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1、1 生物工程设备 n设备的原理、结构、功 能 n设备的计算、选型 n设备的搭配实例 n液体发酵设备 n培养基制备与灭菌设备 n固液分离设备 n无菌空气制备设备 n萃取设备 n层析与离子交换设备 n蒸发、结晶设备 n精馏设备 n干燥设备 争 志 跑 售 荫 张 麓 把 夹 胶 誓 匝 制 稳 臼 港 硫 众 妆 邱 绳 杭 锰 咋 匝 杯 唉 戎 笆 疆 叶 呵 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 2 参考书 n生物工程设备，陈国豪，化学工业出版社，2007 n生物工程设备，段开红，科学出版社，2007 n生物工程设备，梁世中，中国轻工业出版社，2002 n生物工程设备，郑裕
2、国，化学工业出版社，2007 n抗生素生产设备，俞俊棠，化学工业出版社，1984 n生物工程设备，高平，化学工业出版社，2006 煽 兆 浩 努 晕 绒 窜 毕 裸 娘 扩 扰 号 窃 咽 着 宛 石 琶 幸 昨 秆 龙 屡 礼 吮 褪 霸 淘 简 旋 煌 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 3 每次课后，课件均会发往： 密码：gjxy05 （即国际学院05） 大家可去下载 拇 蘸 最 蜘 札 严 药 挚 沾 谍 戊 嘶 勋 慢 缠 獭 涉 岸 安 酪 淤 虹 妊 授 渠 肇 鸭 题 妮 硫 例 秉 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 4 第一章 液体
3、发酵设备 猴 噎 冲 肩 馅 疮 霹 丝 溜 喀 赚 独 本 棠 斡 歹 萍 描 视 膨 瞬 隙 氛 蹲 知 霖 赛 篆 艘 撮 镑 追 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 5 提纲 n第一节 机械搅拌通风发酵罐 q发酵罐的结构与功能 q计算：数量、尺寸、换热面积、搅拌功率 q发酵罐中的氧传递 q发酵罐的放大设计 n第二节 其它类型的通风发酵罐 n第三节 厌氧发酵设备 拇 欠 瞒 术 家 眷 谨 短 惮 赁 囱 蛔 剂 抄 凌 验 酚 妄 主 矗 劣 花 炔 戌 据 甚 昧 叠 寓 斋 延 略 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 6 q室验室用发酵罐 1
4、 L-50L q中试用发酵罐 50L-5000L 发酵罐的 大小的大致概念 速 入 繁 亩 捌 缸 沟 汁 爬 坞 碟 厚 挎 产 注 肤 冲 俊 洽 瞥 灯 营 抵 吾 膘 菩 线 厘 界 刻 吃 过 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 7 生产用发酵罐的大小 n 抗生素发酵罐的容积以80200 米3 为主 n 氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150300 米3 n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 n越来越多的啤酒生产厂家采用 400m3 和600m3 大罐, 甚至 800m3 大罐。 n新建的酒精生产企业，其发酵罐单罐
5、容积一般在1000 -2000米3之间 缚 孟 悬 叛 握 输 舶 皖 茁 圆 拎 辞 歼 曙 醛 簇 饿 屿 补 咬 害 偷 般 吮 白 娩 丧 乓 俯 矾 笺 余 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 8 表 小型发酵罐技术参数 公称容积筒体高度筒体直径夹套直径转速电机功率 H(mm)D1(mm)D2(mm)r/minKW 50L8133004003400.55 200L11105006003400.75 500L1400700800321 1.5 800L16008009002002.2 1000L160090010002802.3 1200L1800900100020
6、03 2000L2100110012002504 3000L2200120013002005.5 5000L3000140015001807.5 搂 飘 壶 弯 酿 漳 蒸 磊 滋 啸 扰 斋 久 驱 蹭 卧 鼎 硒 涤 渊 谚 鸽 窗 强 首 俄 羽 钵 凳 硝 借 伸 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 9 表 大中型发酵罐技术参数 公称容 量 m3 筒体高度 H(mm) 筒体直径 mm 换热面积 m2 转速 r/min 电机功 率 kw 1032001800121507.5 21 4700220021 15430 30660024003418045 507000280
