发酵设备与反应器培训教材
发酵设备与反应器PPT课件
空气分布. 器
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7 消泡装置 ➢ 作用：打碎泡沫，防止逃逸 ➢ 长度：约为罐径的0．65倍。 ➢ 安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵
罐排气系统上，可将泡沫打破或将泡沫破碎 分离成液态和气态两相的装置 ➢ 最简单实用的是耙式消泡器
第八章 发酵设备与反应器
主讲：鲍成满
.
1
生物反应过程示意图
.
2
一 生物反应器概述 二 微生物细胞反应器——发酵罐 三 发酵罐的放大
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3
一 生物反应器概述
❖ 生物反应器：是利用酶或生物体（如微生 物）所具有的生物功能，在体外进行生化 反应的装置系统。
❖ 生物反应器的作用：为生物反应提供一个 体外优化的物理、化学环境，以获到更多 需要地生物量或代谢产物。
➢ 圆筒体锥底立式发酵 罐(简称锥形罐)，已 广泛用于发酵啤酒生 产。
.
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❖ 设备外形特点
➢ 一般置于室外
➢ 罐体圆柱形，罐顶椭圆封头，锥形体底。锥 底角取排出角为73~75˚，对于贮酒罐，常取 锥角为120~150 ˚
➢ 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数
。单酿罐一般是D：H＝1：1~2。对两罐法
❖ 相同搅拌功率下，翻动流体的能力： 箭叶式 > 弯叶 > 平叶
.
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3 挡板 ➢ 作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的
方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧
(W )Z(0.1~0.1)2 DZ0.5
D
D
式中:
D—罐的直径 Z—挡板数 W—挡板宽度
.
17
➢ 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挡板或其它附件而搅 拌功率仍保持不变，漩涡基本消失
发酵与酿造的主要设备技术培训
• 二、固体发酵设备
• 固体发酵历史悠久，长期以来，白酒的
酿造一直采用固体发酵，主要设备有曲 盘、帘子、厚层通风制曲设备等。厚层 通见制曲设备是20世纪50年代发展起来 的，它是在保持固体发酵优点的基础上 加以改进，以适应大规模业生产需要的 一种固体培养方法。
三、机械搅拌通风发酵罐(生物 反应器)
反应过程，它们在设计、制造和操作方面的精 密程度，取决于某一产品的生物化学反应过程 对发酵罐的要求。发酵罐的分类有以下几种：
• 1.按微生物生长代谢需要分类 这种方法将发酵
罐分成好气和厌气两大类。抗生素、酶制剂、 酵母、氨基酸、维生素等产品是好气发酵罐中 进行的；丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸采用 厌气发酵罐。它们的主要差别是由于对无菌空 气的需求不同，前者需要强烈的通风搅拌，目 的是提高氧在发酵液中的体积氧传递系数KLα ，后者则不需要通气。
• 选择粉碎物料的方法，必须根据物料的物理
性质、大小、粉碎的程度等，应特别注意物 料的硬度和破裂性。对坚硬和脆性的物料， 挤压和冲击很有效；对韧性物料剪切力作用 较好；对方向性物料则以劈碎为宜。但不论 哪一种粉碎，很少单独使用其中的一种方法 ，而是几种方法的组合，使粉碎更加有效。
• 1.锤式粉碎机 锤式粉碎机是利用快速旋转的
• 锤式粉碎机可作粗碎或细碎，这是它的优点。此外
，还具有单位产品的能量消耗低、体积紧凑、结构 简单、生产能力高等特点。它的主要缺点是，当粉 碎较坚硬的物料时，锤刀磨损得较快。
• 锤刀是锤式粉碎机的主要零件，它的型式尺寸，决
定于物料尺寸性质。机壳中的筛网有不同的规格， 视被碎物料的性质、种类和粉碎的要求而异。筛网 的尺寸对产品的颗粒大小及粉碎机生产能力有很大 的影响，视不同的要求选用适宜的筛网。锤刀与筛 网间的径向间隙是可以调节的，一般为5～10mm。 粗筛一般用钢丝构成，或在金属板上钻圆孔、方孔 或长方孔。细筛除用钢丝外，还可用钢板。酒精厂 锤式粉碎机筛孔直径，一般为1.5mm，中心距离为 2.5～3.5mm。
《发酵设备与反应器》课件
02
选择合适的材料
03
设计合理的结构
根据工艺条件和物料特性，选择 耐腐蚀、耐高温、耐高压的材料 。
根据工艺要求和操作条件，设计 合理的进料、出料、热交换等结 构。
反应器的操作与控制
操作规程制定
制定详细的操作规程，包括开车、停车、异 常处理等。
温度控制
通过调节加热或冷却介质流量，控制反应温 度在设定范围内。
效率，同时降低了能耗和排放。
某科研机构的微生物发酵实验设备
03
采用智能控制系统，实现了对实验设备的远程监控和自动控制
，提高了实验的准确性和可重复性。
05
发酵设备与反应器的维护与 保养
日常维护
清洁设备表面
每天工作结束后，用软布擦拭设备表面，保持清洁。
检查设备运行状况
每天开机前，检查设备各部件是否正常，确保无异常 声音和振动。
。
可靠性原则
选择具有良好口碑和稳 定性能的设备，以确保 发酵过程的稳定性和可
靠性。
环保性原则
优先选择低能耗、低排 放的设备，以降低对环
境的影响。
优化方法
工艺优化
通过对发酵工艺的优化，提高设备的利用率 和生产效率。
智能控制
引入智能控制系统，实现对设备的远程监控 和自动控制，提高设备的自动化水平。
设备改造
通过对设备的局部改造或升级，提高设备的 性能和效率。
维护保养
建立完善的设备维护保养体系，确保设备的 长期稳定运行。
实际应用案例
某生物制药公司的发酵罐选型
01
根据生产规模和工艺要求，选择了适合的发酵罐类型，并通过
优化工艺参数，提高了发酵效率。
某食品企业的酒精发酵设备升级
