板数；W——挡板宽度，mm。
挡板安装要求：
挡板的数量及安装方式都不是随意的，它们都会 影响流型和动力消耗。
发酵罐内挡板沿罐壁周向均匀分布地直立安装。 在低黏度液体时挡板可紧贴近罐壁上，且与液体环 向流成直角。
国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流 向型搅拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率 下降，发酵指数也提高了近15％。
空气分布器作用 空气分布器形式结构
环形空气分布管
空气分布器：
作用：
空气分布装置的作用是吹入空气，并使空气均匀分 布，通过改变气泡的大小，从而改变气泡的比表面积。
形式结构：
另一类置于罐外，目的是从排气中分离已溢出的 泡沫使之破碎后将液体部分返回罐内，如半封闭式涡 轮消泡器。
联轴器和轴承 常用的联轴器
联轴器和轴承：
联轴器的作用是将两个独 立的轴牢固地联在一起，以进 行传递运动和功率。大型发酵 罐搅拌轴较长，常分为二至三 段，用联轴器使上下搅拌轴成 牢固的联接。联轴器随联接的 不同要求而有各种不同的结构， 基本上分为刚性联轴器和弹性 联轴器两类。
竖式蛇管换热装置的优点：
冷却水在管内的流速大；传热系数高，在1200～ 4000kJ／(m2·h·℃)；水的用量较少，适用于冷却用水 温度较低的地区。其缺点是：在冷却用水温度较高的地 区，发酵时降温困难，发酵温度经常超过40℃，影响 发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了 设备投资及生产成本；与其他换热装置相比，蛇管的弯 曲位置更容易蚀穿。
(W )Z (0.1 ~ 0.12)D Z 0.5
D
D
式中D——罐的直径，mm；Z——挡板数；W——挡板宽度，mm。
挡板安装要求：
挡板的数量及安装方式都不是随意的，它们都会 影响流型和动力消耗。
发酵罐内挡板沿罐壁周向均匀分布地直立安装。 在低黏度液体时挡板可紧贴近罐壁上，且与液体环 向流成直角。
国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流 向型搅拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率 下降，发酵指数也提高了近15％。
空气分布器作用 空气分布器形式结构
环形空气分布管
空气分布器：
作用：
空气分布装置的作用是吹入空气，并使空气均匀分 布，通过改变气泡的大小，从而改变气泡的比表面积。
形式结构：
另一类置于罐外，目的是从排气中分离已溢出的 泡沫使之破碎后将液体部分返回罐内，如半封闭式涡 轮消泡器。
通风发酵
第六章反应器的流动模型与放大
在前边讨论的CSTR和CPFR时，引入了全混流和活塞流概念，并称其
为理想流动模型，在实际生产的反应器流动都不符合上述这两种流动模 型，我们称非流动模型，它介于这两种理想流动模型之间。
在前边讨论，知道反应程度与反应时间有关，反应时间越长，反应
越彻底（转化率越高），反之越低。 在间歇操作反应器中由于物料同时放入，反应后同时放出，所以不存
P n V
g 0.5 s
0.4
0.5
kd=
Pg 2.36 3.30 Ni V
0.56
molO2 s0.7 n0.7 109 mL .min. 大气压（ p)
pg------千瓦；V------m3； vs------截面气速cm/min； n-----转数/分 有kLa与kd换算式可得出kLa的算式
P nD P 0.32 Q
2 3 o g 0.08
0.39
若：发酵罐搅拌器直径D=1.3m，搅拌转速n=80转 数/分，通风量27m3/分，采用涡轮用两档搅拌。 不通风时搅拌功率;
P 2 4.63N n D 10
3 5 2 P
9
P2=2×4.63×4.7×803×1.35×1060 ×10-9 =87.7（KW）
V N molO N 1000 m t 4 ml min
2 V
C
2、）物料衡算法 VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=Px
x 1 N k a Pk a p H H x k 定义： k a H
• p=H C* p*= H C
发酵机械与设备简介
二、连续酒精发酵设备
通过在发酵罐内连续加入培养液和取出发酵液，可使发 酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，同时降低代谢产 物的积累，培养液浓度和代谢产品含量相对稳定，微生物 在整个发酵过程中即可始终维持在稳定状态，细胞处于均 质状态，这即为连续发酵技术。
第三节 通风发酵设备