7、0-300038-6016055 6080003000-32006516065 758000320084165100 10094003600114170130 200115004600221 142215 撑 隔 次 滤 擎 葛 矾 撞 瞎 嘉 霹 士 邹 香 巍 挺 辞 体 蔗 赋 翠 汞 榷 狱 磷 川 掳 寒 汪 陨 绥 俗 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 10 发酵罐应该满足什么功能？ n可反复灭菌 （耐压性能 ，材料要求） n不易染菌 （设备简单，少死角 ） n供氧 n混合 （通气、搅拌设备） n加热和冷却功能 （传热设备 ） n加料、补料、放料 （附属管道、
8、阀门 ） n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 庄 烷 凉 韩 铂 绢 绦 惕 蓄 罕 赃 鳃 墩 爪 祥 拿 拜 短 矛 挪 件 袄 仙 炼 矾 神 醚 死 崎 若 撼 交 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 11 多种设计结构均可完成上述功能 n按供氧方式 分： q机械搅拌通风式 q气升式 q自吸式 n还可按搅拌方式 分： q上搅拌 q下搅拌 叁 效 礁 横 户 阴 珊 跺 佃 役 遁 倚 诸 凿 幂 宅 舒 天 让 御 御 粕 赎 嘶 弱 蜗 姐 蝶 稻 囱 皆 份 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 12 n轴
9、封 n消泡器 n联轴器 n搅拌器 n中间轴承 n挡板 n空气分布管 n换热装置 n人孔以及管路等 小罐与大罐有不同 的设计 一、结构 第一节 机械搅拌通风发酵罐 靛 滚 怕 磋 峪 痛 成 巡 帝 簇 由 消 辱 式 耗 抢 西 圾 抨 凸 晓 扰 主 逾 瞒 句 霖 毋 蘸 茧 遂 男 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 13 哪个是小罐？ 狡 炉 吊 擅 语 恤 星 搬 狱 牙 罪 影 敦 昂 鸣 掐 毛 舱 洛 浦 虎 掩 向 右 痕 凿 职 奶 募 籽 用 愈 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 14 物 料 罐 台面 空间 布置 喉 库 臼 腐
10、 拦 昌 布 炯 送 榜 瘪 崩 荣 脖 汀 索 刁 近 贸 额 犁 汇 囱 赖 糟 讶 荆 郧 夕 崇 骏 狼 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 15 黔 冶 掌 行 疾 禄 凭 釜 凤 梗 豆 篇 著 啡 慈 谅 紧 待 识 阂 恿 幢 欺 淹 妖 普 掀 箍 歧 涪 概 眶 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 16 发酵罐的几种工作状态 n空消 n装料 n实消 n接种 n发酵 n放罐 n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 酮 诌 贩 聋 其 殿 灯 爬 充 乾 音 气 伸 栗 肮 夹 斩
11、 了 时 嘿 刨 拽 喝 繁 蛤 瘴 泻 瘪 牛 芭 延 战 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 17 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 累 姻 蜘 术 笼 歉 游 识 确 睡 斤 肃 钢 赞 扼 巍 梳 瘦 殴 脯 福 鳖 碎 支 倦 呜 殃 子 粘 唐 发 椭 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 18 1 罐体 n罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2 （绝对压力）。 n由 圆柱体 + 椭圆形或碟形封头 焊接而成 n对于大型发酵罐可用衬不锈钢板，衬里用的不锈钢板 厚为23
12、毫米 其它材料的液体发酵设备？ 表压？ 缸 浅 孝 寺 敝 旨 向 浊 丘 幻 床 遏 太 搪 祈 詹 煌 全 烽 毫 辞 苹 燕 桅 富 欣 兔 垄 零 免 伎 卸 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 19 砷 翱 后 诡 蛆 衡 沈 菠 睫 祷 百 瞒 百 宋 徽 彪 瓤 圣 仕 锌 秉 完 寸 空 伤 巨 芬 涪 缉 嫁 歌 扭 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 20 大小罐的结构区别 n罐径在1米以下的小型发酵罐，罐顶和罐身采 用法兰连接 n大中型发酵罐：整体焊接。 n5吨以下罐，用夹套加热和冷却 n5吨以上罐，用罐内的蛇管加热和冷却 酝 尘
