5第五章 发酵设备
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发酵设备 第五章 通风发酵设备
图34 碟片式消泡器
图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 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。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
图33 旋风离心式消泡器
• （3）刮板式消泡器
• 刮板式消泡器由刮板、轴承、外壳、气液进口、回流 口、气体出口组成。刮板的中心与壳体的中心有一个偏心 距。工作原理是，刮板旋转时使泡沫产生离心力被甩向壳 体四周，受机械冲击而达到消泡作用。刮板的转速为 1000~1400转/分。消泡后的液体及部分泡沫集中于壳体的 下端，经回流管返回发酵罐，而被分离后的气体则通过气 体出口排出。见图35
1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
340 321 200 280 200 250 200 180
第一节 通风发酵罐
•
•
形状，圆柱形，两端椭圆形？？受力均匀，减 少死角，物料容易排除，比其他型式的封头在 同样使用压力下可用较薄的钢板，见图8。 高度与直径比1.7~4：1，有利空气利用率
图8 已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管
发酵罐的壁厚及封头厚度的计算
图10 大中型发酵罐上封头
自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐 文氏发酵罐
气升式发酵罐 伍氏发酵罐 塔式发酵罐
第一节 通风发酵罐
Ⅰ
机械搅拌发酵罐
• 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。
第一节 通风发酵罐
一.发酵罐的基本条件
100 200
筒体 高度 H(mm) 3200 4700 6600 7000 8000 8000 9400 11500
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备好氧发酵是指在氧气存在的条件下进行的发酵过程。
与厌氧发酵不同，好氧发酵需要提供足够的氧气供微生物进行呼吸代谢，产生能量来完成发酵过程。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
好氧发酵工艺主要包括以下几个方面：1.培养基的选择：好氧发酵过程中，培养基的选择十分重要，需要提供适宜的营养物质供微生物生长和产生目标产物。
常见的培养基组分包括碳源、氮源、矿质盐等。
不同的微生物对培养基的要求有所不同，因此需要根据具体情况进行调整。
2.发酵条件的调控：好氧发酵过程中，温度、pH值、氧气浓度等因素对微生物的生长和产物合成有着重要影响。
合理调控这些条件可以提高产物的产量和质量。
例如，在一些发酵中，会通过控制培养温度来控制产物的结晶度和结晶形态。
3.发酵设备的选择：好氧发酵设备的选择也很重要。
常见的好氧发酵设备包括发酵罐、搅拌器、曝气设备等。
发酵罐通常根据发酵体积的大小有不同的规格，搅拌器可以实现培养基和微生物的均匀混合，曝气设备可以提供足够的氧气供微生物呼吸代谢。
4.发酵过程的监控：好氧发酵过程中，需要对发酵过程进行实时监控和控制。
常见的监测参数包括发酵液的pH值、溶氧量、温度等。
通过监测这些参数，可以及时调整发酵条件，保证发酵过程的稳定性和产物的质量。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
在食品行业，好氧发酵被应用于面包、乳制品等的生产中，提高了产品的质量和口感。
在药品和化工领域，好氧发酵广泛用于抗生素、维生素等的生产，为制药和化工企业提供了重要的原料。
总之，好氧发酵工艺及设备在各个领域都有着广泛的应用和发展前景。
随着科技的进步，好氧发酵将会越来越被重视，并在更多领域中发挥重要作用。
第5章-发酵乳制品生产技术
冷却的目的是为了终止发酵过程,迅速而有效地抑 制酸乳中乳酸菌的生长,使酸乳的特征( 质地、口昧、 酸度等)达到所设定的要求。为确保成品具有理想的粘 稠度，冷却的条件需要柔和。
冷却方式有冷却室静止冷却和冷却隧道连续冷却两 种方式。