通风发酵设备是好氧发酵使用的发酵反应器，主要包 括酵母发酵罐、单细胞蛋白发酵罐、氨基酸发酵罐、酶制 剂发酵罐、抗生素发酵罐等。
固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水 下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。 液体发酵法是借助于液体介质来完成面团的发酵，即先将酵母置 于液体介质中，在液体中经几个小时的繁殖，制成发酵液，然后 用发酵液与其他原辅料搅拌成面团。
2.根据微生物类型：分为嫌气和好气两大类。 3.根据发酵过程使用的生物体：分为微生物反应器、酶反应 器和细胞反应器。
自吸式发酵罐
转子在启动前，需要先用液体将其浸没，在电机 驱动其高速旋转时，液体因离心力而被甩向叶轮边 缘，并在转子中心处形成负压。在负压作用下，空 气自动从转子中心处被吸入，通过导向叶轮内腔甩 出，而液体因转子外阔叶片被吸入并均匀甩出，在 转子外圆处被剪切成细微的气泡并与循环的发酵液 相遇，在湍流状态下混合、翻腾、扩散，在搅拌的 同时完成了充气。
发酵机械与设备简介
第一节 发酵设备的类型和基本构成
一、发酵设备的基本要求 发酵设备的功能是按照发酵过程的要求，保证和控制各种 发酵条件，主要是适宜微生物生长和形成产物的条件，促进 生物体的新陈代谢，使之在低消耗下（包括原料消耗、能量 消耗、人工消耗）获得较高的产量。
二、发酵设备的分类
1.根据发酵用培养基：固体发酵设备及液体发酵设备。
第六章 通风发酵设备 第三节通气发酵罐中溶氧速率与通气搅拌的关系
搅拌器对Kla值的影响
对Kla值有影响的：搅拌器的形式，直径 大小，转速，组数，搅拌器间距以及在 缸内相对位置。
增大搅拌器直径D对增加搅拌循环量有利， 增大转速对提高溶氧系数有利。一般说 要求一定的搅拌翻动量，使混合均匀， 又要求一定的转速，使得发酵液有一定 的液体速度压头，以提高溶氧水平。要 根据具体情况决定N和D.
硫酸盐氧化法的具体条件下：规定
0.2124mmol/L
所以：Nr＝KlaC*
Kla＝Nr/0.21＝4.8X103 Nr1/hr
3. 体积溶氧系数的其他表达形 式
Kla---以浓度差为推动力的体积溶氧系数 1/hr
Kd----以总压力差为传氧推动力的体积溶 氧系数 mol/mlminatm
Kr----以压力差为传氧推动力的体积溶氧 系数 kmol/m3hr&atm， mmol/Lhratm
C
NA
1 KG
1 Kg
H
Kl
1 Kl
1 HKg
1 Kl
对于易溶于水的气体，H很小。（1）式 中的H/Kl可忽略，KG=Kg
对难溶气体，好氧溶于水，H很大。 1/HKg趋向零，KL=kl
此溶解过程液膜阻力是主要因素。所以 对于氧溶解：
NA=Kl(C*-C)
C*-C是可以测量的，但其中NA是单位面积的 传氧量由于界面积不能测量，NA也不能计算。
NA=Kla(C*-C)=Qo2M Qo2------菌体呼吸强度 kmol/Kghr M―培养液中菌体浓度 m3/kg
二、体积溶氧系数Kla的测定
溶氧系数的测定方法很多： 亚硫酸钠氧化法， 取样法 排气法。 使用了各种试验仪器和方法，如滴汞电
极以及极谱仪，还要用静止、颤动铂电 极，具有转筛的银汞齐电极等， 亚硫酸盐氧化法及溶氧电极法的原理。
发酵工程设备
（3 ）挡板
• 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为 轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。
• 通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设6~4块即可 满足全挡板条件
• 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附 件而轴功率仍保持不变，但漩涡消失。要达到 全挡板条件必须满足下式要求：
（4） 消泡器 • 消泡器的作用是将泡沫打破。
严格，对轴的震动敏感性小。
• 端面式轴封的缺点：
– 结构比填料密封复杂，装拆不便；
– 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
（8）空气分散装置
也称为空气分布器，有单管式和环形 管式。单管式结构简单又实用，管口正对 罐底中央，与罐底距离约为40mm，为防空 气冲击，在罐底中央衬上不锈钢园板，可 延长罐底寿命。
7.2 通风发酵罐的设计与放大
7.2.1 通用式发酵罐的尺寸比例
