发酵罐基本知识 PPT课件
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工程设备课件-发酵罐
5-成品收集器
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
盘顶 旋风方向
图 13-11 空气分配盘
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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
发酵罐操作培训ppt课件
3
无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染菌 的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及时 做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现以 后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操作 之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作规 程进行，抓住每一个细节，才能确保不会染菌。
4
安全意识
① 空气压力能达到0.25~0.3MPa； ② 蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； ③ 设备用电； ④ 机械搅拌； ⑤ 酸碱腐蚀。
溶氧电极
• 利用饱和NaSO3溶液进行电极零点标定，电 压值在1300左右；
• 百分百标定。
16
电极标定操作流程：
• 用去离子水冲洗电极头和接地电极 清洗 • 用吸水纸吸干水以后放到对应的标准液中
• 将测量切换成标定，自动补偿切换成手动补偿 标定 • 点击相应的标定项目开始标定
• 电压值稳定以后结束标定项目，清洗电极头 数据保存 • 将自动切换成手动，标定切换成测量，点击保存
溶料 • 原料全部溶解，无杂质，无硬块
• 确保电极已经插上，出料一阀已经关闭
投料 • 考虑增容和种子液量，定容到发酵所需体积
19
第五步：实消 发酵罐实消是对发酵培养基进行彻底的灭菌处
理, 利用高温过饱和蒸汽的强穿透能力使各种细菌、 真菌蛋白质凝固而死亡。实消结束以后罐内是无菌 的环境，需通入无菌空气进行保压直到培养结束。
11
第二步：空消 空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀
灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用 时间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。
12
• 空消操作流程
• 从空气路、取样路和出料路进蒸汽
升温 • 排净罐内的冷空气后关小排气阀，节省蒸汽
无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染菌 的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及时 做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现以 后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操作 之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作规 程进行，抓住每一个细节，才能确保不会染菌。
4
安全意识
① 空气压力能达到0.25~0.3MPa； ② 蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； ③ 设备用电； ④ 机械搅拌； ⑤ 酸碱腐蚀。
溶氧电极
• 利用饱和NaSO3溶液进行电极零点标定，电 压值在1300左右；
• 百分百标定。
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电极标定操作流程：
• 用去离子水冲洗电极头和接地电极 清洗 • 用吸水纸吸干水以后放到对应的标准液中
• 将测量切换成标定，自动补偿切换成手动补偿 标定 • 点击相应的标定项目开始标定
• 电压值稳定以后结束标定项目，清洗电极头 数据保存 • 将自动切换成手动，标定切换成测量，点击保存
溶料 • 原料全部溶解，无杂质，无硬块
• 确保电极已经插上，出料一阀已经关闭
投料 • 考虑增容和种子液量，定容到发酵所需体积
19
第五步：实消 发酵罐实消是对发酵培养基进行彻底的灭菌处
理, 利用高温过饱和蒸汽的强穿透能力使各种细菌、 真菌蛋白质凝固而死亡。实消结束以后罐内是无菌 的环境，需通入无菌空气进行保压直到培养结束。
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第二步：空消 空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀
灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用 时间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。
12
• 空消操作流程
• 从空气路、取样路和出料路进蒸汽
升温 • 排净罐内的冷空气后关小排气阀，节省蒸汽
2019年第七章发酵罐.ppt
严密的结构 良好的液体混合性能 较高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表
本章内容
发酵罐的基本概念 发展过程 发酵设备的类型 机械搅拌发酵罐 其他类型的发酵罐
一、发酵罐的基本概念
发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵 工业的心脏 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的 操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵 中一般指进行微生物深层培养的设备 在有些情况下，密闭容器，简单容器
※将空气打碎成小气泡，增加气-液接触面积，提
高氧的传质效率
使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮 状态
使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵而言， 希望以径向液流为主