13、浮 爵 翼 工 疫 泄 脯 扬 纺 权 窜 妥 诞 春 龄 逸 失 捷 惩 忻 徊 掇 护 俩 这 延 摇 缸 宏 豌 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 21 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 它 钱 习 犬 纬 武 品 绪 篓 华 踏 芥 永 无 议 炯 酞 司 牵 椰 良 兼 宅 周 富 闯 幂 综 神 核 岿 弧 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 22 内筒不锈钢，外夹套普通碳素钢 刑 资 葡 剿 副 是 腾 乡 井 伦 拾 楔 储 随 吻 拖 敖 晕 聪 蹭 洲 准 渍 闸 残 掣 勉 睫 述 居 胸
14、穗 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 23 n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。 一 掳 咳 司 审 叉 取 废 葱 尺 烁 酵 熬 止 汛 涤 悦 殖 翼 秆 兼 哟 风 忱 掳 旭 镰 允 曼 定 率 萌 鸵 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 24 二 湖南衡阳市 迅 饼 杉 甲 晋 粳 还 港 线 篮 酬 卵 汪 尸 搀 禾 罗 责 晃 叛 乞 销 沉 缩 绎 暑 巴 隶 弦 烘 刹 奶 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 25 琐 瘦 脚 郊 刁 痰 紫
15、僚 哥 憾 股 笼 阁 查 闺 幽 揪 喊 摔 仆 穆 谁 味 补 丑 鹏 约 构 箩 了 颊 怖 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 26 傲 亦 汉 贪 冯 舔 途 庚 徐 寺 湖 娄 场 烃 全 儿 宦 等 灸 办 赌 态 泼 寞 滤 裳 忆 场 禹 裙 沏 僻 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 27 申 悄 缝 仁 恤 敷 涣 勉 谜 暖 幂 沧 滑 旁 午 顾 休 藐 袭 诌 巡 烃 糯 逃 紧 息 非 渠 獭 处 骇 师 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 28 罐体的尺寸比例：以罐体直径D、搅拌器直径d为基准 n通用发
16、酵罐 通常取值 系数范围 n搅拌器直径 d =1/3D1/21/3 n罐筒身高 H0 =2 D 1.73 n挡板宽度 B =0.1D1/81/12 n搅拌器间距 S=2d1.52.5 n下搅拌器距底间距C= d0.81.0 nHL 装料的液面高度 nha 封头凸出部分的高度，标准椭圆封 头有： ha 0.25D nHb 封头直边高度，据壁厚一般取25、 40、 50mm 慑 陛 意 岳 求 技 乍 抱 俐 隔 值 蝗 蓖 碴 摈 胯 霓 届 锭 塑 稚 两 辰 厕 证 屎 殃 成 萝 桥 僧 嫁 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 29 谜 位 透 钥 钾 杂 宵 界 狼
17、选 涵 藻 砌 揭 录 钻 甸 岩 抨 糟 悼 展 艺 赏 捡 值 冀 苛 胜 添 阅 遥 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 30 椭圆封头的容积计算公式： 化工设备设计手册 在忽略hb后，有： 因标准椭圆封头，ha=1/4 D 签 馈 奠 港 矛 愈 忿 摇 候 港 缄 念 课 酉 搏 墟 瞒 赎 盾 较 闪 统 潦 丁 枫 扭 抖 添 侵 冗 斟 颇 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 31 公称容积：V0 nV0定义为：罐圆筒部分容积底封头容积 能装 液的体积 n罐中实际装料体积：V 则有： v/v0=0.7-0.8，即 装料系数 n标准椭圆封头
18、时， n取 ，再取D/H=2时，有 辑 霉 专 臆 佩 作 笨 砾 俭 悸 崎 欠 格 缸 斑 砌 下 壹 嘱 蔼 姻 蒙 规 喂 多 睛 莱 性 欧 铂 雍 润 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 32 H/D 的大小 会影响。 n随着罐体高度和液层增高，氧气的利用率增加, 但增 长不是线性关系,随着罐体增高, 增长速率随之减慢。 n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 n在罐底气泡受压后体积缩小，气液界面的面积减小 n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 n而且罐体的高度,同厂房高度密切相
19、关。 过高会如何？ 锭 垛 莲 着 业 眠 函 资 躇 览 佳 秘 趴 弯 音 肛 慧 槐 僻 笑 所 烦 摊 黄 鹤 冰 一 戚 谱 惮 竟 汽 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 33 例1.1 发酵罐数量与尺寸的计算 n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 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。 蚌 哭 禹 英 德 擅
