发酵罐的结构
发酵罐的总体结构与结构特性
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发酵罐总体结构：
A、固定式主要由罐体与支架组成。
B、罐体内胆及封头由优质不锈钢抛光制成。
C、夹套与加强筋由不锈钢板，保温层采用 聚胺脂发泡（24 小时回升 20C）。
D、夹套中间采用螺旋式加热，夹套冷却。
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E、外 2mm 厚不锈钢板磨砂。
F、搅拌器与锅盖密封采用机械密封件组成。
G、罐盖上下连接采用不锈钢螺柱，密封垫
片采用 XB250 无毒橡胶。
发酵罐的结构特性：
1. 可 在 线 CIP 清 洗 、 SIP 灭 菌 (121 °
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C/0.1MPa)。
2.按照卫生级要求设计，结构设计极具人性 化，操作方便。传动平稳，噪音低。
发酵罐主要部件：罐体：主要用来培养发酵
各种菌体，密封性要好（防止菌体食醋自吸式发
酵罐被污染）罐体当中有搅拌浆，用于发酵过程 当中不停的搅拌底部通气的 Sparger，用来通入
菌体生长所需要的空气或氧气罐体的顶盘上有
控制传感器，最常用的有 pH 电极和 DO 电极，用
来监测发酵过程中发酵液 pH 和 DO 的变化控制 宜的径高比设计，按需定制搅拌装置， 节能，搅拌、发酵效果好。
4.发酵罐内罐体表面镜面抛光处理(粗糙度
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Ra≤0.4µm)；各进出管口、视镜、人孔等
工艺开孔与内罐体焊接处均采用拉伸翻边工艺
圆弧过渡，光滑易清洗无死角，保证生产过程的 可靠性、稳定性，符合“cGMP”等规范要求。
发酵罐的结构-2022年学习资料
2.搅拌装置（续一轴承-为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内-装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴-承，底轴承 中间轴承的水平位置应能-适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应-采用液体润滑的塑料轴瓦（如聚四氟乙烯-等，轴瓦 轴之间的间隙常取轴径的-0.4~0.7%。为了防止轴颈磨损，可以在-与轴承接触处的轴上增加一个轴套。
·发酵罐的类型与发酵类型、工艺类型和产物类型有关。-通用式搅拌罐（满足供氧、通气、搅拌）-顶搅拌∫-轴封搅拌了磁传动-气鼓式（鼓泡式）-气升式发酵罐-内循环-循环式外循环-管道式反应器：流动代替搅拌-固定化发酵 -填充床（液体循环）-流化床（同通气搅拌-自吸式发酵罐：不需要空气压缩机，在搅拌过程中自吸入空气-伍式发酵 ：多用于纸浆废液发酵生产酵母-重组菌生物反应器
2.搅拌装置（续一变速装置-试验罐采用无级变速装-置。发酵罐常用的变速-装置有三角皮带传动，-圆柱或螺旋圆 齿轮减-速装置，其中以三角皮-带变速传动较为简便。
2.搅拌装置（续）一轴封-轴封的作用是使罐顶-或罐底与轴之间的缝-隙加以密封，防止泄-漏和污染杂菌。常用轴封有填料函和端-面轴封两种。
填料函式轴封-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 的效果。-1一转新2一其料压3一压螺栓4一填料-箱体5-钥序6一填料
料-G-图.29-5：通用式发酵罐的几何尺寸比例-H二筒身高度；D一罐径；W一挡板宽度：H-液位高度；d一 拌器直径；s一两搅拌器间距-I-B一下搅拌器距底间距
2.搅拌装置-搅拌的目的-■打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑-■产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间-造 湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，K↑-■动量传递N、Ws,有利于混合及固体物料保持悬浮状态-搅拌的效果：生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n-挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏， 次∝2-搅拌效果评价：传质，传热及混合效果-效果的改善：转速，搅拌器（桨）的形式和数量