在搅拌轴上配置多个搅拌器
轴向式 搅拌器
径向式 搅拌器
圆盘平直叶
圆盘弯叶
圆盘箭叶
凹叶圆盘
圆盘平直叶具有很大的 循环输送量和功率输出， 适用于各种流体。
通用式（机械搅拌）、伍式、自吸式发酵罐 2）外部液体搅拌发酵罐 3） 空气喷射提升式发酵罐
高位塔式发酵罐
3、 按容积分类
500L以下的是实验室发酵罐 500-50000L是中试发酵罐 50000L以上是生产规模的发酵罐
4、 按操作方式
分批发酵和连续发酵
四、 机械搅拌发酵罐
（一）、 基本要求： 1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高 2）能耐受一定的压力 3）搅拌通风装置 4）足够的冷却面积 5）罐内要减少死角 6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露
日本的朝日罐（Asaki tank,1965年），美国的通 用罐（uni-tank,1968年），西班牙的球形罐 （SpHero tank,1975年），迄今为止，使用的大 型发酵罐容量已达1500t。
本章内容
发酵罐的基本概念 发展过程 发酵设备的类型 机械搅拌发酵罐 其他类型的发酵罐
一、发酵罐的基本概念
发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵 工业的心脏 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的 操作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵 中一般指进行微生物深层培养的设备 在有些情况下，密闭容器，简单容器
※将空气打碎成小气泡，增加气-液接触面积，提
高氧的传质效率
使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持悬浮 状态
使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵而言， 希望以径向液流为主
在搅拌轴上配置多个搅拌器
轴向式 搅拌器
径向式 搅拌器
圆盘平直叶
圆盘弯叶
圆盘箭叶
凹叶圆盘
圆盘平直叶具有很大的 循环输送量和功率输出， 适用于各种流体。
通用式（机械搅拌）、伍式、自吸式发酵罐 2）外部液体搅拌发酵罐 3） 空气喷射提升式发酵罐
高位塔式发酵罐
3、 按容积分类
500L以下的是实验室发酵罐 500-50000L是中试发酵罐 50000L以上是生产规模的发酵罐
4、 按操作方式
分批发酵和连续发酵
四、 机械搅拌发酵罐
（一）、 基本要求： 1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高 2）能耐受一定的压力 3）搅拌通风装置 4）足够的冷却面积 5）罐内要减少死角 6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露
日本的朝日罐（Asaki tank,1965年），美国的通 用罐（uni-tank,1968年），西班牙的球形罐 （SpHero tank,1975年），迄今为止，使用的大 型发酵罐容量已达1500t。
《发酵罐及灭菌方法》PPT课件
（airlift reactor) 内管型；外管型
精选课件ppt
9
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10
精选课件ppt
11
发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。4 – 20 M3/h 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
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38
5）高温对培养基成分的有害影 响及其防止
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39
消除高温有害影响的措施
（1）采用特殊加热灭菌法 （2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与
其他成分分别灭菌后再合并； （3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，
然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀； （4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合
发酵培养基：使微生物积累代谢产物，既 要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老， 又要有利于产物的大量合成。
精选课件ppt
29
2、培养基的灭菌
1）空罐灭菌 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
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发酵罐按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
精选课件ppt
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发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。4 – 20 M3/h 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
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5）高温对培养基成分的有害影 响及其防止
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消除高温有害影响的措施
（1）采用特殊加热灭菌法 （2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与
其他成分分别灭菌后再合并； （3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，
然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀； （4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合
