本科課件發(fā)酵工程,本科課件,發(fā)酵工程,本科,課件,發(fā)酵,工程 第六章第六章 發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料(培養(yǎng)基)調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備，通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備，以及攪拌器等。種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。它必須能夠提供微生物生命活動和代謝所要求的條件，并便于操作和控制，保證工藝條件的實現(xiàn)，從而獲得高產(chǎn)。一、發(fā)酵罐一、發(fā)酵罐發(fā)酵罐的定義：是為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。對于某些工藝來說，發(fā)酵罐是個密閉容器，同時附帶精密控制系統(tǒng)；而對于另一些簡單的工藝來說，發(fā)酵罐只是個開口容器，有時甚至簡單到只要有一個開口的坑。發(fā)酵罐系統(tǒng)發(fā)酵罐系統(tǒng)一個優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成（1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)（2）良好的液體混合特性（3）好的傳質(zhì)相傳熱速率（4）具有配套而又可靠的檢測、控制儀表發(fā)酵罐發(fā)展歷史發(fā)酵罐發(fā)展歷史第一階段:1900年以前，是現(xiàn)代發(fā)酵罐的雛形，它帶有簡單的溫度和熱交換儀器。第二階段:1900-1940年，出現(xiàn)了200m3的鋼制發(fā)酵罐，在面包酵母發(fā)酵罐中開始使用空氣分布器，機(jī)械攪拌開始用在小型的發(fā)酵罐中。第三階段：1940-1960年，機(jī)械攪拌、通風(fēng)，無菌操作和純種培養(yǎng)等一系列技術(shù)開始完善，發(fā)酵工藝過程的參數(shù)檢測和控制方面已出現(xiàn)，耐蒸汽滅菌的在線連續(xù)測定的pH電極和溶氧電極，計算機(jī)開始進(jìn)行發(fā)酵過程的控制。發(fā)酵產(chǎn)品的分離和純化設(shè)備逐步實現(xiàn)商品化。第四階段：1960-1979年，機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的容積增大到80-150m3。由于大規(guī)模生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的需要，又出現(xiàn)了壓力循環(huán)和壓力噴射型的發(fā)酵罐，它可以克服些氣體交換和熱交換問題。計算機(jī)開始在發(fā)酵工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。第五階段：1979年至今。生物工程和技術(shù)的迅猛發(fā)展，給發(fā)酵工業(yè)提出了新的課題。于是，大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)發(fā)酵罐應(yīng)運(yùn)而生，胰島素，干擾素等基因工程的產(chǎn)品走上商品化。發(fā)酵罐的特點(diǎn)發(fā)酵罐的特點(diǎn)（1）發(fā)酵罐與其他工業(yè)設(shè)備的突出差別是對純種培養(yǎng)的要求之高，幾乎達(dá)到十分苛刻的程度。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運(yùn)行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點(diǎn)。（2）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。在發(fā)酵罐的自動化方面，作為參數(shù)檢測的眼睛如pH電極、溶解氧電極、溶解CO2電極等的在線檢測在國外巳相當(dāng)成熟。國內(nèi)目前尚處于起步階段，發(fā)酵檢測參數(shù)還只限于溫度、壓力、空氣流量等一些最常規(guī)的參數(shù)。發(fā)酵罐的種類發(fā)酵罐的種類發(fā)酵工業(yè)上最常用的是通風(fēng)攪拌罐。除了通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐外，其它型式的發(fā)酵罐如：氣提式發(fā)酵罐、壓力循環(huán)發(fā)酵罐、帶超濾膜的發(fā)酵罐等。