8.冷藏后熟
冷藏温度一般在2～7℃,最佳为5℃，冷藏的作用 除达到冷却一项中所列举的目的外,还有促进香味物 质产生,改善酸乳硬度的作用。
得更好，使酸奶成为一个稳定的凝固体。
预热、均质、杀菌和冷却都是在由预 热段、杀菌段、保持段、冷却段组成的 板式换热器和外接的均质机联合完成的。
（参见样图）：预热、真空浓缩、均质、杀菌、 冷却的设备流程
1 平衡罐 2 片式热交换器 3 真空浓缩罐 4 均质机 5 保温管 图.发酵乳制品的一般预处理
常用的稳定剂有：
明胶
果胶
琼脂
变性淀粉
4.脱气、预热、均质、杀菌、冷却
4.1脱气： 添加奶粉的标准化方法必须在随后进行脱气处 理，以减少牛奶中的空气。
脱气的目的： 改善均质机的工作条件 减少热处理过程中产生沉淀物 提高酸奶的粘稠性和稳定性 去除挥发性的异味
4.2均质：防止奶油上浮，并保持乳脂肪均匀 分布，改善酸奶的稳定性和稠度，获得良好的 质感。
直投式：乳酸菌纯培养物 继代式：母发酵剂 中间发酵剂 生产发酵剂
3、按使用菌种分
传统的菌种：保加利亚杆菌(Streptococcus thermophilus)和嗜热链球菌(Lactobacillus bugaricus)1比1或者1比2的混合菌种。
益生菌：
4、酸奶中添加的益生菌
益生菌是指能促进人体健康且能在人体肠 道内繁殖的一类微生物。在酸奶中使用的有：
2.砂糖、葡萄糖和甜味剂
冷却方式有冷却室静止冷却和冷却隧道连续冷却两 种方式。
8.冷藏后熟
冷藏温度一般在2～7℃,最佳为5℃，冷藏的作用 除达到冷却一项中所列举的目的外,还有促进香味物 质产生,改善酸乳硬度的作用。
得更好，使酸奶成为一个稳定的凝固体。
预热、均质、杀菌和冷却都是在由预 热段、杀菌段、保持段、冷却段组成的 板式换热器和外接的均质机联合完成的。
（参见样图）：预热、真空浓缩、均质、杀菌、 冷却的设备流程
1 平衡罐 2 片式热交换器 3 真空浓缩罐 4 均质机 5 保温管 图.发酵乳制品的一般预处理
常用的稳定剂有：
明胶
果胶
琼脂
变性淀粉
4.脱气、预热、均质、杀菌、冷却
4.1脱气： 添加奶粉的标准化方法必须在随后进行脱气处 理，以减少牛奶中的空气。
脱气的目的： 改善均质机的工作条件 减少热处理过程中产生沉淀物 提高酸奶的粘稠性和稳定性 去除挥发性的异味
4.2均质：防止奶油上浮，并保持乳脂肪均匀 分布，改善酸奶的稳定性和稠度，获得良好的 质感。
直投式：乳酸菌纯培养物 继代式：母发酵剂 中间发酵剂 生产发酵剂
3、按使用菌种分
传统的菌种：保加利亚杆菌(Streptococcus thermophilus)和嗜热链球菌(Lactobacillus bugaricus)1比1或者1比2的混合菌种。
益生菌：
4、酸奶中添加的益生菌
益生菌是指能促进人体健康且能在人体肠 道内繁殖的一类微生物。在酸奶中使用的有：
2.砂糖、葡萄糖和甜味剂
第五章 发酵工程的灭菌与空气除菌-董媛
缺点：1）加热和冷却所需时间较长，增加了发酵的准 备时间，也就相应地延长了发酵周期，使发酵罐的利 用率降低。
2）分批灭菌无法采用高温短时间灭菌，因而不可
避免地使培养基中营养成分遭到一定程度的破坏。
150
保温
100 温度/℃ 冷却 加热 50
40
80
120
160
200
240
时间/min
分批灭菌包括升温、保温和冷却3个阶段。
检验学院Байду номын сангаас
第五章 发酵工程的灭菌与空气 除菌
吉林医药学院 董 媛
检验学院
本章内容
1 2 3 4
常用灭菌方法和发酵设备种类 培养基的灭菌 发酵设备的清洗和灭菌
空气的除菌
※※灭菌与消毒
灭菌“ sterilization” ：采用物理或化学方法杀死或 除去物料、空气、容器、器具等环境中所有微生物，
实验室内哪些操 包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
总 过 滤 器
空 气 加 热 器
丝 网 除 末 器
旋 风 分 离 器
检验学院
五、空气过滤除菌流程
（一）空气预处理 空气预处理的主要目的： 1 ．提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的 负荷。 2 ．去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空 气湿度和温度进入空气过滤器。 采风塔: ≥10m ,上风头, 流速8m/s.