发酵培养基：使微生物积累代谢产物，既 要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老， 又要有利于产物的大量合成。
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2、培养基的灭菌
1）空罐灭菌 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
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发酵罐按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
《气升式发酵罐》课件
《气升式发酵罐》 ppt课件
REPORTING
• 气升式发酵罐简介 • 气升式发酵罐的应用 • 气升式发酵罐的设计与优化 • 气升式发酵罐的操作与维护 • 气升式发酵罐的发展趋势与展望
目录
PART 01
气升式发酵罐简介
REPORTING
定义与特点
定义
气升式发酵罐是一种利用气体提 升液体的方式进行混合、传质和 传热过程的设备，常用于生物发 酵领域。
乳制品加工
在气升式发酵罐中发酵生产酸奶、 奶酪等乳制品，丰富产品种类和风 味。
在环境保护领域的应用
有机废弃物处理
气升式发酵罐可用于有机 废弃物的厌氧消化处理， 实现废弃物的资源化利用 。
废水处理
通过气升式发酵罐进行废 水处理，降低污染物浓度 ，提高废水处理效率。
沼气生产
利用气升式发酵罐将有机 废弃物转化为沼气，为可 再生能源的开发利用提供 支持。
PART 05
气升式发酵罐的发展趋势 与展望
REPORTING
新型气升式发酵罐的研究与开发
新型气升式发酵罐的研究
01
新型气升式发酵罐的设计与开发，旨在提高发酵效率、降低能
耗和减少环境污染。
新型气升式发酵罐的特点
02
具有更高的传质效率和更低的能源消耗，同时能够更好地控制
发酵过程，提高产品质量和产量。
特点
气升式发酵罐具有结构简单、操 作方便、能耗低、耐腐蚀等优点 ，能够满足大规模生物发酵生产 的需求。
工作原理
工作原理
气升式发酵罐通过气体提升液体的方 式，使发酵液在罐内形成循环流动， 促进微生物与营养物质充分混合，提 高发酵效率。
气体提升
循环流动
发酵液在罐内形成循环流动，使微生 物与营养物质充分混合，提高发酵效 率。
REPORTING
• 气升式发酵罐简介 • 气升式发酵罐的应用 • 气升式发酵罐的设计与优化 • 气升式发酵罐的操作与维护 • 气升式发酵罐的发展趋势与展望
目录
PART 01
气升式发酵罐简介
REPORTING
定义与特点
定义
气升式发酵罐是一种利用气体提 升液体的方式进行混合、传质和 传热过程的设备，常用于生物发 酵领域。
乳制品加工
在气升式发酵罐中发酵生产酸奶、 奶酪等乳制品，丰富产品种类和风 味。
在环境保护领域的应用
有机废弃物处理
气升式发酵罐可用于有机 废弃物的厌氧消化处理， 实现废弃物的资源化利用 。
废水处理
通过气升式发酵罐进行废 水处理，降低污染物浓度 ，提高废水处理效率。
沼气生产
利用气升式发酵罐将有机 废弃物转化为沼气，为可 再生能源的开发利用提供 支持。
PART 05
气升式发酵罐的发展趋势 与展望
REPORTING
新型气升式发酵罐的研究与开发
新型气升式发酵罐的研究
01
新型气升式发酵罐的设计与开发，旨在提高发酵效率、降低能
耗和减少环境污染。
新型气升式发酵罐的特点
02
具有更高的传质效率和更低的能源消耗，同时能够更好地控制
发酵过程，提高产品质量和产量。
特点
气升式发酵罐具有结构简单、操 作方便、能耗低、耐腐蚀等优点 ，能够满足大规模生物发酵生产 的需求。
工作原理
工作原理
气升式发酵罐通过气体提升液体的方 式，使发酵液在罐内形成循环流动， 促进微生物与营养物质充分混合，提 高发酵效率。
气体提升
循环流动
发酵液在罐内形成循环流动，使微生 物与营养物质充分混合，提高发酵效 率。
发酵罐的设计PPT演示课件
23
4 空气分布管
作用：使通入的空气均匀分布
型式： 单管式 正对罐底，距罐底 40mm，罐底衬不锈 钢圆板，防空气冲击
环 式 不常用，易堵。
24
5 传动装置 （1）变速装置：无级变速与皮带轮变速。10级
(500)，八级(750)，六级(1000)，从主动轮直径比 要小于7，以增加吃带面积。另外拉大主、从动 轮间距也可增加吃带面积。
时自动吸入空气。
41
42
2.2.2 定子与转子的结构与类型
将液转 气体子 体甩的 吸出作 入，用 。形：
成将 内转 部子 真内 空的 ，
打体定 碎混子 ，匀的 促，作 进甩用 溶出： 氧，将 。将气
大体 气与 泡液
43
44
45
46
2.2.3 自吸式发酵罐的优缺点
优点: 不需另设空气制备系统,投资少,能耗低,吸 入的气泡小,溶氧效果好,是通用罐的3倍.
5
2.1 通风机械搅拌发酵罐
2.1.1罐体尺寸 2.1.2罐的结构 2.1.3罐容积的计算 2.1.4罐的优缺点
6
2.1.2 罐的结构
图6-1 小型发酵罐结构图 1.三角皮带转轴；2.轴承支柱；3.联轴节； 4.轴封；5.窥镜；6.取样口；7.冷却水出口； 8.夹套；9.螺旋片；10.温度计；11.轴；12. 搅拌器；13.底轴承；14.放料口；15.冷水进 口；16.通风管；17.热电偶接口；18.挡板； 19.接压力表；20.手孔；21.电动机；22.排 气孔；23.取样口；24.进料口；25.压力表接 口；26.窥镜；27.手孔；28.补料口
26
6 轴封
型式：端面轴封和填料函式轴封 作用：密封搅拌轴与罐顶（底）间的
缝隙，防止泄漏和染菌 组成：
4 空气分布管
作用：使通入的空气均匀分布
型式： 单管式 正对罐底，距罐底 40mm，罐底衬不锈 钢圆板，防空气冲击
环 式 不常用，易堵。
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5 传动装置 （1）变速装置：无级变速与皮带轮变速。10级
(500)，八级(750)，六级(1000)，从主动轮直径比 要小于7，以增加吃带面积。另外拉大主、从动 轮间距也可增加吃带面积。
时自动吸入空气。
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2.2.2 定子与转子的结构与类型
将液转 气体子 体甩的 吸出作 入，用 。形：
成将 内转 部子 真内 空的 ，
打体定 碎混子 ，匀的 促，作 进甩用 溶出： 氧，将 。将气
大体 气与 泡液
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2.2.3 自吸式发酵罐的优缺点
优点: 不需另设空气制备系统,投资少,能耗低,吸 入的气泡小,溶氧效果好,是通用罐的3倍.
