通风发酵设备

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Di:di:L:B=20:15:5:4
Di:di:L:B=20:15:5:4
Di:di:L:B:C=20:15:5轴封 安装在旋转轴与设备之间的部件，它的作用是阻止工作介质（液体、 气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏 轴封的作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄露和 污染杂菌。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。 填料函轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓待零 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、波纹等） 的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互巾合，并作 相对转动而达到密封。动环的硬度应比静环大。动环的材料可用 铸铁、硬质合金、高合金钢管等，在有腐蚀介质的条件下可用不 锈钢、或不锈钢表面堆焊硬持合金、陶瓷等。静环最常用浸渍石 墨或填充聚四氟乙烯。
2、多相体系 3、多组分性，培养基营养成分多，代谢产物种类多，细胞内组成成分多，繁杂
一 双膜理论的基本前提
基本前提 （1）在气泡与包围着气泡的液体之间存在着界 面，在界面的气泡一侧存在着一层 气膜，在界面的液体 一侧存在着一层液膜。气膜内的气体分子和液膜中的液体 分子和液膜中的液体分子都处于层流状态，分子间无对流 运动，因此氧的分子只能以扩散方式，即籍浓度差而透过 双膜。另外，气泡内除开气膜以外的气体分子，处于对流 状态，称为气体主流，在空气主流空间的任一点，氧分子 的浓度相同，液体主流中也是如此。 （2）在双膜之间的界面上，氧气的分压强与溶于液体中的 氧的浓度处于 （3）传质过程处于稳定状态，传质途径上各点的氧的浓度 不随时间而变。
1 – 冷却套管 2 – 密封油框 4 – 静环 7 – 动环 5 – 动环 8 – 弹簧
3 – O型密封圈 6 – O型密封圈 9 – 弹簧座
1．在一间歇反应器中进行乳糖溶液的纯菌种培养实验，得到如下实验数据： 乳糖溶液的纯菌种培养实验数据
序号 1 2 3 4 5
⊿t(h) 0.52 0.38 0.32 0.37 0.36
S(g/l) 158 124 114 94 25
X(g/l) 15.8-22.8 22.8-29.2 29.2-37.8 37.8-48.5 48.5-59.6
二 通气发酵罐中溶氧速率与通气、搅拌的关系
式中 NV----体积溶氧速率（千摩/米3· 小时） kLa---是以C*---C 为推动力的体积溶氧系数（1/小时） NV----是每立方米液体中每小时的溶氧量，是实际可以测量的，据此可 算出kLa。 kLa---的单位虽然是（1/小时），但它是根据单位液体体积的溶氧速率 NV计算出 来的，故称为体积溶氧系数。
（1）
（3） （4） （5）
（2）
（6） （7）
（8）
以碳源消耗建立维持方程
1、碳源消耗的三个方面：菌体生长；维持生存；生成代谢产物 -S=(-S)G+(-S)m+(-S)P （1）
2、基质消耗方程
-dS/dt=(- dS/dt)G+(- dS/dt)P +(- dS/dt)m （2）
-dS/dt=(- dS/dx*dx/dt)G+(- dS/dp*dp/dt) Yx/s_——生物量对基质的得率， 生成菌体的量/消耗基质的量=dX/-dS, g/mol Yx/smax——得率最大值 ms——维持系数，维持消耗量/菌体总量 ——比生长速率,-dX/(dt*X) -dS/dt=1/ Yx/smax *dx/dt+1/ Yp/smax *dp/dt +ms*X （4）
式中 D—罐的直径（mm） Z—挡板数 W—挡板宽度（mm） 竖立的列管，排管，也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设 挡板。（但冷却管为盘管时，则应设挡板。）挡板的长度自液面起到罐底为止。挡板 与罐壁之间的距离为（1/5~1/9）W，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。
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对端面轴封构件的要求： 1、动环和静环：磨擦副设计应使密封在给定的条件下，工作负荷最轻， 密封的效果最好，使用寿命最长。 2、弹簧加荷装置：弹簧加荷装置的作用是产生压紧力，使动静环端面 压紧接触，保证密封。 3、辅助密封元件：辅助密封元件有动环及静环密封圈，用来密封动环 与轴及静环与静环座之间的缝隙。
式中Ｃ进，Ｃ＊为常量：Ｃ出可用氧气分析仪自排出气体测得，Ｃ为培养液 中的溶氧浓度用溶氧电极测得。
三 测量体积溶氧系数的方法 （一）亚硫酸盐氧化法 用铜离子作为催化剂，溶解在水中的氧能立即氧化其中的亚硫酸根离子， 使之成为硫酸根离子，其氧化反应的速度在较大的范围内与亚硫酸根 离子的浓度无关。实际上是氧分子一经溶入液相，立即就被还原掉
1. 厌气生物反应器 2. 通气生物反应器 3. 光照生物反应器 4. 膜生物反应器