典型發(fā)酵設(shè)備典型發(fā)酵設(shè)備種子制備設(shè)備主發(fā)酵設(shè)備輔助設(shè)備(無菌空氣和培養(yǎng)基的制備)發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備粗產(chǎn)品的提取設(shè)備產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備流出物回收、利用和處理設(shè)備發(fā)酵罐工藝操作條件發(fā)酵罐工藝操作條件1溫度：2540。2壓力：01kg/cm3(表壓)。3滅菌條件；溫度100140，壓力03kg/cm3(表壓).4pH：211。5需氧量：0.050.3kmo1/m3h。6通氣量：0.32VVM。7功率消耗：0.54kW/m3。8發(fā)酵熱量：500020000kcal/m3.h。發(fā)酵罐的類型發(fā)酵罐的類型1按微生物生長代謝需要分類：好氣：抗生素、酶制劑、酵母、氨基酸，維生素等產(chǎn)品是在好氣發(fā)酵罐中進(jìn)行的；需要強(qiáng)烈的通風(fēng)攪拌，目的是提高氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)系數(shù)；厭氣：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厭氣發(fā)酵罐。不需要通氣。2.按照發(fā)酵罐設(shè)備特點(diǎn)分類：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式，如伍式發(fā)酵罐，文氏管發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的通風(fēng)式發(fā)酵罐和自吸式發(fā)酵罐等。非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐：包括循環(huán)式的氣提式、液提式發(fā)酵罐，以及非循環(huán)式的排管式和噴射式發(fā)酵罐。這兩類發(fā)酵罐是采用不同的手段使發(fā)酵罐內(nèi)的氣、固、液三相充分混合，從而滿足微生物生長和產(chǎn)物形成對氧的需求。3按容積分類：一般認(rèn)為500L以下的是實驗室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。第二節(jié)嫌氣發(fā)酵設(shè)備密閉厭氧發(fā)酵罐 對這類發(fā)酵罐的要求是：能封閉；能承受一定壓力；有冷卻設(shè)備；罐內(nèi)盡量減少裝置，消滅死角，便于清洗滅菌。酒精和啤酒都屬于嫌氣發(fā)酵產(chǎn)物，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時，都比好氣發(fā)酵設(shè)備簡單得多。它的容積常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是錐形的。上部有物料口，冷卻水口，CO2和氣體出口、人孔和壓力表開口等。溫度控制采用罐內(nèi)蛇管和罐外壁直接水噴淋相結(jié)合，排料管在罐的底部。一、酒精發(fā)酵罐酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精高轉(zhuǎn)化率條件(1)滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件(2)一定的生化反應(yīng)時間(3)及時移走在生化反應(yīng)過程中將釋放的生物熱酒精發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)要求滿足工藝要求，有利于發(fā)酵熱的排出從結(jié)構(gòu)上有利于發(fā)酵液的排出有利于設(shè)備清洗、維修以及設(shè)備制造安裝方便等問題。酒精發(fā)酵罐筒體結(jié)構(gòu)為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。在酒精發(fā)酸過程中，為了回收CO2氣體及其所帶出的部分酒精，發(fā)酵罐宜采用密閉式。罐頂裝有人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)料管、接種管、壓力表和測量儀表接口管等。罐底裝有排料口和排污口；罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口，對于大型發(fā)酵耀，為了便于維修和清洗，往往在近罐底也裝有人孔。