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2.1 通风机械搅拌发酵罐
2.1.1罐体尺寸 2.1.2罐的结构 2.1.3罐容积的计算 2.1.4罐的优缺点
6
2.1.2 罐的结构
图6-1 小型发酵罐结构图 1.三角皮带转轴；2.轴承支柱；3.联轴节； 4.轴封；5.窥镜；6.取样口；7.冷却水出口； 8.夹套；9.螺旋片；10.温度计；11.轴；12. 搅拌器；13.底轴承；14.放料口；15.冷水进 口；16.通风管；17.热电偶接口；18.挡板； 19.接压力表；20.手孔；21.电动机；22.排 气孔；23.取样口；24.进料口；25.压力表接 口；26.窥镜；27.手孔；28.补料口
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6 轴封
型式：端面轴封和填料函式轴封 作用：密封搅拌轴与罐顶（底）间的
缝隙，防止泄漏和染菌 组成：
发酵罐2015ppt课件
发酵罐的基本特征
（ 1 ）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧 的利用率较高。 （2）发酵罐能承受一定的压力。 （ 3 ）其搅拌通风装置要保证发酵液必需的溶解氧。 （ 4 ）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢， 能彻底灭菌，避免染菌。 （5）发酵罐应具有足够的冷却面积。 （6）搅拌器的轴封应严密，以减少泄漏。
第四阶段：1960～1979年。机械搅拌通风发酵罐 的容积增大到80～150m33。由于大规模生产单细 胞蛋白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型 的发酵罐，它可以克服一些气体交换和热交换问 题。计算机开始在发酵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，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规 模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素、干扰素等 基因工程的产品走上商品化。
酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发酵罐 因不需要通入昂贵的无菌空气，因此在设备 放大、制造和操作时，都比好气发酵设备简 单得多。
二、通气发酵罐的类型
（一） 机械搅拌通气发酵罐 工作原理 几何尺寸 结构 通气与搅拌 热量传递
发酵罐2015
内容概述 1、发酵罐 2、发酵罐的作用 3、发酵罐的分类 4、发酵罐的结构
一、发酵罐
发酵罐：是为一个特定生物化学过程的操作 提供良好而满意的环境的容器。
对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时 附带精密控制系统； 而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开 口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
第二节 发酵罐的类型与结构 根据反应是否需要氧气微生物反应器可分为: 一、厌氧发酵罐（厌氧微生物反应器） 二、通气发酵罐（需氧微生物反应器）
发酵罐基本知识-PPT课件
14
15
发酵罐的几种工作状态
空消 装料 实消 接种 发酵 放罐 清洗
空气 蒸汽 冷却水 物料、补料管 接种管 取样、放料管
压力 温度 pH 溶氧 搅拌速度
16
与不同工作状态 相应的，是各种 管道和阀门的开、 关 不仅注意罐的结 构，更要注意管 道与罐的连接
72 . 63 3 48 . 42 m 2 75 %
50 ＝ ＝ 3.09 m 取为50立方米，若取高径比为2，则有 D 1.7
3
取3.1m，则 H=2D=6.2m。其它参数计算代入公式。。。
34
2. 搅拌器
搅拌器的作用是： 产生强大的总体流动：宏观均匀 产生强烈的湍动： 微观均匀
可反复灭菌 （耐压性能 ，材料要求） 不易染菌 （设备简单，少死角 ） 供氧 混合 （通气、搅拌设备） 加热和冷却功能 （传热设备 ） 加料、补料、放料 （附属管道、阀门 ） 参数检测 （温度、pH、溶氧电极 ）
也有些要求相对简单的液体培养设备
10
多种设计结构均可完成上述功能
按供氧方式 分：
7
表 小型发酵罐技术参数
公称容积 50L 200L 500L 800L 筒体高度 H(mm) 813 1110 1400 1600 筒体直径 D1(mm) φ 300 φ 500 φ 700 φ 800 夹套直径 D2(mm) φ 400 φ 600 φ 800 φ 900 转速 r/min 340 340 321 200 电机功率 KW 0.55 0.75 1.5 2.2
1000L
1200L 2000L
1600
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48
请看FLASH动画 1234.swf
这是一个虚拟发酵罐内机械轴封组装试验的Flash动画。你能把 它组装起来吗？