工程设备课件-发酵罐
盘顶 旋风方向
图 13-11 空气分配盘
5
6
4 3
2
1
图 13-12 气流喷舞干燥喷咀 空气管 2-压紧螺帽 3-喷咀座 4-压紧螺帽
5-喷咀 6-进液管 7-喷咀口
➢喷雾干燥特点
1.干燥速率快、时间短； 2.干燥温度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。
➢应用
特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制 品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的 干燥。
一，粗馏塔板类型及结构
1 泡罩塔板
该类塔板适宜处理易起泡的液 体。是国内不少酒精厂家的粗 馏塔主要采用的装置。主要由 塔体，塔板和升气管等部件组 成。
泡罩塔的操作：
泡罩底部浸没在塔板上的液体，形成 液封，气体自升气管上升，流经升气 管和泡罩之间的环形通道，再从泡罩 齿缝（主要是分散气体，增大气液接 触面积）中吹出，进入塔板上的液层 中鼓泡传质。常见的泡罩为倒扣的自 行车铃盖形，周边有齿缝。齿缝一般 为矩形，三角形和梯形。
湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：
1.传热过程，热量由气体传递给湿物料，使其温度 升高；
2.传质过程，物料内部的水分向表面扩散，并在表 面汽化被气流带走。
三、干燥设备的选型原则
➢生物工业制品的干燥设备类型
瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥 设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备
低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备
机械搅拌自吸式发酵罐
▪
之
自 吸 式
自 吸
发
式
酵
发
罐
酵
罐
的结Βιβλιοθήκη 构气升式发酵罐类型： 气升环流式
鼓泡式 空气喷射式
第五章 发酵罐
第一节 嫌气发酵罐
• 一、酒精发酵罐 • 二、圆筒体锥底发酵罐
一、酒精发酵罐 1、基本结构
2，发酵罐的冷却装置
• 根据发酵的大小不同， 酒精发酵罐通常采用以 下冷却装置：
• （1）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；
• （2）大型发酵罐：由于 罐外壁冷却面积不能满 足冷却要求，所以，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。
污染能力好； • 4.易于清洗、维修、灭菌。
本章小结
• 嫌气发酵罐:原理、结构特点、优缺点 酒精发酵罐.圆筒体锥底发酵罐 • 需氧发酵罐:原理、结构特点、优缺点
• （1）机械搅拌发酵罐 • （2）气升式发酵罐 • （3）自吸式发酵罐 机械搅拌自吸式发酵罐; 溢流自吸式发酵罐(文氏管发酵罐); 喷射自吸式发酵罐。
• 试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用 的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺 旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带 变速传动较为简便
• 空气分布装置：单孔管和环行管
（7）轴封
• 轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝
隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。
常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
• ①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。
发酵工程
第五章 发酵罐
第一节 嫌气发酵罐 第二节 需氧发酵罐 第三节 发酵罐选型
注意事项
概述：