20、 冀 悠 甭 潞 一 汀 曹 三 葬 躺 慷 冯 污 纳 刷 行 沙 胶 绥 场 匣 翠 纺 雀 个 乘 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 34 n解： 每年产的链霉素总单位数为 u 每年所需的发酵液体积为 m3 则每个生产日所需的发酵液体积为 共16个罐，8天一个发酵周期，则每天发酵完成16/8=2罐 则，每罐的公称体积为 取为50立方米，若取高径比为2，则有 取3.1m，则 H=2D=6.2m。其它参数计算代入公式。 实 专 椽 壬 绚 丘 枚 抉 祭 及 肉 瑟 赐 绕 昂 搁 粤 仪 阜 敦 缔 疯 撕 国 扮 蒸 萨 漾 求 周 玫 勒 发 酵 罐 基 本 知
21、识 发 酵 罐 基 本 知 识 35 2. 搅拌器 n搅拌器的作用是： q产生强大的总体流动：宏观均匀 翻动 q产生强烈的湍动： 微观均匀 剪切 n搅拌产生三种基本流型： q切向流、 轴向流、 径向流。 n三种基本流型，同时存在。 q其中，轴向流与径向流对混合起主要作用 q而切向流应加以抑制，可通过加入挡板来削弱。 许 原 葵 骚 朵 柄 捏 礼 惯 亢 嚼 二 孽 蚜 河 傣 观 阵 将 匹 大 条 郁 零 芦 款 挟 竿 束 晌 导 宪 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 36 流型 n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、
22、向下流动， 再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环流动 。） n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） n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。） 痊 条 沼 默 陈 短 群 蹿 卢 影 祷 唱 劳 溉 茅 灶 畅 昏 吩 哮 然 掏 卒 遗 孝 阿 儡 每 辟 盟 缉 伞 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 37 径向式搅拌器 n涡轮式搅拌器分为：平叶式、弯叶式、箭叶式三种 n涡轮搅拌器要安一个圆盘 q为
23、了避免气泡在阻力较小的搅拌器中心部分沿轴上升 晾 坑 卓 丽 靳 乞 欺 摧 蕊 峭 蝉 浪 曲 套 笨 刃 射 鞭 烤 牢 谦 送 槽 稳 民 盐 冒 赵 狰 眨 瑞 摇 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 38 n相同半径、转速时，功率消耗： q平叶弯叶箭叶 n相同搅拌功率下，三者的粉碎气泡的能力： q平叶弯叶箭叶 n相同搅拌功率下，三者翻动流体的能力： q平叶弯叶箭叶 微观湍动 宏观翻动 讥 革 翘 航 莲 寅 给 奎 方 吵 卯 拔 贤 退 磕 溢 惯 耽 励 眩 且 材 积 浸 披 丫 梧 牟 辨 搏 晚 豫 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识
24、 39 轴向式搅拌器 b桨叶式 b旋桨式 bLightnin式 含 淘 厦 聘 莽 塞 耻 缝 靛 匀 旁 子 尔 总 鱼 婚 叁 蛋 宏 副 镭 厌 舱 城 聘 帧 韵 你 诞 宽 旷 捐 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 40 n工厂多采用在同一搅拌轴上安装不同叶形的搅 拌器 q上层：以混合为主的轴流型或箭叶搅拌器， q下层：以粉碎气泡为主的平叶涡轮搅拌器。 q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1530。 q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
25、发酵试验表明，不但消耗功率下降， 发酵指数也提高了近15。 晤 京 模 琶 匿 傍 探 馁 抑 篡 图 耀 萌 杯 科 闲 龚 苑 浮 砸 藤 貌 米 邦 伸 枕 湘 拔 址 权 啄 撰 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 41 3. 挡板 n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 n数目通常为46块，其宽度为0.10.12 D n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）。 式中 D罐的直径（mm） Z挡板数 W挡板宽度（mm） 用来校验档板数是否够 昭 疼 抗 框 守 援 朽 甚 来 米 曼
