机械搅拌发酵罐的结构
第一篇第二章通风发酵设备
防止泄露、污染杂菌。
采用—— 双端面轴封 结构：如图
原理
填料函 端面轴封 双端面轴封
现在好气性发 酵罐中已不再采用 此密封。 但是在转速较低的 其他设备中，如味 精结晶锅、啤酒糖 化罐等，仍用填料 函轴封做为密封。
采用氟橡胶 和碳素纤维 盘根
端面轴封
又称机械轴封，机械密封.
系指两块密封元件垂直于轴线的光洁而平
要达到全挡板条件必须满足下式要求：
b (0.1 ~ 0.12 ) D ( )n n 0 .5 D D
b----挡板宽度，mm。 D---- 罐的直径，mm； n---- 挡板数， 个；
竖立的蛇管、列管、排管，也可以起挡板作用。 挡板长度：自液面起至罐底为止。
挡板与罐壁之间的有一定的距离 。
3. 轴封 作用：使传动的搅拌轴与罐之间密闭，
（2）弹簧加荷装置 弹簧座靠螺钉固定在轴上； 当轴转动时，由弹簧座带动弹簧， 传递扭矩，带动动环及动环上的密封 圈 转动，并向静环端面传递压力，即：弹簧的弹力 。
弹簧：小轴4根，大轴6根。
（3）辅助密封元件 主密封——端面密封 动环与轴之间的————相对静止 辅助密封 静环与静环座之间 静环座与壳体之间 绝对静止
传热壁较厚
K值较低 弯曲处易蚀穿 传热系数较蛇形管低 用水量大
5m3以下的罐
冷水温度
（ 4~6组）
K值较大
要求低
（3）竖式列管：有利于提高温差 （排管） 传热推动力大
加工方便
为了提高传热系数，可采用罐外装设板式换热器，不仅强化了热交换， 而且便于检修和清洗。
第二节
如： 有机酸
抗生素 维生素
机械搅拌通风发酵罐的溶氧传质
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
生物反应器(发酵罐)5
直接连在轴上
因转速低，强度不大
离心式消泡器
装于罐顶；
碟片式消泡器
适于下伸轴罐
图 消泡器的安装
梳齿式打泡器
耙式打泡器
半封闭涡轮消泡器
离心式消泡器
碟片式消泡器
图37 碟片式消泡器
8、其它 配置
罐顶： 人孔、视镜（冲洗管）及镜灯、进料管、
补料管、排气管、接种管、压力表接管、
定子 （导轮）
自吸式发酵罐的充气原理：
启动前转子被液体浸没；转子高速旋转，液体、空 气在离心力作用下被甩向外缘，在转子的中心处形成 负压；于是将罐外的空气通过搅拌器中心的吸入管而 被吸入罐内；通过导轮使气液均匀分布甩出，并使空 气在循环的发酵液中分裂成细微的气泡。 自吸式发酵罐在搅拌的同时完成了充气作用。
. Z = 0.5
4、空气分布装置
作用： 通入无菌空气并使空气分散均匀 位置： 罐底中央 类型：
1） 环形管
2） 单管式
环径 = 0.8 d ; 多喷孔，向下；易堵
普遍采用
向下的管口距罐底约30～60mm 分散器 （防止空气喷击、蚀穿罐底）
单管式空气分布装置
5、换热装置 夹套式
竖式蛇管
竖式列管
据经验表明，发酵罐热交换用的竖立的列管、排管或蛇管 也可起相应的挡板作用
图 竖立的列管/排管也可以
图 全挡板条件下的搅拌流型
全挡板条件---
在一定转数下再增加附件而轴功率仍保持 不变。
W D
. Z = 0.5
D ---- 罐直径 W ---- 挡板宽度 Z ---- 挡板片数
( 0.1～0.2) D D
g ——空气黏度(N· m-2) s· l ——液体黏度(N· m-2) s·
发酵工程与设备第九章、第一讲-发酵放大与设计
气体吸入量与液体循环量之比较低，对于耗氧 量较大的微生物发酵不适宜。
机械搅拌通风发酵罐
（二） 罐体的尺寸比例
H----柱体高 (m) HL---液位高度（m） D----罐内径 (m) d----搅拌器直径 s----两搅拌器的间距 B----最下一组搅拌器距罐 底的距离 W----挡板宽度
H / D = 1.7 ～ 4 d / D = 1/2 ～ 1/3 W / D = 1/8 ～ 1/12 B / d = 0.8 ～1.0 (s/d)2 = 1.5 ～2.5 (s/d)3 = 1 ～2
用水量大
6、轴封、联轴器和轴承
上