• 发酵设备是发酵工厂中主要的设备，它提供了 一个适应微生物生命活动和生物代谢的场所。
• 由于微生物分厌氧和通风两大类，故供微生物 生存和代谢的生产设备也就各不相同。
• 不论厌氧或通风发酵设备，除了满足微生物培 养所必要的工艺要求外，还得考虑材质的要求 以及加工制造难易程度等因素。
25l发酵罐的结构和操作
25l发酵罐的结构和操作一、罐体设计1. 容积：25L，适合小规模发酵实验。
2. 材质：主体结构采用304不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和高强度。
3. 结构设计：罐体分为上下两部分，上部为发酵区，下部为加热/冷却区。
4. 密封性：采用机械密封方式，确保发酵过程中无泄漏。
二、搅拌系统1. 搅拌桨：采用多层桨叶设计，能够提供良好的混合效果和溶氧能力。
2. 搅拌速度：可调，根据发酵工艺需要进行调整。
3. 搅拌电机：采用直流电机，稳定可靠，易于维护。
三、加热/冷却装置1. 加热方式：采用PTC加热元件，加热均匀，速度快。
2. 冷却方式：采用半导体制冷片，可实现快速降温。
3. 温度控制：采用PID温度控制器，精确控制发酵温度。
四、通风 system1. 空气过滤：为确保进入发酵罐的空气的洁净度，配置初效过滤器。
2. 通风量：配置了合适的风机，以提供足够的通风量。
3. 消音装置：为降低风机运行时的噪音，配置了消音装置。
五、消泡装置1. 消泡方式：采用机械消泡和化学消泡相结合的方式，有效降低泡沫的产生。
2. 消泡元件：搅拌桨上配置了消泡元件，可有效破碎气泡。
3. 消泡剂喷嘴：罐体上部安装了消泡剂喷嘴，可定时喷洒消泡剂。
六、控制系统1. 控制界面：采用触摸屏控制界面，操作简单直观。
2. 控制功能：可实现温度、湿度、通风量、搅拌速度等参数的实时监测和控制。
3. 安全保护：配置了过温、过载等安全保护功能，确保设备安全运行。
七、清洗装置1. 清洗方式：采用自动清洗和手动清洗两种方式，方便快捷。
2. 清洗元件：配备高压喷头和刷子，可有效清洗罐体内外表面。
3. 清洗液：配置了专用清洗液，可有效去除残留物和生物污垢。
八、记录仪1. 数据记录：可记录温度、湿度、通风量、搅拌速度等参数的历史数据。
2. 数据导出：数据可通过USB接口导出，方便数据分析。
九、操作流程1. 准备阶段：在开始发酵前，确保所有设备都已清洗干净，并按照要求组装好。
发酵罐的基本结构及功能
发酵罐的基本结构及功能
发酵罐是一种用于进行微生物发酵的设备，它由罐体、进出料口、排气装置、搅拌器、温度控制系统和pH控制系统等部件组成。
罐体通常由不锈钢制成，具有优异的耐腐蚀性和耐高温性能。
进出料口用于加入和取出材料，排气装置能够排出二氧化碳等发酵产生的气体，以保证发酵过程中的氧气不会被过多地消耗。
搅拌器则可以让混合材料均匀加热和混合，使微生物得到更好的生长条件。
温度控制系统和pH控制系统是非常重要的组成部分，它们可以确保发酵罐内环境的稳定性和适宜生长条件。
温度控制系统可以通过加热或冷却来控制发酵罐内部的温度，使微生物在适宜的温度范围内进行发酵。
pH控制系统可以调节发酵罐内的酸碱度，确保微生物能够在适宜的pH值下进行发酵。
发酵罐的主要功能是促进微生物的生长和发酵，生产出需要的发酵产物。
在实际应用中，它被广泛应用于食品、药品、生物质能等领域。
例如，发酵罐可以用来生产酸奶、酵母、酒精、酢酸、抗生素等产品。
在使用发酵罐时，还需要注意保持罐体内的清洁卫生，以免杂菌或病菌的污染影响生产效果。
此外，及时检查和更换罐体内的配件和维护系统，也是确保发酵罐正常运转和延长寿命的关键措施。
综上所述，发酵罐是进行微生物发酵的重要设备，它的基本结构和功能对于生产出优质发酵产品至关重要。
同时，在使用发酵罐的过程中，需要合理运用控制系统和注意卫生维护问题，以保证生产过程的顺利进行和更好地保护人的健康和安全。
发酵罐的结构型式及发酵领域的应用
发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤1.1发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养完成，从⽣产分为间隙分批、半连续和连续发酵等，但是⼯业化⼤规模的发酵过程，则以通⽓纯种深层液体培养为主。
通⽓纯种培养的发酵罐型式有标准式发酵罐、⾃吸式发酵罐、⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。