49
机械轴封与填料函轴封相比:
轴不受磨损。 为什么？ 摩擦功率耗损少，约为填料函密封的10～50％ 密封可靠，长期使用很少泄漏。 无死角，可以防止杂菌污染。 对轴的精度和光洁度没有填料函要求严格。 其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和
国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流向型搅 拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率下降，发 酵指数也提高了近15％。
40
3. 挡板
挡板的作用：改变液流的方向，将切向流改为轴向流, 防止产生漩涡
数目通常为4～6块，其宽度为0.1～0.12 D
全挡板条件：是指在搅拌罐中再增加挡板或其它附件时, 搅拌功率不再增加。（消除液面漩涡的最低条件）。
35
流型
径向流（流体流动的方向垂直于搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再 回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。）
轴向流（流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推 动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上 下循环流）
切向流（无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流 速高时液体表面会形成旋涡，此时流体从浆叶周围周 向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。）
813 1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
筒体直径 D1(mm)
φ300 φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
夹套直径 D2(mm)
φ400 φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
1.每个工作日所需处理的成熟发酵液的量？
2.发酵罐的公称容积及主要尺寸。
V0
1000 400 8 740 30016 0.65 0.95 0.75 22000
48.42m3
33
解：
每年产的链霉素总单位数为 400109 740 u
每年所需的发酵液体积为
400 10 9 22000
740 10 6 95% 65%
端面间有层极薄的液体，起 密封作用
46
机械轴封的密封原理
2 静环与压盖之间的密封： 用有弹性的辅助密封圈来防止液体从
静环与压盖之间泄漏。
这是一静密封。
3 动环与轴之间的密封： 也是用辅助密封圈来防止液体从动环
与轴之间泄漏。
这也是一个相对静止的密封。
47
动环的硬度应比静环大。 动环的材料可用铸铁、硬质合金、高合金钢等 静环最常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。
越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
新建的酒精生产企业，其发酵罐单罐容积一般在 1000-2000米3之间
7
表 小型发酵罐技术参数
公称容积
50L 200L 500L 800L 1000L 1200L 2000L 3000L 5000L
筒体高度 H(mm)
罐
14
15
发酵罐的几种工作状态
空消 装料 实消 接种 发酵 放罐 清洗
✓ 空气 ✓ 蒸汽 ✓ 冷却水 ✓ 物料、补料管 ✓ 接种管 ✓ 取样、放料管
➢ 压力 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 搅拌速度
16
与不同工作状态 相应的，是各种 管道和阀门的开、 关
不仅注意罐的结 构，更要注意管 道与罐的连接
筒体直径 mm
1800 2200 2400 2800-3000 3000-3200 3200 3600 4600
换热面积 m2
12 21 34 38-60 65 84 114 221
转速 r/min
150 154 180 160 160 165 170 142
电机功 率 kw 7.5 30 45
55
宏观翻动
38
轴向式搅拌器 桨叶式 旋桨式
Lightnin式
39
工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的搅 拌器
上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器， 下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。
以三层搅拌器为例，最下层仍采用径向型的涡轮搅拌器， 其余两层改用轴向流型搅拌器时，与三层均采用径向流 搅拌器相比，功率消耗可降低15－30％。
23
二
湖南衡阳市
24
25
26
27