检验学院
※※第三节 空气的除菌
检验学院
分布规律： 微生物在空气中的分布情况与空气环境因 素有关，空气质量愈好，微生物的种类及 数量愈低。发酵工厂通常采用高空采气的 方法。
检验学院
二、发酵用无菌空气的概念和质量标准
为确保生产在纯种培养状态下进行，严格无菌条件下
2）分批灭菌无法采用高温短时间灭菌，因而不可
避免地使培养基中营养成分遭到一定程度的破坏。
150
保温
100 温度/℃ 冷却 加热 50
40
80
120
160
200
240
时间/min
分批灭菌包括升温、保温和冷却3个阶段。
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第五章 发酵工程的灭菌与空气 除菌
吉林医药学院 董 媛
检验学院
本章内容
1 2 3 4
常用灭菌方法和发酵设备种类 培养基的灭菌 发酵设备的清洗和灭菌
空气的除菌
※※灭菌与消毒
灭菌“ sterilization” ：采用物理或化学方法杀死或 除去物料、空气、容器、器具等环境中所有微生物，
实验室内哪些操 包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。
总 过 滤 器
空 气 加 热 器
丝 网 除 末 器
旋 风 分 离 器
检验学院
五、空气过滤除菌流程
（一）空气预处理 空气预处理的主要目的： 1 ．提高压缩空气的洁净度，降低空气过滤器的 负荷。 2 ．去除压缩后空气中所带的油水，以合适的空 气湿度和温度进入空气过滤器。 采风塔: ≥10m ,上风头, 流速8m/s.
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※※第三节 空气的除菌
检验学院
分布规律： 微生物在空气中的分布情况与空气环境因 素有关，空气质量愈好，微生物的种类及 数量愈低。发酵工厂通常采用高空采气的 方法。
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二、发酵用无菌空气的概念和质量标准
为确保生产在纯种培养状态下进行，严格无菌条件下
第五章通风发酵设备
上升管和下降管装在罐外的，称为外循环。装在罐内的， 称为内循环。
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
（一）带升式发酵罐
带升式发酵罐的优特点：结构简单，冷却面积较 小；不需搅拌设备，节省动力约50%；装料系数 达 80~90%；维修、操作及清洗简便，减少杂菌 感染。 但对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。
带升式发酵罐的工作 机理
就是在罐外装设上升管，上 升管两端与罐底及罐上部相 连接，构成一个循环系统。 在上升管的下部装设空气喷 嘴 ， 空 气 以 205 ～ 300m/s 的 高速度喷入上升管，使空气 分割细碎，与上升管的发酵 液密切接触。由于上升管内 的发酵液比重较小，加上压 缩空气的动能，使液体上升， 罐内液体下降进人上升管， 形成反复的循环。结构有内 循环及外循环两种。
气升环流发酵罐
气升环流发酵罐的型式较多，常 用的有高位，低位及压力发酵罐 几种。
右图 是联邦德国 Hoechst公司 的石蜡培养酵母用的发酵罐，罐 的高度增大可以提高氧的传递能 力，增大对液流的驱动力。
驱动力的调节通过气体流量控制。 罐的结构简单，易于放大。
图 5-6 是 具 有 外 循 环 冷 却 的 空气提升环流式发酵罐，通 气管与罐底的距离是通气管 直径的0.5～1.5倍，气体经 多孔板送入罐内，多孔板之 下是气液分离带，此处回流 培养液的气泡率降至10%以 下。从罐底引出培养液，用 离心泵输送到热交换器后从 上部回流入罐内。
美国LH发酵有限公司的系列产品容积为1～2、30、 80、100、150L。
气升压力循环发酵罐如右图所示。 设备是以甲醇为原料培养嗜甲基杆 菌，容积达1500m3。上升管在下降 管之内或在下降管之外，可以是同 心圆，也可用挡板相隔。上升管可 以一个或两个以上。顶部与底部相 连接，上升管截面积为下降管截面 积3～8倍。上升管截面为上部的 3～8倍。下部高度是总高的 30～ 60％。发酵罐总高在30m以上，以 40～60m为宜。此时氧的传递量为 8～12kgO2/m3，对微生物生长较为 合适。
5 微生物工程 第五章 发酵工业种子制备
种子培养基特点：
有较完全和丰富的营养物质，糖分少，需充
足氮源和生பைடு நூலகம்因子，无机氮源比例大；
各种营养物质的浓度不必太高； 供孢子用的种子培养基，可添加易被吸收
利用的碳源和氮源；
应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
pH
选择最适种子培养pH的原则是获得最
大比生长速率和适当的菌量。
培养最后一级种子的培养基的pH应接
长迟滞期
为什么细菌发酵最好是在对数生长期接种？
种子浓度够 代谢活力强
重点
举 例：
梭状芽孢杆菌发酵丁醇－丙酮 时种子扩大培养的程序
酵母发酵时的种子扩大培养
酿酒酵母的扩大培养
最初采用纯种进行酵母发酵并设计出酵
母繁殖流程，他将每一步的接种量规定 为10％，并控制繁殖条件与酿造时一致
现代的流程中，接种量为1%或更低，控
优良种子应具备的条件：
生长活力强，延迟期短； 生理状态稳定； 浓度及总量能满足发酵罐接种量的要求； 无杂菌污染，保证纯种发酵； 适应性强，生产能力稳定
重点
种子罐级数的确定
种子扩大的级数： 制备种子需逐级扩大