⾃吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的⾼速转动，引成真空将空⽓吸⼊罐内，由于叶轮转动产⽣的真空，其吸⼊压头和空⽓流量有⼀定限制，因⽽适⽤于对通⽓量要求不⾼的发酵品种；塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内(亦称⾼位筛板塔式)，在罐底部通⼊⽆菌空⽓，通过⽓体分散进⾏氧的传递，因⽽其供氧量受到了⼀定限制；⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过⽆菌空⽓在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵使发酵液按照⼀定规律运⾏，从⽽达到⽓液传质的效果，⽬前⽓升式发酵罐在培养其较稀薄，供氧量要求不太⾼的条件下(如VC发酵)得到了使⽤。
但在发酵⼯业中，仍数兼具通⽓⼜带搅拌的标准式发酵罐⽤途最为普遍，标准式发酵罐被⼴泛应⽤于抗⽣素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。
重点介绍标准发酵罐的设计，对机械搅拌的⾃吸式发酵罐、空⽓带升环流式发酵罐和⾼位塔式发酵罐仅作简要介绍。
1.1.1机械搅拌⾃吸式发酵罐是⼀种⽆需⽓源供应空⽓的发酵罐，该发酵罐最关键部件是带有中央吸⽓⼝的搅拌器。
⽬前国内采⽤⾃吸式发酵罐中的搅拌器是带有固定导轮的三棱空⼼叶轮，叶轮直径d为罐径D的1/3，叶轮上下各有⼀块三棱形平板，在旋转⽅向的前侧夹有叶⽚，其各部件尺⼨⽐例关系见表10-1。
当叶轮向前旋转时，叶⽚与三棱形平板内空间的液体被甩出⽽形成局部真空，于是将罐外空⽓通过搅拌器中⼼的吸⼊管⽽被吸⼊罐内，并与⾼速流动的液体撞击形成细⼩的⽓泡，⽓液混合流通过导轮流⼊到发酵液主体。
导轮由16块具有⼀定曲率的翼⽚组成，排列于搅拌器的外围，翼⽚上下有固定圈予以固定。
发酵罐的结构和操作流程
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4.消泡器
作用：破碎气泡，改善供氧，防止污染。
消泡桨形式
填料函式轴封
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
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 环光滑表面紧密地相 互贴合，并作相对转 动而达到密封。
3.挡板
伍式发酵罐 ：多用于纸浆废液发酵生产酵母
重组菌生物反应器
三、发酵罐的结构 1.外形、结构及几何尺寸要求 2. 搅拌装置 3.挡板 4.消泡器 5. 空气分布器 6. 换热装置
三、发酵罐的结构 1.外形、结构及几何尺寸要求
H/D=1.7－3
H—筒身高度 D-发酵罐直径
2. 搅拌装置
搅拌的目的 打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑ 产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间 造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，KL↑ 动量传递（N、Ws），有利于混合及固体物料保持悬浮状态
搅拌的效果: 原生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n 挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏，V次∝n2 搅拌效果评价：传质，传热及混合效果
的发酵罐。 （2）气升式发酵罐 此类发酵罐是依靠无菌压缩空气作为液体的提升力，使罐内发酵液通过上下
翻动实现混合和传质传热过程。其特点是结构简单，无轴封，不易污染， 氧传质效率高，能耗低，安装维修方便。 （3）管道式发酵罐 管道式发酵罐是以发酵液的流动代替搅拌作用，依靠液体的流动，实现通气 混合与传质等目的。 （4）固定化发酵罐 固定化发酵罐是一种在圆筒形的容器中填充固定化酶或固定化微生物进行生 物催化反应的装置。其优点是生物利用率比较高。 （5）自吸式发酵罐 自吸式发酵罐是一种无需其他气源供应压缩空气的发酵罐，其关键部位是带 有中央吸气口的搅拌器。在搅拌过程中可以自吸入过滤空气，适合于耗 氧很低的发酵类型。 （6）伍式发酵罐 伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。搅拌时液体沿着套简外向上升至液 面，然后由套筒内反回罐底，搅拌器是用6根弯曲的中空的不锈钢管子焊 于圆盘上，兼作空气分配器。这种发酵罐多应用于纸浆废液发酵生产酵 母。设备的缺点是结构复杂，清洗筒套较困难，消耗功率较高。