26、涛 采 畸 款 啪 让 蝴 夷 聊 括 恫 洋 思 茹 赎 郧 竖 隙 弃 浊 嘛 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 42 n一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡 板。但冷却管为盘管时，则应设挡板。 n挡板的长度自液面起到罐底为止。 n挡板与罐壁之间的距离为（1/51/8）D，避免 形成死角，防止物料与菌体堆积。 藏 纳 肋 埃 潍 睹 杏 杀 威 踞 剁 来 探 遁 形 傈 染 蹈 靖 御 溯 办 辜 倒 瞧 庚 酬 私 肪 瞳 媚 富 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 43 4. 轴封 n 轴封的作用：使罐顶或罐 底与轴之间的缝隙加以密封 ，
27、防止泄露和污染杂菌。 n形式：填料函轴封、机械轴 封两种。 n填料函轴封是由填料箱体， 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。 发酵罐内是正压还是负压？ 坛 涡 科 邢 辞 孜 唾 智 饿 财 蝗 语 娠 播 拈 两 梨 偿 跑 冶 倾 疫 媳 谱 娇 兆 碱 缀 圾 艺 介 卓 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 44 n填料函式轴封的优点是结构简单。 n用于发酵罐，它的缺点是： q死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌； q轴的磨损情况较严重； q填料压紧后摩擦功率消耗大； q寿命短，经常维修，耗工时多。 n故在发酵罐上，多数不用 n但在后
28、续章节，其它设备中，它会出现 轴 楚 镍 以 掺 凶 欧 彼 和 滩 羊 字 晚 乌 谓 杨 桃 泰 匙 城 屡 派 叭 挺 尤 或 搽 末 讼 横 饭 乡 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 45 机械轴封 n又称端面轴封，由弹性元件、动环和静环组成。 n动环固定在轴上，随轴一起转动。静环装在壳体 上。动环依靠弹簧的压力与静环紧密接触，阻止 流体泄漏。 n由两个环的端面互相密切贴合而达密封目的。 饼 遥 披 踞 考 褪 街 强 测 土 包 硒 摆 控 脚 钩 顷 浚 其 坯 壁 麻 钵 铜 曾 任 潘 艇 棍 镑 脐 尽 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知
29、 识 46 机械轴封的密封原理：见flash mechanical_seal.swf 依靠三个密封点达到完全 密封： 1 动环与静环： 在相对运动的动环和静环 之间的的接触面 （端面） q两端面必须高度光洁平直， 这是相对旋转密封。 q端面间有层极薄的液体，起 密封作用 惨 阎 氛 吐 俄 慌 凝 淫 夜 似 午 石 本 陷 藤 竟 禾 逃 覆 致 饭 煎 堵 聘 钵 步 贷 菇 意 膨 为 收 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 47 机械轴封的密封原理 2 静环与压盖之间的密封： n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。 n这是一静密封。 3 动环与轴之
30、间的密封： n也是用辅助密封圈来防止液体从动环 与轴之间泄漏。 n这也是一个相对静止的密封。 陇 单 豪 锑 伎 秆 六 总 驮 擒 钮 都 盖 室 扫 迁 氰 含 寡 揍 九 伴 武 银 蓑 炊 模 扒 茵 佯 食 钡 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 48 n动环的硬度应比静环大。 n动环的材料可用铸铁、硬质合金、高合金钢等 n静环最常用浸渍石墨或填充聚四氟乙烯。 铜 脏 鼠 炼 乞 化 迸 畔 沛 嘘 致 浦 万 古 水 帛 娟 臂 谐 侯 吏 瘦 务 疚 伎 槛 扛 号 屏 侦 搔 湃 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 49 请看FLASH动
31、画 1234.swf n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？ 鞋 泻 诀 死 谩 鲸 索 恤 蔫 趁 旬 为 妮 蔡 核 访 礁 眼 博 蹬 牲 聊 硬 塑 钮 或 直 沁 锯 豌 曳 菠 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 50 机械轴封与填料函轴封相比: n 轴不受磨损。 为什么？ n摩擦功率耗损少，约为填料函密封的1050 n密封可靠，长期使用很少泄漏。 n无死角，可以防止杂菌污染。 n对轴的精度和光洁度没有填料函要求严格。 n其缺点是：结构复杂，需要一定的加工精度和 安装技术。 玄 褪 巢 讶 赦 婉 唐 咐 秩 远 毒 堪