罐体的尺寸比例：以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
通用发酵罐 D
罐筒身高 挡板宽度
H0 =2 D B =0.1D
搅拌器间距
S=2d
下搅拌器距底间距C= d
系数范围 1/2－1/3 1.7－3 1/8－1/12 1.5－2.5 0.8－1.0
过高会如何？
液柱增高，进罐要求的空气压力必须提高，空压机的能耗增加 在罐底气泡受压后体积缩小，气液界面的面积减小 过高的液柱高度,虽增加了O2的分压，但同样增加CO2分压，增加了 二氧化碳浓度，可能抑制某些发酵菌种 而且罐体的高度,同厂房高度密切相关。
32
例1.1 发酵罐数量与尺寸的计算
现设计一年产量为400吨的链霉素车间，成品效价要求为 740单位/毫克，平均发酵水平为22000单位/毫升，包括辅助 时间在内的发酵周期为8天，若发酵液收率为95%，提炼总 收率为65%，发酵罐总台数为16台，装料系数为75%，年 工作日以300天计，求
用于发酵罐，它的缺点是：
死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌； 轴的磨损情况较严重； 填料压紧后摩擦功率消耗大； 寿命短，经常维修，耗工时多。
故在发酵罐上，多数不用 但在后续章节，其它设备中，它会出现
44
机械轴封
又称端面轴封，由弹性元件、动环和静环组成。 动环固定在轴上，随轴一起转动。静环装在壳体
HL ha
Hb
装料的液面高度
封头凸出部分的高度，标准椭圆封 头有： ha ＝0.25D 封头直边高度，据壁厚一般取25、
40、 50mm
28
29
椭圆封头的容积计算公式：
《化工设备设计手册》
Vb
4
D 2 hb
6
D 2 ha
4
D
2
hb
1 6
D
因标准椭圆封头，ha=1/4 D
在忽略hb后，有： Vb 0.13D3
大中型发酵罐：整体焊接。 5吨以下罐，用夹套加热和冷却 5吨以上罐，用罐内的蛇管加热和冷却
20
发酵罐：是 薄壁压力容器
操作不当，会造成失稳，原因较多， 下面举例说明
21
内筒不锈钢，外夹套普通碳素钢
22
一
某厂曾因蒸汽实罐灭菌后，罐体长时间处于密 封状态, 蒸汽冷凝后罐内成真空, 最后导致罐体 成外压失稳。
按供氧方式 分：
机械搅拌通风式 气升式 自吸式
还可按搅拌方式 分：
上搅拌 下搅拌
11
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、结构
轴封 消泡器 联轴器 搅拌器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
小罐与大罐有不同 的设计
12
哪个是小罐？
13
台面
空间 物
料
布置
36
径向式搅拌器
涡轮式搅拌器分为：平叶式、弯叶式、箭叶式三种
涡轮搅拌器要安一个圆盘
为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿轴上升
37
相同半径、转速时，功率消耗：
平叶＞弯叶＞箭叶
相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力：
平叶＞弯叶＞箭叶
微观湍动
相同搅拌功率下，三者翻动流体的能力：
平叶＜弯叶＜箭叶
第三节 厌氧发酵设备
5
发酵罐的 大小的大致概念
室验室用发酵罐 1 L--50L 中试用发酵罐 50L--5000L
6
生产用发酵罐的大小
抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主
氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3
国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵 罐, 折合公称容积为380 米3
生物工程设备
设备的原理、结构、功 能
设备的计算、选型
设备的搭配实例
液体发酵设备 培养基制备与灭菌设备 固液分离设备 无菌空气制备设备 萃取设备 层析与离子交换设备 蒸发、结晶设备 精馏设备 干燥设备
1
参考书
生物工程设备，陈国豪，化学工业出版社，2007 生物工程设备，段开红，科学出版社，2007 生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2002 生物工程设备，郑裕国，化学工业出版社，2007 抗生素生产设备，俞俊棠，化学工业出版社，1984 生物工程设备，高平，化学工业出版社，2006
2
每次课后，课件均会发往： bioequipment@ 密码：gjxy05 （即国际学院05） 大家可去下载
3
第一章 液体发酵设备
4
提纲
第一节 机械搅拌通风发酵罐
发酵罐的结构与功能 计算：数量、尺寸、换热面积、搅拌功率 发酵罐中的氧传递 发酵罐的放大设计
第二节 其它类型的通风发酵罐
取3.1m，则 H=2D=6.2m。其它参数计算代入公式。。。 34
2. 搅拌器
搅拌器的作用是： 产生强大的总体流动：宏观均匀 产生强烈的湍动： 微观均匀
翻动 剪切
搅拌产生三种基本流型： 切向流、 轴向流、 径向流。
三种基本流型，同时存在。
其中，轴向流与径向流对混合起主要作用 而切向流应加以抑制，可通过加入挡板来削弱。
65 100 130 215