生物反应器设计所应考虑的因素： 1、反应器要求的传动，传质、传热性能 2、生物反应的特殊要求
一、细胞反应的元素平衡方程
CHmOl+aNH3+bO2YbCHpOnNq+YpCHrOsNt+cH2O+dCO2
1=Yb+Yp+d a=qYb+tYp l+2b=nYb+sYp+c+2d m+3a=gYb+rYp+2c 二、碳源的衡算 维持方程 1/Yx/s=1/ Yx/smax + ms / /Yxs=qs= / Yx/smax + ms qs——合成单位生物量的基质消耗速率 /Yx/s= qs = / Yx/smax + qp / Yp/smax + ms qp——单位生物量的产物生成率
机械轴封与填料函轴封相比优点是: 一. 密封可靠,在一个较长的使用期中不会泄漏或很少泄漏。 清洁，无死角，可以防止杂菌污染。 二. 使用寿命长,正确选择摩擦副和比压的机械密封可使用 ２～５年，最长有用到９年。 三. 维修周期长，在正常工作的情况下，不需要维修。 四. 轴或轴套不受磨损。 五. 摩擦功率耗损少，一般约为填料函密封的１０～５０％ 六. 机械轴封对轴的精度和光洁度没有填料函要求那么严格， 对旋转轴的振摆和轴对壳体孔的偏斜不敏感，对轴的震动 敏感性小。 七. 适用范围广，能用于低温、高温、高真空、高压、各种 转速以及各种腐蚀性、磨蚀性、易燃、易爆、有毒介质的 密封。 八. 其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和安装技术。
机械轴封有哪三个密封点，及这三个密封点的密封原理
1动环与静环之间的密封：是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在
相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使 两个光洁、平直的端面紧密贴合；端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封
的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作
罐体
由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对 于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里用的不锈 钢板厚为2~3毫米。为了满足工业要求，在一定压力下操作、空 消或实消，罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2 （绝对压力）。 受内压时壁厚：
1 =
pD 230[]-P
P
+(- dS/dt) m*x/x （3）
一、细胞生长动力学描述方法
1、定义 绝对速度： rX=dX/dt，细胞生长 ry=ds/dt ，基质 ro=do/dt，氧耗 rp=dp/dt，产物
2、细胞生长的动力学模型的难点分析
比速率：反应细胞活力大小
=rX/X
qS=rs/X qp=rp/X
1、细胞生长、繁殖的过程极为复杂，既有细胞内反应又有细胞外的反应，也有胞内与胞外的物质交换。
剩余的Na2SO3与过量的碘作用：
再用标定的Na2S2O3滴定剩余的碘:
四 传氧效率 克服阻力及Kla关系式 一般认为，在通风发酵 中，微生物利用是空气气泡中的氧可分成两个阶段，要克 服一系列传递阻力，供氧阻力，耗氧阻力。 Kla与操作变数的关系为：
提高kLa的途径 1）增加搅拌器转速N，以提高Pg，可以有 效地提高kLa。 2）加大通气量Q，以提高vs。在低通气量时，提高Q可以显 著增大 kLa。但 当通气量已经很高时，进一步提高 Q， Pg也将随之剧烈降低，其综合效果将不会使 kLa增加，甚 而可能下降。只有在增大Q的同时也相应提高N，使Pg不 至过分降低的情况下，才能最有效地提高 kLa。 3）为了提高NV，除了提高 kLa之外，提高C*也是可行的 方法之一。在空气中通入纯氧，或在可能时提高罐内操作 压力，均可使C*增高，从而提高了氧传递的推动力。
+
C
mm
受外压时壁厚：
3 =
pD
2400
{1+[1+H/p(D+H)]1/2}
mm
搅拌器和挡板 搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种，其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅 拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆 装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4~6块即可满足全挡板条件。所谓“全挡板条件” 是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足 下式要求：
第二章 通风发酵设备
第一节 机械搅拌通风发酵罐 第二节 气升式发酵罐 第三节 自吸式发酵罐 第四节 固体通风发酵设备
第一节
机械搅拌通风发酵罐
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。 发酵罐的基本条件 （1）发酵罐应具有适宜的径高比，约为2.5~4。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。