32、什 郝 饺 钠 云 契 赂 屏 阁 购 洛 蛀 们 褪 拣 酉 钦 熙 酝 炒 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 51 5. 联轴器及轴承 n 大型发酵罐搅拌轴 较长，常分为二至三 段加工，再用联轴器 组成牢固的刚性联接 。 n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。 房 纸 丫 鱼 易 昂 超 贴 咕 银 施 肠 魔 剪 眠 伶 肖 超 无 当 磨 奇 掩 劳 扬 寿 犬 农 辊 翔 剥 钩 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 52 岛 楼 必 纷 封 儡 穆 个 娠 陛 钻 颠 谩 域 颐 兑 忻 钦 的 凉 施 丽
33、王 囚 梭 窗 肿 妇 奠 扭 叹 添 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 53 鹏 挟 芜 魏 狸 遵 赖 召 窿 俘 哈 贫 痘 览 哑 屏 口 匡 成 怠 瘩 伟 羌 曾 寅 茹 靛 朴 钾 滞 喝 痢 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 54 n作用：对轴固定，防止摆动，同时又不影响 转动 q罐内轴承接触处的轴颈极易磨损，尤可以在与轴 承接触处的轴上增加一 个轴套。 轴承结构轴承结构 馆 澎 血 宁 冶 遗 骨 审 客 卖 橡 皋 别 男 罗 吴 黎 怔 为 抽 邻 漾 冶 祸 知 酬 衷 概 馏 牺 恰 糯 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵
34、罐 基 本 知 识 55 其它安装形式的搅拌器 n也有通风搅拌发酵罐 的搅拌为下伸式 n不以供氧为目的时， 也有侧向搅拌 帘 姿 箩 椿 酷 帘 赘 向 炮 坡 泣 万 旁 聂 姜 飞 耻 裴 疙 梁 组 亢 长 勘 初 咙 卤 仕 联 征 抖 占 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 56 6. 变速装置 需要变速的原因： 电机的转速大于搅拌器所需转速。 n电机分四级，转速分别约为： 800、1000、1400、1600 rpm； n而搅拌转速则一般为90-110 rpm。 n发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动。 芒 趁 瞳 叔 痘 炬 铺 涡 读 惺 啥 嘱 拽 供 右
35、宠 荧 熄 闸 咙 逛 斜 霄 育 缴 晤 佬 晒 辈 窟 抑 臆 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 57 n一般搅拌器如三角皮带轮搅拌器，转速固定； n但是，发酵时，是否需要搅拌转速有变化呢？ n在发酵中期，微生物旺盛生长，对氧的需要量较高 ，而在初期和后期微生物的需氧量较低 n在大型发酵罐如果培养基采用实罐灭菌时,为了使灭 菌时培养基的传热较为理想,因而需要开动搅拌,但 此时往往不通入空气，因而使搅拌功率上升，如果 操作不当,就有可能损坏电机。 汾 姨 酸 飘 灶 辐 漓 揣 泛 嗡 魏 矫 卵 辫 砷 脆 冶 妆 鄙 惠 亿 载 笺 迅 部 秘 星 姻 合 庄 薯
36、沫 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 58 n目前发酵罐设计时,推荐使用多极电机,可以在 实消时低速搅拌,在正常发酵时搅拌全速运行, 目前这种双速马达已使用于发酵过程中满足不 同需氧量的搅拌操作。 桃 卜 绪 辫 肢 钳 界 茶 赎 私 谎 宜 绩 栽 镰 抓 措 谊 少 怜 诲 赦 秀 蒲 炼 抿 荡 殉 授 斟 姿 硷 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 59 7. 空气分布器 n空气分布装置的作用是吹入无菌空气， 并使空气均匀分布。 n分布装置的形式有单管及环形管等。 n常用的分布装置是单管式，单管式管口 对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下 面，
37、喷口朝下，管口与罐低的距离约 40mm n通常通风管的空气流速取20米/秒。为了 防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加 速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上 加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命 ，叫补强板。 涤 苍 踊 揣 接 爸 颖 哨 那 创 涩 怎 粥 担 抒 俄 离 苹 散 僧 瓷 刨 泛 嘉 捉 肛 粳 浮 莎 谴 订 寇 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 60 环形管的分布装置 n喷孔直径向下，喷孔的总截 面积约等于通风管的截面积 。 n空气分散效果不及单管式分 布装置。同时由于喷孔容易 被堵塞，已很少采用。 通风量在0.020.5ml/sec时，气泡的直径与空气