教材.教案--发酵工程与设备 教材
发酵工程与设备第一章绪论生物技术作为21世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。
大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。
一．发酵工程的主要内容发酵工程（Fermentation Engineering）属于生物技术的范畴，生物技术又称生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师Karl.Ereky于1917年提出的。
当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品。
现在的生物技术的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。
因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。
下图为生物技术与基础学科关系的示意图。
它逐渐成为与生物学、生物化学、化学工程等多学科密切相关的综合性边缘学科。
现代生物技术作为一门新兴的高科技术产业，它的生命力在于他对社会经济和发展的各个方面都带来了极大冲击和影响。
发酵工程是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。
发酵工程由于涉及到生物催化剂，因而与化学反应有关。
由于生物技术的最终目标是建立工业生产过程为社会服务，因而该生产过程可称为生物反应过程（亦称为生化反应过程）。
在发酵技术中一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物（即有生化催化剂参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。
主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。
如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。
二、发酵工程的发展历史生物技术的发展和利用可以追溯到1000多年（甚至4000多年）以前如酒类的酿造。
而人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产是在19世纪。
当时进行大规模生产的发酵产品有乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等初级代谢产物。
教材.教案--发酵工程与设备 教材
发酵工程与设备第一章绪论生物技术作为21世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。
大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。
一．发酵工程的主要内容发酵工程（Fermentation Engineering）属于生物技术的范畴，生物技术又称生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师Karl.Ereky于1917年提出的。
当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品。
现在的生物技术的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。
因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。
下图为生物技术与基础学科关系的示意图。
它逐渐成为与生物学、生物化学、化学工程等多学科密切相关的综合性边缘学科。
现代生物技术作为一门新兴的高科技术产业，它的生命力在于他对社会经济和发展的各个方面都带来了极大冲击和影响。
发酵工程是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。
发酵工程由于涉及到生物催化剂，因而与化学反应有关。
由于生物技术的最终目标是建立工业生产过程为社会服务，因而该生产过程可称为生物反应过程（亦称为生化反应过程）。
在发酵技术中一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所做的反应器加工底物（即有生化催化剂参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。
主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。
如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。
二、发酵工程的发展历史生物技术的发展和利用可以追溯到1000多年（甚至4000多年）以前如酒类的酿造。
而人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产是在19世纪。
当时进行大规模生产的发酵产品有乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等初级代谢产物。
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器 ppt课件
满足物料必须的溶氧需求 反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体
生长代谢过程中的温度要求
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发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻 底
尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰 连接处移位，造成污染