发酵罐的尺寸要满足适当的比例，其高度与直径 之比一般为1.7～4倍左右。通常发酵罐带两组搅 拌器，其间距约为搅拌器直径的三倍，对于大型 发酵罐以及液体深度较高的，可安装三组或三组 以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出 口较接近为好，与罐底的距离C一般等于搅拌器 直径Di ，但也不宜过小，否则会影响液体的循 环。最常用的发酵罐各部分的比例尺寸如图
• 消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及 孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。
• 消泡器的长度约为罐径的0．65倍。
（5） 联轴器 • 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，
用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。 小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接， 轴的连接应垂直，中心线对正。
• 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备， 主要部件包括：
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消泡器的作用是将泡沫打破。 消泡器的作用是将泡沫打破。 最简单实用的消泡装置为耙式消泡器。 最简单实用的消泡装置为耙式消泡器。消 泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。 泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍 消泡器的长度约为罐径的0.65倍。 0.65
5. 联轴器
1. 罐体
罐体由圆柱体及椭圆形 或碟形封头焊接而成， 或碟形封头焊接而成，小型 发酵罐罐顶和罐身采用法兰 连接，材料一般为不锈钢。 连接，材料一般为不锈钢。
法兰：结构或机械零件上垂直于零件轴线突出的边缘。 法兰：结构或机械零件上垂直于零件轴线突出的边缘。
小型发酵罐： 左右； 小型发酵罐：50 m3左右； 中型发酵罐： 左右； 中型发酵罐：100 m3左右； 大型发酵罐： 左右。 大型发酵罐：500 m3左右。
本章讲述的内容
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 通风固相发酵设备 第三节 其他类型的通风发酵罐
第一节 机械搅拌通风发酵罐
通风发酵罐又称好气性发酵罐， 通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷 氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、 氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等 发酵用的发酵罐。 发酵用的发酵罐。 好气性发酵需要将空气不断通入发酵 液中，以供微生物所消耗的氧。 液中，以供微生物所消耗的氧。
图 一般生物反应器的结构
2. 搅拌器
(1) 使通入的空气分散成气泡并与发酵液充 分混合。 分混合。 使气泡细碎以增大气-液界面， (2) 使气泡细碎以增大气-液界面，以获得所 需要的溶氧速率。 需要的溶氧速率。 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中， (3) 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以 维持适当的气固三相的混合与质量传递。 维持适当的气-液-固三相的混合与质量传递。 强化传热过程。 (4) 强化传热过程。
罐的有效容积为罐的实际装料容积， 罐的有效容积为罐的实际装料容积，它等于罐 的总容积V 乘以罐的容积装满系数η 的总容积V总乘以罐的容积装满系数η，即 V有效 ＝ V总·η
式中 η一－装满系数（一般取 一 装满系数（一般取0.65～0.75）。 ～ ）。
（3）罐的公称容积VN 罐的公称容积V
所谓“公称容积” 所谓“公称容积”是指罐 的圆柱部分和底封头容积之和， 的圆柱部分和底封头容积之和， 其值为整数， 其值为整数，一般不计入上封 头的容积， 头的容积，平常所说的多少体 积的发酵罐是指罐的“ 积的发酵罐是指罐的“公称容 积”。
一、机械搅拌发酵罐的基本要求