培养的次数
级数愈少，愈利于简化工艺及控制，并
可减少种子罐污染杂菌的机会，减少消 毒及值班工作量，减少因种子罐生长异 常而造成的发酵波动。
扩大级数，完成生产车间种子制备；
种子转种至发酵罐
工业发酵种子制备过程：
实验室种子制备阶段：
琼脂斜面至固体培养基扩大培养（如茄
子瓶斜面培养等）或液体摇瓶培养；
生产车间种子制备阶段：
种子罐扩大培养
实验室种子制备
无菌方式接保藏的菌种至斜面培养基上，成
微生物工程第5章发酵过程及控制
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
随菌的生长，菌分解了含氮有机物，释放出 铵，培养基的pH会缓慢上升。
当菌转入对数生长期，由于菌体大量繁殖， 大量利用糖和铵离子，培养基的pH逐渐下降。
在生长后期，由于菌体自溶，释放出铵，pH 又回升。
二、发酵过程中的代谢变化及规律
与代谢有关的参数： 1、物理参数 ⑴、温度 ⑵、罐压 ⑶、搅拌速度 ⑷、空气流量 ⑸、表观粘度 ⑹、发酵液重量
与代谢有关的参数： 2、化学参数 ⑴、基质浓度 ⑵、pH ⑶、产物浓度 ⑷、DNA量 ⑸、关键酶 ⑹、溶解氧 ⑺、排气中的氧含量 ⑻、排气中的CO2含量
与代谢有关的参数： 3、生物参数 ⑴、菌丝形态 ⑵、菌丝干重或湿重 ⑶、菌体比生长速率 ⑷、氧的比消耗速率 ⑸、糖的比消耗速率 ⑹、氮的比消耗速率 ⑺、产物的比生产速率
一、种子制备工艺及质量控制
菌种是发酵的关键，从一个保存的菌 种，到生产上使用的种子，如果按几 十～几百吨的发酵规模，10％的种子量 （接种量）计，需要几吨～几十吨的种 子。
（一）、作为种子的要求： 1、细胞的生活力强，移种至发酵罐后能迅速生长 2、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求 3、无杂菌污染 4、生理形状稳定、保持稳定的生产能力
• 泡沫的控制除了添加消泡剂外，改进培养基成分 也是相辅相成的一个重要方面。
化学消泡剂应具备以下特点：
• 必须是表面活性剂，具有较低的表面张力，消泡 作用迅速有效；
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
缓慢利用的氮源物质：有利于延长产物的合 成期。
第五章-发酵过程控制(2024版)
为什么要研究发酵过程
了解有关生产菌种对环境条件的要求，并深入地了解生 产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢 途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。 为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，通过各种 监测手段掌握各参数变化情况，并予以有效地控制，使 生产菌种处于产物合成的优化环境之中。
因此，A/Y为燃烧生成1g菌体的底物所需的氧， 而B为燃烧菌体所需氧的量；它们之间的差为C， 即为转化底物成菌体所需氧的量。
将Johnson方程式应用于利用葡萄糖和烷烃生产酵 母的下列方程式为：
对葡萄糖
C（mmol
/
g）
33.33 Y
41.7
对烷烃
C（mmol
/
g）
101.7 Y
41.7
如果对葡萄糖来说Y值取50％，而对烷烃来说Y值 取100％； 则：C对葡萄糖 ＝24.95 mmol氧/g菌体；
生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型
■分批发酵的分类对实践的指导意义
从上述分批发酵类型可以分析： ➢如果生产的产品是生长偶联型（如菌体与 初级代谢产物），则宜采用有利于细胞生长 的培养条件，延长与产物合成有关的对数生 长期； ➢如果产品是非生长偶联型（如次级代谢产 物），则宜缩短对数生长期，并迅速获得足 够量的菌体细胞后延长平衡期，以提高产量。
第二节 发酵条件的影响及其控制
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌 创造一个最适的环境，使我们所需要的 代谢活动得以最充分的表达。
一、温度对发酵的影响及控制
1，影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热
散热因素：蒸发热 辐射热
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
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种管和仪表接管等。
• 搅拌器
•作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 •轴向式（浆叶式，螺旋桨式）；径向式（涡轮式）
图3.7 不同搅拌器的流型
• 挡板
目的：促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 挡板宽度：(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满 足全挡板条件。 •全挡板条件：
优点：
(1)不必配备空气压缩机（自动吸入空气）；
(2) 溶氧效率高； ……
缺点：
较易产生杂菌污染。
之 自 吸 式 发 酵 罐
机械搅拌自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
工作原理：
其搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体 被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸 到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小 的气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮 流到发酵液主体。
流动
实现混合与溶氧传质。
三、自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
自吸式发酵罐： 不需空气压缩机提供加压空
气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置 吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
应用： 酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维
生素等生产
自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
• 消泡装置
1. 化学消泡：植物油脂，动物油脂，高分子化合物。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 2. 机械消泡装置：耙式消泡器，涡轮消泡器、旋风离
心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式
消泡器等。
耙式消泡器 旋风离心式 叶轮离心式
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
0.1 ~ 0.12D n 0.5 b n D D
搅拌流型的仿真模拟实验
无挡板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
发酵罐内的列 管、排管或蛇 管也可起相应 的挡板作用。
• 空气分布器
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 • 作用：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
第五章 发酵工程 发酵设备
某制药厂抗菌素车间照片
• 通风发酵设备
– 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等
• 嫌气发酵设备
– 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 – 不需要通气
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风固相发酵罐
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
机械搅拌通风发酵罐
用水量较大。
在罐外安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液
进行循环冷却。
二、气升式发酵罐(ALR)
一、类型
之 气 升 式 发 酵 罐 气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等
工作原理
之 气 升 式 发 酵 罐
无菌空气喷射入发酵液 湍流作用使气泡分割细碎
气液混合物密度降低向上运动，而
气含率小的发酵液则下沉，形成循环
• 工作原理：
利用机械搅拌，使空气和发酵液
充分混合促使氧溶解(供给微生物需
要 )。
结构
发 酵 罐 结 构 图
• 罐 体
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
•形状： 圆柱体；椭圆形或碟形封头焊接而
成
•材料：碳钢或不锈钢
•耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。
冷却蛇管管，进气管，排气管，接
自吸充气原理
喷射自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
喷射自吸式发酵罐：
利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行
混合和溶氧传质。 • 文氏管自吸式发酵罐 • 液体喷射自吸式发酵罐 • 溢流喷射自吸式发酵罐
旋风式 消泡器
耙式消 泡器
• 冷却装置
夹套冷却 竖式蛇管冷却 竖式列管冷却 大型发酵罐 气温较高的地区
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
适 用 范 围
5m3以下小发酵罐
大型发酵罐
结构简单，加工容 加工方便，提高 优 流速大，传热系数 易，罐内死角少， 传热推动力的温 点 大，降温效果较好。 容易清洗灭菌 差。 传热壁较厚，冷却 冷却水较高时，降 缺 水流速低，降温效 温困难，弯曲位置 点 果差。 易腐蚀。
• 搅拌器
•作用：打碎气泡，使氧溶解于发酵液中。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 •轴向式（浆叶式，螺旋桨式）；径向式（涡轮式）
图3.7 不同搅拌器的流型
• 挡板