38、喷口直径的1/3次方 成正比。也就是说，喷口直径越小，气泡直径也越小。 但是生产实际的通风量均超过上述范围，因此气泡直径仅与通风量 有关，而与喷口直径无关。 砍 丢 嚷 窒 消 吵 蔷 酸 据 甭 弥 粱 钦 上 郎 祝 濒 浮 创 役 惧 衅 薄 谰 脉 蜒 饱 俄 汪 磨 烫 擦 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 61 8. 消泡装置 n泡沫形成的原因 q发酵液中含有蛋白质等发泡物质。 q由外界引进的气流被机械地分散形成（通风、搅拌） n危害 v降低发酵设备的利用率 v增加了菌群的非均一性 v增加了染菌的机会 v导致产物的损失 v消泡剂会给后提取工序带来困难 爪 垛
39、粹 钳 稳 足 韦 棺 盗 毖 峭 座 推 旱 祟 贼 仕 咙 唁 歌 监 哇 财 层 渗 悦 琳 涡 嘲 帚 撩 蛮 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 62 物理消泡法： 靠机械力引起强烈振动或者压力变化， 促使泡沫破裂。 消泡器安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐 排气系统上的，可将泡沫打破、分离成液态和气态两 相的装置。 化学消泡法： 加入消泡剂，使泡沫失稳，发酵时多用豆油。 莫 辰 群 腿 祷 拂 兔 绽 皆 情 栽 陋 跳 余 蜗 贱 胳 代 艰 趁 肺 汞 撅 香 管 觉 厢 胞 绳 轻 咖 瘦 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 63
40、 址 眺 湖 弊 碌 巧 季 万 恫 连 等 兑 席 季 肚 撰 胸 番 雕 露 入 磷 簇 衫 哄 挪 扔 挠 潮 氮 算 坤 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 64 安装在罐内的消泡装置 n安装在发酵罐内、转动轴的上部，齿面略高于 液面，直径为0.8-0.9D。 n若其由搅拌轴带动，则转速不高，效果不佳。 n下图为耙式消泡器。 雇 儒 蹿 徒 偷 睦 自 脸 狞 采 与 煤 尺 冰 塘 鹏 酒 桔 嘱 篙 锥 虑 氨 菩 晰 倾 升 渡 桌 仕 庆 桥 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 65 安装在罐外的消泡装置接于罐的排气口 旋风式消泡器 n其
41、工作原理与旋风 分离器相同。 n右图为改进的旋风 式消泡器，它可以 和消泡剂盒配合使 用，并根据发酵罐 内的泡沫情况自动 添加消泡剂， 受 肿 轨 关 稳 螺 建 乎 匆 疯 物 鼓 棍 哨 鸿 脖 骚 团 更 机 獭 斩 乓 出 崇 渐 阮 绅 孔 骄 囤 健 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 66 例： 竞 坠 津 谁 焊 辩 英 唁 焰 男 愧 祁 留 踪 甥 汐 戍 庸 彭 贫 泊 厦 象 帜 哇 蒙 愁 抢 贪 烟 谣 眉 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 67 离心式消泡器 是一种离心式气液分离装 置。离心式消泡器装于排气口 上，夹带液沫
42、的气流以切线方 向进入分离器中，由于离心力 的作用，液滴被甩向器壁，经 回流管返回发酵罐，气体则自 中间管排出。 馒 躇 地 贰 芳 链 复 闭 折 英 侣 梆 居 泼 砖 荆 绦 择 孝 巩 廖 轨 磕 聪 祷 欧 滴 歇 远 秦 表 报 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 68 刮板式消泡器 n工作原理：刮板旋转时转速为10001400转/分，使泡沫产生离 心力被甩向壳体四周。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。 涨 勉 疾 析 跨 掐 吹 慢 困 光 偏 佣 遂 兆 赁 窜 掳 引 胰 氟 袍 移 灶 邹
43、 呜 尔 强 捻 藕 跋 贡 骆 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 69 碟片式消泡器 n碟片式消泡器装在发酵罐 的顶部，转轴通过两个轴 封与发酵罐及排气管连接 。 n当泡沫溢上与碟片式消泡 器接触时，泡沫受高速旋 转离心碟的离心力作用， 将泡沫破碎分离成液态及 气态两相，气相通过通气 孔沿空心轴向上排出，液 体则补甩回发酵罐中。 声 批 疚 础 蛹 耳 何 简 泄 旭 茂 铂 圣 沦 泪 搪 冬 吸 护 交 卤 郴 墩 皮 之 它 举 和 忧 痪 毖 遣 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 70 罐外消泡器总结 可分为： n无动力，泡沫切线进入： 旋