（4） 发酵罐应具有足够 的冷却面积。 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 少死角，避免藏垢积污， 能彻底，避免染菌。 能彻底，避免染菌。 （6） 具有严密的轴封， 具有严密的轴封， 防止泄漏。 防止泄漏。
二、机械搅拌发酵罐的结构
主要部件包括： 主要部件包括： • 罐身 • 轴封 • 消泡器 • 搅拌器 • 视镜 • 换热装置 • 挡板 • 空气分布管 • 人孔以及管路 • 进出料口
(a)—夹套传热 (b)—列管传热 夹套传热 列管传热
(1) 夹套式换热装置
这种装置多应用于容积 较小的发酵罐、种子罐。 较小的发酵罐、种子罐。 夹套的高度比静止液面 高度稍高即可， 高度稍高即可，无须进行冷 却面积的设计。 却面积的设计。
优点：结构简单， 优点：结构简单，加工 容易，罐内无冷却设备， 容易，罐内无冷却设备，死 角少， 角少，容易进行清洁灭菌工 有利于发酵。 作，有利于发酵。 缺点：传热壁较厚， 缺点：传热壁较厚，冷 却水流速低， 却水流速低，发酵时降温效 果差。 果差。
第二节 通风固相发酵设备
一、自然通风固体曲发酵设备 二、机械通风固体曲发酵设备
一、自然通风固体曲发酵设备 曲室设计要求： 曲室设计要求：
(1) 易于保温、散热、排除湿气以及清洁消毒； 易于保温、散热、排除湿气以及清洁消毒； (2) 曲室四周墙高 ～4 m，不开窗或开有少量 曲室四周墙高3 ， 细窗口，四壁均用夹墙结构，中间填充保温材料； 细窗口，四壁均用夹墙结构，中间填充保温材料； (3) 房顶向两边倾斜，使冷凝的汽水沿顶向两 房顶向两边倾斜， 边下流； 边下流； (4) 为方便散热和排湿气，房顶开有天窗。 为方便散热和排湿气，房顶开有天窗。
发酵生产设备类型
根据菌种生理特性， 根据菌种生理特性，有好氧发酵设备 厌氧发酵设备。 和厌氧发酵设备。 根据发酵培养基性质， 根据发酵培养基性质，有固体发酵设 液体发酵设备。 备和液体发酵设备。 根据工艺操作， 分批式发酵设备和 根据工艺操作，有分批式发酵设备和 连续式发酵设备。 连续式发酵设备。
/d/f2/1/f2125.htm
三、机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积 1. 几何尺寸
H／D ＝ 1.7～4.0 ／ ～ H0／D ＝ 2.0～3.0 ～ Di／D ＝ 0.3～0.5 ～ C／Di ＝ 0.8～1.0 ／ ～ B／D ＝ 0.08～0.1 ／ ～ HL／D ＝ 1.4～2.０ ～ ０ S/D ＝ 1或 S/Di ＝３ 或
发酵罐通常装有 几组搅拌器， 几组搅拌器，S=3Di。 C/Di=0.8～ 。 C/Di=0.8～1.0。最 下面一组搅拌器通常 与风管出口较接近为 好。
Di S S
C
搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式） 搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式 轴向式 涡轮式）两种。 （涡轮式）两种。
轴向式搅拌器
桨叶式
螺旋桨式
径向式（涡轮式） 径向式（涡轮式）搅拌器 （Disc turbine化反应器中的平直叶 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？ 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？
通用式机械搅拌生化反应器中的平直叶 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？ 涡轮搅拌器为什么要安一个圆盘呢？
平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘， 平直叶涡轮搅拌器如果没有圆盘，从搅拌器下 方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片 空隙上升，不能被搅拌叶片打碎， 空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表 面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度 面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大， 快，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆 传质效果差。而安一个圆盘， 盘的阻碍，只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆 盘的阻碍，只能从圆盘中央流至其边缘， 盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。 盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。