目的：促使液体激烈翻动，增加溶解氧。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 挡板宽度：(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满 足全挡板条件。 •全挡板条件：
优点：
(1)不必配备空气压缩机（自动吸入空气）；
(2) 溶氧效率高； ……
缺点：
较易产生杂菌污染。
之 自 吸 式 发 酵 罐
机械搅拌自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
工作原理：
其搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体 被甩出，叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸 到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小 的气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮 流到发酵液主体。
流动
实现混合与溶氧传质。
三、自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
自吸式发酵罐： 不需空气压缩机提供加压空
气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置 吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
应用： 酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵、维
生素等生产
自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
• 消泡装置
1. 化学消泡：植物油脂，动物油脂，高分子化合物。 之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 2. 机械消泡装置：耙式消泡器，涡轮消泡器、旋风离
心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式
消泡器等。
耙式消泡器 旋风离心式 叶轮离心式
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
0.1 ~ 0.12D n 0.5 b n D D
搅拌流型的仿真模拟实验
无挡板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
发酵罐内的列 管、排管或蛇 管也可起相应 的挡板作用。
• 空气分布器
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐 • 作用：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
第五章 发酵工程 发酵设备
某制药厂抗菌素车间照片
• 通风发酵设备
– 抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等
• 嫌气发酵设备
– 丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等 – 不需要通气
通风发酵设备
机械搅拌通风发酵罐 自吸式发酵罐 气升式发酵罐 通风固相发酵罐
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
机械搅拌通风发酵罐
用水量较大。
在罐外安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液
进行循环冷却。
二、气升式发酵罐(ALR)
一、类型
之 气 升 式 发 酵 罐 气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等
工作原理
之 气 升 式 发 酵 罐
无菌空气喷射入发酵液 湍流作用使气泡分割细碎
气液混合物密度降低向上运动，而
气含率小的发酵液则下沉，形成循环
• 工作原理：
利用机械搅拌，使空气和发酵液
充分混合促使氧溶解(供给微生物需
要 )。
结构
发 酵 罐 结 构 图
• 罐 体
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
•形状： 圆柱体；椭圆形或碟形封头焊接而
成
•材料：碳钢或不锈钢
•耐受130℃和0.25MPa(绝对压力)。
冷却蛇管管，进气管，排气管，接
自吸充气原理
喷射自吸式发酵罐
之 自 吸 式 发 酵 罐
喷射自吸式发酵罐：
利用文氏罐喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行
混合和溶氧传质。 • 文氏管自吸式发酵罐 • 液体喷射自吸式发酵罐 • 溢流喷射自吸式发酵罐
旋风式 消泡器
耙式消 泡器
• 冷却装置
夹套冷却 竖式蛇管冷却 竖式列管冷却 大型发酵罐 气温较高的地区
之 机 械 搅 拌 发 酵 罐
适 用 范 围
5m3以下小发酵罐
大型发酵罐
结构简单，加工容 加工方便，提高 优 流速大，传热系数 易，罐内死角少， 传热推动力的温 点 大，降温效果较好。 容易清洗灭菌 差。 传热壁较厚，冷却 冷却水较高时，降 缺 水流速低，降温效 温困难，弯曲位置 点 果差。 易腐蚀。