下
传
传
动
动
1）轴封
作用： 使罐顶（或底）与搅拌轴间的缝隙密封； 防止泄漏和染菌
类型： 填料函 端面轴封
1 转轴 3 压紧螺栓 5 铜环
2 填料压盖 4 填料箱体 6 填料（石棉等）
填料函
构成 优点：结构简单、价格低
缺点： 易渗漏，寿命短 对轴磨损较重 摩擦功率消耗大
雷诺（Reynolds），英国，流型判别的依据 雷诺实验（1883年）表明，流动的几何尺寸（管内径d）、 流动的平均流速u及流体性质（密度ρ和粘度μ）对流型的变化 有很大影响。可以将这些影响因素综合成一个无因次的数群 作为流型的判据。
Re=d·u·ρ/μ
d—管内径； u—流动的平均流速 ρ—流体密度； μ—流体粘度
VL —— 发酵罐内发酵液量(m3) Qc —— 发酵液循环量(m3/s) d —— 环流管二内径(m)
—— 发酵液在环流管内流速(m/s)
2）压比、压差、环流量间的关系
发酵液的环流量与通风量之比称为气液比。
A = Qc / Q
200M3机械搅拌通风发酵罐
1 设计方案的拟定我设计的是一台200M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产有机酸。
设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途用于有机酸生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2/ml.min.atm发酵罐6-9×10-6molO2/ml.min.atm⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 MPa发酵罐主要由罐体和冷却列管，以及搅拌装置，传动装置,轴封装置，人孔和其它的一些附件组成。
这次设计就是要对200M 3通风发酵罐的几何尺寸进行计算；考虑压力，温度，腐蚀因素，选择罐体材料，确定罐体外形、罐体和封头的壁厚；根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算；根据上面的一系列计算选择适合的搅拌装置，传动装置，和人孔等一些附件的确定,完成整个装备图，完成这次设计。
这次设计包括一套图样，主要是装配图，还有一份说明书。
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。
发酵罐的结构-发酵罐夹套内部结构
H]
MV ■
= 1
-搅拌桨的层Biblioteka ：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， 1=) 占轴 功率
的40% ,所具叶片 数最多
（6〜8片）。
2.搅拌装置（续）一联轴器
■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。
■((ss/d/d))32==ll.5—-22.5
可以取相同il值，L5《s/d《2
S-搅拌器间距
.图29-6..通用式发酵罐的几何尺寸比例 H一筒身高度；6一破松矛一挡板宽度；H— 液位高度；4—搅拌器直径；s-两搅拌器间距；
气’ 3 一下搅拌器距底间距 s
2-搅拌装置MV ■ =1
■搅拌的目的 ■打碎气泡, 增加气液接触面积，即at -产生涡流， 延长气泡在液体中的停留时间 减 ■造成湍流， 小气泡外滞流液膜的厚度，KL t -动量传递（N、Ws）,有利于混合及固体物料保持悬浮状态
(4) 固定化发酵罐
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
-搅拌的效果： -原生流一圆周运动（径向运动）:层流及漩涡，原生流速V原xn 挡板
作用：次生流一轴向运动、翻动，决定混合好坏，V次8疽 -搅拌效果评价：传质，传热及混合效果
机械搅拌发酵罐的主要结构
机械搅拌发酵罐的主要结构
《机械搅拌发酵罐的主要结构》
机械搅拌发酵罐是工业生产中常用的设备，用于实现微生物发酵过程。
