通风发酵设备

5－中间轴承； 6－温度计接口；
7－搅拌叶轮； 8－进风管；
9－放料口；
10－底轴承；
11－热电偶接口；12－冷却管；
13－搅拌轴； 14－取样管；
15－轴承座； 16－传动皮带；
17－电机；
18－压力表；
19－取样口； 21－进料口；
22－补料口； 23－排气口；
24－回流口； 25－视镜
1.罐体
压力循环和压力喷射型的生物反应器， 它可以克服一些气体交换和热交换问题 。
计算机开始在生物技术工业上得到广泛 应用。
第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅 猛发展，给生物技术工业提出了新的课题。 大规模细胞培养生物反应器应运而生 胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化 酶生物反应器、膜生物反应器等新型反应器出 现。
第三节 通风固相发酵设备
第一节 机械搅拌通风发酵罐
机械搅拌通风发酵罐的结构 机械搅拌通风发酵罐的结构尺寸计算
机械搅拌通风发酵罐的热量和冷却面积计算 轴功搅拌器率的计算 小型机械搅拌通风发酵罐设备操作
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。
按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式 生物反应器和半间歇式生物反应器。
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可 以分为生物团块反应器和生物膜反应器。
按反应物系在反应器内的流动和混合状态 ：全混流型生物反应器和活塞流型生物反 应器。
按发酵培养基质的物料状态：液态生物反 应器与固态生物反应器。
第一节 机械搅拌通风发酵设备 第二节 其他类型的通风发酵罐
第三阶段：1940-1960年， 机械搅拌、通风、无菌操作和纯种培养等技术 开始完善
发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现， 耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极和溶氧 电极，计算机开始进行发酵过程的控制。
发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。
第四阶段：1960-1979年
机械搅拌通风生物反应器的容积增大到 80-150m33。
在罐顶上装有视灯及灯镜,进料管、补料管、 排气管、接种管和压力表接管,排气管应尽可 能靠近罐顶中心位置。
在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气 管、取样管、温度计管和测控仪表接口。
罐体各个部分材料多采用不锈钢，为满足 工艺需求，罐体必须能承受发酵工作时和灭 菌时的工作压力和温度。罐壁厚度取决于罐 径，材料耐受的压强。
罐体由罐身，罐顶及罐底组成，罐 身一般为圆柱体，中大型发酵罐罐顶多 采用椭圆形或碟形封头通过焊接和罐身 连接，小型发酵罐罐底一般也采用椭圆 形或碟形封头通过焊接和罐身连接， 罐顶却多采用平板盖和罐身用法兰 连接。
为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用 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。
通风发酵设备
2009.10
机械搅拌通风式生物反应器
光照式生物反应器
大型啤酒发酵罐
郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙
2009.10
郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙
生物反应器发展历史
第一阶段: 1900年以前，雏形，它带有简单的温 度和热交换仪器。 第二阶段: 1900-1940年， 出现了200m33的钢制发酵罐 在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器 机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。
n
[σ] -许用应力，= n σ ——钢板抗拉强度：35Kg/mm2；
n=4 (t<250℃)
受外压壁厚计算：
S PD [1 2400
1
H
PD
H
]
C
a-系数，直立圆筒45，有焊缝取50 H-圆筒高度，mm
2.搅拌器 和挡板
搅拌器的主要作用是混 合和传质。
1) 使通入的空气分散成气泡并与发 酵液充分混合。 (2) 使气泡细碎以增大气-液界面，以 获得所需要的溶氧速率。 3) 使生物细胞悬浮分散于发酵体系中， 以维持适当的气-液-固三相的混合与质 量传递 4) 强化传热过程。
一、机械搅拌发酵罐的基本要求
1) 发酵罐应具有适宜的径高比
2) 发酵罐能承受一定压力。
3) 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合， 保证发酵液必需的溶解氧 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） 具有严密的轴封，防止泄漏。
1. 适宜的高径比：H：D=2.5-4; 2. 耐压 3. 良好的传质能力;4. 足够冷却面积 5. 抛光，死角少6. 轴封严密
二、机械搅拌发酵罐的结构
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
1.罐体
罐体由圆柱体及椭圆形 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。
2
3
大型发Hale Waihona Puke Baidu罐结构
1－轴封 ；
2、20－人孔；
3－梯；
4－联轴节；
搅拌器有径向流涡轮搅拌器. 轴向流搅拌 器和组合式搅拌器三种。
1 ）径向流涡轮搅拌器
平直叶
液体径向流动 强烈，搅拌能力 最弱，消耗功率大 ，粉碎气泡能力 最强
弯叶
混合要求特别高 时用该种，消耗 功率较小，粉碎 气泡能力次之
箭 液体轴叶向流动更 强烈，搅拌能力 最强，消耗功率最 小，粉碎气泡能力 最弱
小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于 清洗和配料
材料为碳钢或不锈钢，可用衬不锈钢或复合不锈钢 ，衬里不锈钢厚度2-3mm，耐压0.25MPa，壁厚 取决于罐径和罐压。
受内压壁厚计算：
S
PD
C
230[ ] P
P-罐压，D-罐径； φ-焊缝系数，双面对接0.8，无焊缝1 C-腐蚀裕度，S-C<10mm时，C=3mm
生物反应器分类
生物反应包括一系列的生物催化反应，可根 据化学反应工程的分类方法从不同角度对生 物反应器进行分类。
按几何形状或结构特征：釜（罐）式、管式 、塔式、膜式等类型。
按催化剂类型或培养对象：酶促反应器、微 生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物细 胞反应器等。
按供氧：厌氧/好氧微生物细胞反应器（发酵罐） 按反应器所需的混合与能量输入方式： 过机械搅拌输入能量的搅拌型发酵罐 利用气体喷射动能的气升式发酵罐和 用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发 酵罐等。