～0.5 m； ；
4. 废气部分回收循环，以维持与新鲜空气混合 废气部分回收循环， 后CO2浓度在2%～5%为佳。 浓度在 为佳。 为佳
3. 挡板
挡板的作用是防止液面 中央形成漩涡流动，增强其 中央形成漩涡流动， 湍动和溶氧传质。 湍动和溶氧传质。 通常，挡板宽度取(0.1 通常，挡板宽度取(0.1 ～0.2)D，高度自罐底起至设 0.2)D， 计的液面高度为止。装设4 计的液面高度为止。装设4～ 6块即可。 块即可。
4. 消泡器
6. 轴封 (Sterile seal)
为了防止发酵液泄 漏和杂菌污染， 漏和杂菌污染，搅拌器 轴与罐顶或罐底连接处 需要密封，即轴封。 需要密封，即轴封。
7. 发酵罐的换热装置
(1) 夹套式换热装置 (2) 竖式蛇管换热装置 竖式列管(排管) (3) 竖式列管(排管)换 热装置
图 一般生物反应器的结构
第二章 通风发酵设备
四十年代中期， 四十年代中期，青 霉素的工业化生产， 霉素的工业化生产，或 深层通风培养技术的出 现，标志近代通风发酵 工业的开始。 工业的开始。 在深层通风培养技 术中， 术中，发酵罐是关键设 在发酵罐中， 备。在发酵罐中，微生 物在适当的环境中进行 生长、 生长、新陈代谢和形成 发酵产物。 发酵产物。
为了便于清洗， 为了便于清洗，小型发 酵罐顶设有清洗用的手孔。 酵罐顶设有清洗用的手孔。 中大型发酵罐则装设有快开 人孔及清洗用的快开手孔。 人孔及清洗用的快开手孔。 罐顶还装有视镜及灯镜。 罐顶还装有视镜及灯镜。 在罐顶上的接管有： 在罐顶上的接管有： 进料管、补料管、排气管、 进料管、补料管、排气管、 接种管和压力表接管。 接种管和压力表接管。
(2) 竖式蛇管换热装置
这种装置是竖式的蛇 分组安装于发酵罐内， 管，分组安装于发酵罐内， 有四组、 有四组、六组或八组不 等，根据管的直径大小而 容积5 定，容积5 m3以上的发酵 罐多用这种换热装置。 罐多用这种换热装置。
优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。 这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区， 这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水 的用量较少。 的用量较少。 缺点：气温高的地区，冷却用水温度较高，则 缺点：气温高的地区，冷却用水温度较高， 发酵时降温困难，发酵温度经常超过40 40˚C 发酵时降温困难，发酵温度经常超过40 C，影响发 酵产率。因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，这样 酵产率。因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却， 就增加了设备投资及生产成本。此外， 就增加了设备投资及生产成本。此外，弯曲位置比 较容易蚀穿。 较容易蚀穿。
大型发酵罐搅拌 轴较长， 轴较长，常分为二至 三段，用联轴器使上 三段， 下搅拌轴成牢固的刚 性联接。 性联接。
常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。 常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的 发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接， 发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂 中心线对正。 直，中心线对正。
下伸式搅拌轴：大型发酵罐 下伸式搅拌轴： 上悬式搅拌轴： 上悬式搅拌轴：小型发酵罐
种曲室每次使用前要冲洗， 种曲室每次使用前要冲洗，曲盘或竹匾用后洗 净晒干，放入种曲室， 净晒干，放入种曲室，同时将其他种曲工具全部投 入种曲室内，密封门窗， 入种曲室内，密封门窗，采用硫磺或甲醛进行熏蒸 h，达到杀菌目的。 24 h，达到杀菌目的。
二、机械通风固体曲发酵设备
机械通风固体曲发酵设备设计要求： 机械通风固体曲发酵设备设计要求： 1. 曲室多用长方 形水泥池， 形水泥池，宽2 m， ， 深1 m； ； 2. 曲室底部应比 地面高，便于排水； 地面高，便于排水； 3. 发酵固体曲料置于筛板上，料层厚度约 发酵固体曲料置于筛板上，料层厚度约0.3