它由多个主要部分组成，下面将详细介绍。
首先，机械搅拌发酵罐的外壳通常由不锈钢制成，以确保罐体的耐腐蚀性和持久性。
外壳的形状可以是立式、卧式或倾斜式，具体取决于不同的应用需求。
其次，发酵罐的主体是一个容器，用于盛放和培养微生物和培养基。
通常使用圆筒形设计，以充分利用空间。
发酵罐的容量可以从几十升到几千升不等，根据具体的生产要求进行选择。
发酵罐内部还配备有搅拌器，通过搅拌器的转动将培养基和微生物混合均匀，促进氧气和营养物质的充分交流和传递。
搅拌器通常由电机和叶片组成，可以设有调速装置来控制搅拌速度和方向。
发酵罐的顶部通常设有一个密封的物料进出口，并配备适当的阀门和管道以实现养料和添加剂的投入，并在发酵过程中监测和收集样品。
此外，顶部还可能配置有温度、压力和pH值等传
感器，以实时监测和控制发酵过程的参数。
罐体底部通常有一个底阀，用于废液排出。
废液排出后，可以采用继续与新的培养基供给进行复苏，以实现多次发酵的连续生产。
另外，发酵罐还通常配备有发酵罐的控制系统，用于监测和调节温度、pH值、搅拌速度等参数，以及自动化收集和处理数据。
综上所述，《机械搅拌发酵罐的主要结构》主要包括外壳、主体容器、搅拌器、顶部进出口、底部废液排出以及相关的控制系统。
这些部件的结合和配合，使得机械搅拌发酵罐成为工业发酵过程中不可或缺的设备。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械消泡装置
❖ 锯齿式消泡桨 ❖ 半封闭式涡轮消泡器 ❖ 离心式消泡器 ❖ 刮板式消泡器
连轴器
❖ 联轴器使发酵罐的上下搅拌轴成固定的刚性联接 ❖ 小型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。
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。
❖ 优点较多
❖ 缺点 1.结构较填料密封复杂，装拆不便 2.对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高
空气分布装置
❖ 作用是吹入无菌空气， 并使空气均匀分布
❖ 空气由分布管喷出上升时， 被搅拌器打碎成小气泡，并 与培养液充分混合，增加 了气液传质效果。
夹套式换热装置
❖ 多用于容积较小的发酵 罐、种子罐
气升式发酵罐
❖ 机械搅拌发酵罐具有众多有点，但是 设备构造比较复杂 ，动能消耗较大。 采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。
气升式发酵罐的结构及原理
❖ 分为内循环和外循环两种 ❖ 罐体 ❖ 上升管 ❖ 空气喷嘴
性能指标
❖ 循环周期时间必须 符合菌种发酵的需要
❖ 选用适当直径的喷 嘴以增加溶氧系数。
❖ 夹套的高度比静止液面 高度稍高即可，无须进行 冷却面积的设计。
❖ 优点
❖ 缺点
竖式蛇管换热装置
❖ 竖式的蛇管分组安装于发酵罐
内，容积5m3以上的发酵罐多用
这种换热装置
❖ 适用于冷却水温度较低 的地区，水的用量较少
❖ 气温高，冷却水温度较高， 则发酵降温困难。
竖式列管换热装置
❖ 以列管形式分组对称装于发酵罐内 ❖ 优点：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区 ❖ 缺点：传热系数较蛇管低，用水较大。
❖ 底轴承和中间轴承的水平位置应能相适应调节。 ❖ 为了防止轴颈磨损，可以在轴承接触处的轴上增加一个
轴套。
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。
轴封
❖ 轴封的作用是使灌顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封， 防止工作介质（液体、气体）沿转动轴渗出设备之外 泄漏或染杂菌。
机械搅拌发酵罐的结构
❖ 适宜的径高比 ❖ 密封式的受压设备 ❖ 保证必需的溶氧 ❖ 足够的冷却面积
罐体的比例尺寸