9
发酵罐应该满足什么功能？
可反复灭菌
（耐压性能 ，材料要求）
不易染菌
（设备简单，少死角 ）
请看FLASH动画 1234.swf
这是一个虚拟发酵罐内机械轴封组装试验的Flash动画。你能把 它组装起来吗？
49
机械轴封与填料函轴封相比:
轴不受磨损。 为什么？ 摩擦功率耗损少，约为填料函密封的10～50％ 密封可靠，长期使用很少泄漏。 无死角，可以防止杂菌污染。 对轴的精度和光洁度没有填料函要求严格。 其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和
国内医药行业在50m3发酵罐内，上两档改装轴流向型搅 拌器，作土霉素发酵试验表明，不但消耗功率下降，发 酵指数也提高了近15％。
40
3. 挡板
挡板的作用：改变液流的方向，将切向流改为轴向流, 防止产生漩涡
数目通常为4～6块，其宽度为0.1～0.12 D
全挡板条件：是指在搅拌罐中再增加挡板或其它附件时, 搅拌功率不再增加。（消除液面漩涡的最低条件）。
35
流型
径向流（流体流动的方向垂直于搅拌轴，沿径向流动， 碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再 回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动。）
轴向流（流体流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推 动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上 下循环流）
切向流（无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流 速高时液体表面会形成旋涡，此时流体从浆叶周围周 向卷吸至桨叶区的流量很小，混合效果很差。）
813 1110 1400 1600 1600 1800 2100 2200 3000
筒体直径 D1(mm)
φ300 φ500 φ700 φ800 φ900 φ900 φ1100 φ1200 φ1400
夹套直径 D2(mm)
φ400 φ600 φ800 φ900 φ1000 φ1000 φ1200 φ1300 φ1500
1.每个工作日所需处理的成熟发酵液的量？
2.发酵罐的公称容积及主要尺寸。
V0
1000 400 8 740 30016 0.65 0.95 0.75 22000
48.42m3
33
解：
每年产的链霉素总单位数为 400109 740 u
每年所需的发酵液体积为
400 10 9 22000
740 10 6 95% 65%
端面间有层极薄的液体，起 密封作用
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机械轴封的密封原理
2 静环与压盖之间的密封： 用有弹性的辅助密封圈来防止液体从
静环与压盖之间泄漏。
这是一静密封。
3 动环与轴之间的密封： 也是用辅助密封圈来防止液体从动环
与轴之间泄漏。
这也是一个相对静止的密封。
47
动环的硬度应比静环大。 动环的材料可用铸铁、硬质合金、高合金钢等 静环最常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。
越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。
新建的酒精生产企业，其发酵罐单罐容积一般在 1000-2000米3之间
7
表 小型发酵罐技术参数
公称容积
50L 200L 500L 800L 1000L 1200L 2000L 3000L 5000L
筒体高度 H(mm)
罐
14
15
发酵罐的几种工作状态
空消 装料 实消 接种 发酵 放罐 清洗
✓ 空气 ✓ 蒸汽 ✓ 冷却水 ✓ 物料、补料管 ✓ 接种管 ✓ 取样、放料管
➢ 压力 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 搅拌速度
16
与不同工作状态 相应的，是各种 管道和阀门的开、 关
不仅注意罐的结 构，更要注意管 道与罐的连接
筒体直径 mm
1800 2200 2400 2800-3000 3000-3200 3200 3600 4600
换热面积 m2
12 21 34 38-60 65 84 114 221
转速 r/min
150 154 180 160 160 165 170 142
电机功 率 kw 7.5 30 45
55
宏观翻动
38
轴向式搅拌器 桨叶式 旋桨式
Lightnin式
39
工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的搅 拌器
上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器， 下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。
以三层搅拌器为例，最下层仍采用径向型的涡轮搅拌器， 其余两层改用轴向流型搅拌器时，与三层均采用径向流 搅拌器相比，功率消耗可降低15－30％。
23
二
湖南衡阳市
24
25