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发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐体圆柱形，罐顶为椭圆封头，罐底为圆锥形。 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。D：H＝1：
1.5-6。增加H有利于加速发酵，降低H有利于啤酒的自然澄 清。 发酵罐锥底角一般为60-130°考虑到发酵中酵母自然沉降 最有利，以70°为好。
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发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐顶：进料管，补料管， 排气管和压力表管等。
罐底：出料管，进气管 等。
罐身：冷却水进出管， 进空气管，温度计管和 测控仪表接口。
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发酵工程 第八章 发酵设备与反应 器
（1）搅拌器的主要作用：混合和传质 溶氧：使通入的空气分散成小气泡并与发酵液充分混合，使气
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发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
因为气体不是直接被搅拌器剪碎而分散的，而是首先在浆 叶的背面形成稳定的气穴，而后气穴在尾部破裂，这些小 气泡在离心力的作用下被甩出而分散至液体内。气穴的存 在使得Rushton涡轮的效率降低，特别在高气速下，有时 整个搅拌器被气穴包围，搅拌器近似空转，效率很低，气 体穿过搅拌器直接上升到液面。
加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦 汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。
2019年-第八章发酵设备与反应器-PPT精选文档
气升式反应器与机械搅拌通风反应器的不同
在于无机械搅拌
特点
反应溶液分布均匀 较高的溶氧速率和溶氧效率 剪切力小，对生物细胞损伤小 传热良好 结构简单，易于加工制造。
气升式反应器有多种形式，比较典型的两种
形式
气升内环流发酵罐
气升外环流发酵罐
典型的气升环流发酵罐
ICI压力循环气升发酵罐
酶反应器 发酵罐
光合生物反应器开发
二 微生物细胞反应器——发酵罐
发酵罐：微生物细胞反应器，是为微生物
生长和产物形成提供良好环境的容器。
按微生物对氧的需求
好氧发酵罐 厌氧发酵罐
（一） 好氧发酵罐—机械搅拌式发酵罐
机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）
大型发酵罐
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、发酵所需要的 氧气。 机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总 发酵罐的７０－８０％。
罐材料
大型C.C.T均采用碳钢加涂料或不锈钢两 种材料制成。啤酒是酸性液体，能造成铁 的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的H2S、 SO2对铁材料会造成氧化还原腐蚀。
相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力：
平叶＞弯叶＞箭叶
相同搅拌功率下，翻动流体的能力：
箭叶式 > 弯叶 > 平叶
3挡板 作用：防止液面中心产生漩涡，改变液流的 方向，促使液体激烈翻动，增加溶解氧
W ( 0 . 1 ~ 0 . 12 ) D ( ) Z Z 0 . 5 D D
式中:
露天式锥底发酵罐
圆筒体锥底立式发酵 罐(简称锥形罐)，已 广泛用于发酵啤酒生 产。
发酵设备与反应器课件
➢ 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挡板或其它附件而搅 拌功率仍保持不变，漩涡基本消失
➢ 竖立的列管，排管等也可以起挡板作用，故 一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设 挡板
➢ 挡板的长度自液面起到罐底为止
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发酵设备与反应器课件
❖ 生物反应器设计的原则
➢ 适宜的径高比 ➢ 承受一定的压力 ➢ 满足溶氧需求 ➢ 满足温度要求 ➢ 尽量减少死角 ➢ 尽量减少法兰连接 ➢ 保证灭菌
发酵设备与反应器课件
三 固体培养设备（自学） ❖ 应用于酱油与酿酒生产，饲料蛋白 ❖ 自然通风发酵设备 ❖ 机械通风发酵设备
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。
发酵设备与反应器课件
❖ 酒精发酵罐的洗涤 ➢ 过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且
二氧化碳气体一旦末彻底排除，工人入罐清 洗会发生中毒事故。 ➢ 近年来，酒精发酵罐巳逐步采用水力喷射洗 涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高 了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤 装置尤为重要。
发酵设备与反应器课件
机械搅拌式发酵罐（通用型发酵罐）
大型发酵罐
发酵设备与反应器课件
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、发酵所需要的 氧气。
机械搅拌通风发酵罐占主导地位，约为总 发酵罐的７０－８０％。
发酵设备与反应器课件
❖ 发酵罐的结构 ➢ 罐体 ➢ 搅拌装置和挡板 ➢ 传热装置 ➢ 通气部分 ➢ 进出料口 ➢ 测量控制系统 ➢ 附属系统