❖ 罐的高度与直径 之比一般为1.7~4，
❖ 发酵罐两组搅拌器间 距约为搅拌器直径的3倍
❖ 大型发酵罐可以安装 3组搅拌器
搅拌器
❖ 搅拌器的作用 打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中
思考题
❖ 发酵中如何进行中试及放大试验一直是关键的技术，在 此之中有什么地方需要学习和掌握，有哪些关键技术要 注意。请同学们课后思考？
❖ 预习课本P156~P171
❖ 三路进气 ❖ 四路出气
连消塔加热的连续灭菌
两级冷却、分离、加热的空当加热。尤其适 用于潮湿的地区
❖ 具有很大的循环输送量和 功率输出，包括粘性流体， 非牛顿流体的搅拌混合。
圆盘弯叶涡轮搅拌器
❖ 搅拌流型与平叶涡轮的 相似，在相同的搅拌转速 时，其混合效果较好。
❖ 输出的功率较平叶涡轮的 为小。在混合要求特别高， 而溶氧速率相对要求略低 时，可选用圆盘弯叶涡轮。
圆盘箭叶涡轮搅拌器
❖ 其搅拌流型与上述两种涡 轮相近，但它的轴向流动较 强烈，但在同样的转速下， 它造成的剪率低，输出功率 也较低。
酒精发酵罐的结构
❖ 发酵罐体为圆筒形
❖ 底盖和顶盖为 碟形或锥形
❖ 罐顶设备
❖ 罐底设备
思考题
❖ 发酵过程中的微生物要严格控制其染菌的情况，实际生 产中往往要求对染菌进行防治，有哪些关键技术要注意。 请同学们课后思考？
自吸式发酵罐
❖ 不需要空气压缩机提供无 菌空气
❖ 高速旋转的转子产生的真 空或液体喷射吸气装置吸 入空气
❖ 用于醋酸及酵母单细胞蛋 白的生产
❖ 节能、节省空间、设备结 构简单
弗盖布氏发酵罐
❖ 动力小，节能 ❖ 具有独特的搅拌 器和通气结构
本章小结
❖ 机械搅拌发酵设备结构一般有11部分的 ❖ 常见的机械搅拌发酵设备有3类
❖ 可分为 1. 填料函式轴封 2. 端面式轴封
填料函式轴封
❖ 优点：结构简单
❖ 主要缺点 1.死角多，很难彻底灭菌， 容易渗透及染菌 2.轴的磨损情况较严重 3.填料压紧后摩擦功率消耗大 4.寿命短，经常维修，耗工时多
端面轴封
❖ 密封作用是靠弹性元件的压力 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。
❖ 预习课本P136~P145
通风发酵设备
❖ 四十年代中期，青霉素 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
❖ 在深层通风培养技术中， 发酵罐是关键设备。
机械搅拌发酵罐
❖ 机械搅拌发酵罐是利用 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。
挡板
❖挡板的作用是改变液流的方向，由径向改为轴向 流，促使液体剧烈翻动，增加溶氧
❖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
❖竖立的列管、接管也可以起挡板作用。
消泡器
❖ 消泡器的作用是将泡沫打碎。 ❖ 长度约为罐径的0.65倍 ❖ 常见的形式 1. 锯齿式 2. 梳状式 3. 孔板式
食品发酵工程 ——发酵单元操作（四）
课程复习
❖ 发酵设备包括2个主要结构； ❖ 酒精发酵罐的冷却洗涤装置； ❖ 常见的啤酒发酵罐有4大类； ❖ 固体发酵常见有4种反应器； ❖ 发酵过程的常规参数自动监控包括6个指标。
思考题
❖ 通风发酵设备作为发展最为迅猛的发酵设备，有哪些具 体的类型，这些发酵罐是如何运行和工作的，具有什么 样的结构，请同学们课后思考？
❖ 为了便于拆装，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成 整体。
轴向搅拌器
❖ 形成轴向的螺旋转动，混合
螺旋桨式
效果好，但造成的剪率较低，
对气泡的分散效果不好。
❖ 常用的螺旋桨叶数Z=3，螺距 等于搅拌器直径，最大叶端速 度不超过25m/s
桨叶式
圆盘直叶涡轮搅拌器
❖ 圆盘直叶涡轮搅拌器的圆 盘阻挡大的气泡，避免其从 轴部的叶片空隙上升，保证 了气泡的更好的分散。