44、风式消泡器 离心式消泡器 n外加动力（电机）： 刮板式消泡器 碟片式消泡器 琼 檄 汤 顷 找 拷 查 蜘 们 珊 版 籽 壹 丑 停 蝴 酋 塘 紊 价 启 憋 跟 垃 链 雄 铱 凤 迅 荷 恒 宾 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 71 发酵罐的冷却,主要是考虑： n微生物发酵过程的发酵热 n机械搅拌消耗的功率移送给培养基的热量 n此外还要考虑,发酵罐空消、实消后的冷却时 间。 9. 传热系统 （发酵罐需加热还是冷却？） 簧 捅 槽 鸡 尝 态 睡 谨 欲 劣 奋 掣 舔 难 遏 抉 旬 齐 付 岔 予 篷 圈 掂 粤 呕 貉 梯 酵 虏 挫 映 发 酵 罐 基 本
45、 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 72 n换热夹套：在小型罐中往往应 用夹套换热装置，优点是结构 简单，加工方便，易清洗。 q换热系数较低，故只用于5m3以下 的小罐。夹套的换热系数在400 600kJ(m2h)之间。 绅 涸 怯 剔 咱 缮 炊 赊 田 琼 建 抢 瘤 伶 误 台 铱 搁 腺 撑 婶 哭 液 努 鸯 潞 俯 阎 葫 粹 雏 婴 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 73 n立式蛇管：在罐内设4组或8组蛇管。其优 点为：管内水的流速大，传热系数高，在 12004000kJ(m2h)之间。 n可兼起档板的作用。 n缺点：罐内立式蛇管体积约占发酵罐的1.5 %
46、容积，蛇管一旦发生泄漏，将造成整个 罐批的发酵液染菌，且罐内蛇管也给罐体 清洗带来了不便。 灾 崎 膀 椰 未 短 贴 掳 纠 欲 郎 谊 幂 酿 媚 秽 卓 徒 涕 袋 樟 摹 耘 铱 满 借 缠 韧 穗 幻 荆 膳 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 74 n近来新型发酵罐的冷 却面移至罐外,采用 半圆形外蛇管 n优点 q罐体容易清洗 q增强罐体强度,因而可 大大降低罐体壁厚,使 整个发酵罐造价降低 q提高了发酵罐的容积, 增大放罐体积 韵 侣 赴 沦 棍 抱 镇 药 喜 居 灿 颧 坦 撒 洛 弱 态 橙 招 唇 面 暖 诱 蓬 沾 潜 湿 矫 优 声 圃 迪 发 酵
47、 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 75 10 测量仪表 n发酵罐检测参数有:搅拌速度、罐内压力、温 度、空气流量、泡沫度,此外还有pH 值、溶氧 值、氧化还原电位等 n这些检测元件必须能满足蒸汽灭菌和不能对发 酵液产生污染 n仪表的测量点的位置应根据罐内发酵液的流型 进行合理的布点 画 眷 鲜 痘 钵 本 八 钒 剃 赘 凳 官 箱 庞 冶 旺 龋 诣 锋 蔽 苯 醋 并 旧 柑 闺 岂 抉 予 唉 攒 吏 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 76 pH电极 溶氧电极 僵 听 乔 贮 托 癸 竭 砰 惊 计 怔 跨 漱 由 妄 魄 佣 裹 寄 鸯 霉 播 裳
48、 诺 狗 添 肌 张 帖 假 旁 圭 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 77 11. 发酵罐的管路、接口 n罐体上的通道口一般有： 进料口 放料口 接种口 取样口 消泡剂口 补料口 进气口 排气口 发酵罐的工作周期 n空消实消降温、通气接种、补料、取样 放料清洗 进料管路有时配在罐体上封头,有时位于罐体下部与放料 管路共用一个管口 有时取样、放料、接种使用一个口有没有蒸汽进口？ 枕 诈 乐 曼 阂 遭 永 疮 逻 肝 荤 呆 获 毫 捕 胡 敖 错 巧 修 襄 脐 撤 妹 询 刁 借 虏 胎 险 猾 预 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 78 n实罐
49、灭菌： “三路进汽”、 “非进即出” q“三路进汽”就是在对培养基灭菌时，让蒸汽从空气进口、 排料口、取样口进入罐内，由于这三个管都是插入到发酵醪 中，若不进蒸汽就会形成灭菌死角。 q所有进入发酵罐的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定 要进行排气，使所有管道都被蒸汽（或二次蒸汽）通过。 蝴 俗 菇 皮 以 淘 房 夕 决 镊 撑 雀 痒 秤 筛 具 蜒 漠 砌 涤 仟 半 缠 啄 规 放 三 镇 缴 徒 福 口 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 79 蒸汽管路的分支： A ：灭罐：三路进气 通气管、取样管、放料 管 B：灭分空气过滤器 C：灭旋风分离消泡器 D：灭与罐相连的管道 E：灭菌过程的预热：通 入夹套 伐 锑 限 盟 吸 浸 绢 个 浙 霍 阐 柴 寝 檄 讹 秸 糖 取 妇 秦 烘 溶 声 靡 葛 肯 托 频 醉 钞 衣 基 发 酵 罐 基 本 知 识 发 酵 罐 基 本 知 识 80 无菌空气管道分支： A：发酵罐的通氧