26
27
罐体的尺寸比例：以罐体直径D、搅拌器直径d为基准
通用发酵罐 D
罐筒身高 挡板宽度
H0 =2 D B =0.1D
搅拌器间距
S=2d
下搅拌器距底间距C= d
系数范围 1/2－1/3 1.7－3 1/8－1/12 1.5－2.5 0.8－1.0
过高会如何？
液柱增高，进罐要求的空气压力必须提高，空压机的能耗增加 在罐底气泡受压后体积缩小，气液界面的面积减小 过高的液柱高度,虽增加了O2的分压，但同样增加CO2分压，增加了 二氧化碳浓度，可能抑制某些发酵菌种 而且罐体的高度,同厂房高度密切相关。
32
例1.1 发酵罐数量与尺寸的计算
现设计一年产量为400吨的链霉素车间，成品效价要求为 740单位/毫克，平均发酵水平为22000单位/毫升，包括辅助 时间在内的发酵周期为8天，若发酵液收率为95%，提炼总 收率为65%，发酵罐总台数为16台，装料系数为75%，年 工作日以300天计，求
用于发酵罐，它的缺点是：
死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌； 轴的磨损情况较严重； 填料压紧后摩擦功率消耗大； 寿命短，经常维修，耗工时多。
故在发酵罐上，多数不用 但在后续章节，其它设备中，它会出现
44
机械轴封
又称端面轴封，由弹性元件、动环和静环组成。 动环固定在轴上，随轴一起转动。静环装在壳体
HL ha
Hb
装料的液面高度
封头凸出部分的高度，标准椭圆封 头有： ha ＝0.25D 封头直边高度，据壁厚一般取25、
40、 50mm
28
29
椭圆封头的容积计算公式：
《化工设备设计手册》
Vb
4
D 2 hb
6
D 2 ha
4
D
2
hb
1 6
D
因标准椭圆封头，ha=1/4 D
在忽略hb后，有： Vb 0.13D3
大中型发酵罐：整体焊接。 5吨以下罐，用夹套加热和冷却 5吨以上罐，用罐内的蛇管加热和冷却
20
发酵罐：是 薄壁压力容器
操作不当，会造成失稳，原因较多， 下面举例说明
21
内筒不锈钢，外夹套普通碳素钢
22
一
某厂曾因蒸汽实罐灭菌后，罐体长时间处于密 封状态, 蒸汽冷凝后罐内成真空, 最后导致罐体 成外压失稳。
按供氧方式 分：
机械搅拌通风式 气升式 自吸式
还可按搅拌方式 分：
上搅拌 下搅拌
11
第一节 机械搅拌通风发酵罐
一、结构
轴封 消泡器 联轴器 搅拌器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
小罐与大罐有不同 的设计
12
哪个是小罐？
13
台面
空间 物
料
布置
36
径向式搅拌器
涡轮式搅拌器分为：平叶式、弯叶式、箭叶式三种
涡轮搅拌器要安一个圆盘
为了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿轴上升
37
相同半径、转速时，功率消耗：
平叶＞弯叶＞箭叶
相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力：
平叶＞弯叶＞箭叶
微观湍动
相同搅拌功率下，三者翻动流体的能力：
平叶＜弯叶＜箭叶
第三节 厌氧发酵设备
5
发酵罐的 大小的大致概念
室验室用发酵罐 1 L--50L 中试用发酵罐 50L--5000L
6
生产用发酵罐的大小
抗生素发酵罐的容积以80～200 米3 为主
氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～300 米3
国际上最大标准式发酵罐为美国ADM 公司赖氨酸发酵 罐, 折合公称容积为380 米3
生物工程设备
设备的原理、结构、功 能
设备的计算、选型
设备的搭配实例
液体发酵设备 培养基制备与灭菌设备 固液分离设备 无菌空气制备设备 萃取设备 层析与离子交换设备 蒸发、结晶设备 精馏设备 干燥设备
1
参考书
生物工程设备，陈国豪，化学工业出版社，2007 生物工程设备，段开红，科学出版社，2007 生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2002 生物工程设备，郑裕国，化学工业出版社，2007 抗生素生产设备，俞俊棠，化学工业出版社，1984 生物工程设备，高平，化学工业出版社，2006
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每次课后，课件均会发往： bioequipment@ 密码：gjxy05 （即国际学院05） 大家可去下载
3
第一章 液体发酵设备
4
提纲
第一节 机械搅拌通风发酵罐
发酵罐的结构与功能 计算：数量、尺寸、换热面积、搅拌功率 发酵罐中的氧传递 发酵罐的放大设计
第二节 其它类型的通风发酵罐
取3.1m，则 H=2D=6.2m。其它参数计算代入公式。。。 34
2. 搅拌器
搅拌器的作用是： 产生强大的总体流动：宏观均匀 产生强烈的湍动： 微观均匀
翻动 剪切
搅拌产生三种基本流型： 切向流、 轴向流、 径向流。
三种基本流型，同时存在。
其中，轴向流与径向流对混合起主要作用 而切向流应加以抑制，可通过加入挡板来削弱。
65 100 130 215
9
发酵罐应该满足什么功能？
可反复灭菌
（耐压性能 ，材料要求）
不易染菌
（设备简单，少死角 ）