本章内容
一、发酵罐的发展 二、发酵罐的类型 三、发酵罐的结构 四、通用式发酵罐的设计与放大 五、重组菌生物反应器
一、发酵罐的发展 发酵罐：进行微生物深层培养的反应器统称为发酵罐
大型发酵罐
二、发酵罐的类型 （1）通用式发酵罐 通用式发酵罐是指带有通气和机械搅拌装置的发酵罐，是工业生产中最常用
挡板的作用：改变液流方向，由径向流→轴向流，促使流体 翻动，增加传质和混合。
档板宽 ：W/D= 1/12-1/8 (取0.1)
全档板条件：指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增加档板 或其它附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失, 即要 满足下式：
（W/D）•Z =0.4
Z—档板数
3.挡板(续）
内部
慢速：锯齿，梳状，孔板式（孔径10-20mm）。 快速：对于底搅拌，可在罐顶装半封闭涡轮消沫器，
2. 搅拌装置（续）－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。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，轴的连接应垂直，中心线对正。
2. 搅拌装置（续）－轴承
为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内 装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴 承，底轴承和中间轴承的水平位置应能 适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应 采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯 等)，轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的 0.4~0.7％。为了防止轴颈磨损，可以在 与轴承接触处的轴上增加一个轴套。
发酵罐的类型与发酵类型、工艺类型和产物类型有关。
顶搅拌 轴封 通用式搅拌罐(满足供氧、通气、搅拌 ) 底搅拌 磁传动
气鼓式（鼓泡式）
气升式发酵罐
内循环
循环式 外循环
管道式反应器：流动代替搅拌
固定化发酵罐 填充床（液体循环） 流化床（同通气搅拌）
自吸式发酵罐 ：不需要空气压缩机，在搅拌过程中自吸入空气
效果的改善：转速，搅拌器（桨）的形式和数量
2. 搅拌装置（续）
搅拌器的形式 ：通用式发酵罐大多采用涡轮式搅拌 器 ，而又以圆盘涡轮搅拌器为主 。 桨叶型式：圆盘涡轮搅拌器有平叶式、弯叶式、
箭叶式三种。
叶片数量：至少三个，通常六个，多至八个。
α ：弯>平>箭 ；β：弯 >箭>平
K La
2. 搅拌装置（续）－变速装置
试验罐采用无级变速装 置。发酵罐常用的变速 装置有三角皮带传动， 圆柱或螺旋圆锥齿轮减 速装置，其中以三角皮 带变速传动较为简便。
2. 搅拌装置(续）－轴封
轴封的作用是使罐顶 或罐底与轴之间的缝 隙加以密封，防止泄 漏和污染杂菌。常用 的轴封有填料函和端 面轴封两种。
HL/D=2－2.5
HL按照装料VL=70%V总计算
d/D=1/3－1/2
d—搅拌器直径
W/D=1/12－1/8（取0.1 ，并留1—2cm间隙，防死角）
W—档板宽度
B/D=0.8－1.0 B—下搅拌器距底间距
((ss//dd))23==11.－5－2 2.5
可以取相同值，1.5 ≤s/d≤ 2 s—搅拌器间距
k( PG V
)α WSβ
在相同的搅拌功率PG下， 粉碎气泡能力：平>弯>箭 翻动流体能力：箭>弯>平
综合传质+混合，弯叶最好。
2. 搅拌装置（续）
搅拌桨的层数：根据 H/D及（s/d）n 的要求进 行计算。一般3—4层， 底层搅拌最重要，占轴 功率的40% ，所具叶片 数最多（6~8片）。