發(fā)酵的冷卻裝置對于中小型發(fā)酵罐，多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；對于大型發(fā)酵罐，罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置，為避免發(fā)酵車間的潮濕和積水，要求在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽。采用罐外列管式噴淋冷卻的方法，具有冷卻發(fā)酵液均勻，冷卻效率高等優(yōu)點(diǎn)。酒精發(fā)酵罐的洗滌過去均由人工操作，不僅勞動強(qiáng)度大，而且CO2氣體一旦末徹底排除，工人入罐清洗會發(fā)生中毒事故。近年來，酒精發(fā)酵罐巳逐步采用水力噴射洗滌裝置，從而改善了工人的勞動強(qiáng)度和提高了操作效率。大型發(fā)酵罐采用這種水力洗滌裝置尤為重要。水力噴射裝置是由一根兩頭裝有噴嘴的灑水管組成兩頭噴水管彎有一定的弧度噴水管上均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔噴水管安裝時呈水平噴水管借活接頭和固定供水管相連接它是借噴水管兩頭噴嘴以一定噴出速度而形成的反作用力，使噴水管自動旋轉(zhuǎn)。對 于 120m3的 酒 精 發(fā) 酵 耀，采 用363mm的噴水管，管上開有4430個小孔，兩頭噴嘴口徑為9mm。高壓強(qiáng)的水力噴射洗滌裝置它是一根直立的噴水管，沿軸向安裝于罐的中央，在垂直噴水管上按一定的間距均勻地鉆有4-6mm的小孔，孔與水平呈20度角，水平噴水管借活接頭，上端和供水總管，下端相垂直分配管相連接，洗滌水壓為0.6-0.8MPa。水流在較高壓力下，由水平噴水管出口處噴出，使其以每分鐘4856轉(zhuǎn)自動旋轉(zhuǎn)，并以極大的速度噴射到罐壁各處，而垂直的噴水管也以同樣的水流速度噴射到罐體四壁和罐底。約5min時間即可完成洗滌作業(yè)。洗滌水若用廢熱水，還可提高洗滌效果。二、酒精發(fā)酵罐的計算(一)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)尺寸的確定發(fā)酵罐全容積可按下式計算：(二)發(fā)酵罐罐數(shù)的確定對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算(三)發(fā)酵罐冷卻面積計算1總的發(fā)酵熱Q微生物在嫌氣發(fā)醉過程中總的發(fā)酵熱，一般由生物合成熱Q1，蒸發(fā)熱損失Q2，罐壁向用圍散失的熱損失Q3等三部分熱量所組成。微生物的生物合成熱是由維持微生物生命活動的呼吸熱、促進(jìn)微生物增殖的繁殖熱以及微生物形成代謝產(chǎn)物的發(fā)酵熱所組成由于各種微生物的生理特性和代謝途徑不同，故對于微生物的生物合成熱至今尚難準(zhǔn)確計算。對于確定酒精、啤酒等嫌氣發(fā)酵的發(fā)酵熱，一般按發(fā)酵最旺盛時單位時間糖度降低的百分值來計算，通常以消耗1kg麥芽糖發(fā)酵放出的熱量約為418.6kJ為計算基準(zhǔn)。如果發(fā)酵液不進(jìn)行冷卻，則發(fā)酵溫度可升高10。此外，對于小型試驗罐，也可在發(fā)酵最旺盛時，測定其冷卻水的進(jìn)出口溫度和單位時間內(nèi)的耗水量，從而得出小罐的放熱量Q1。代謝氣體帶走的蒸發(fā)熱量Q2與糖濃濃度、發(fā)酵程度好壞有關(guān)，除間接測定外，目前還難具體計算，一般計算時可取Q1的5、6左右。不論發(fā)酵罐置于室內(nèi)或室外，均要向周圍空間散失熱量Q3，這部分熱量由對流相輻射組成，具體計算可參閱有關(guān)資料。所以總的發(fā)酵熱是：4冷卻水耗量的計算由熱平衡方程式得：QAQB式中QA酒精或其他發(fā)酵產(chǎn)品的總發(fā)酵熱(Jh)QB冷卻水帶走的熱量(Jh)例題某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進(jìn)料量為24t/h。每4h裝滿一罐，發(fā)酵周期為72h，冷卻水的初、終溫分別為20和25，若罐內(nèi)采用蛇管冷卻，試確定發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)尺寸、罐數(shù)、冷卻水耗量、冷卻面積和冷卻裝置的主要結(jié)構(gòu)尺寸。(糖化醪密度為1076kg/m3)n=24/4=6N=672/24+1=19發(fā)酵罐容積發(fā)酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結(jié)構(gòu)尺寸的比例關(guān)系如下：由發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)尺寸，可確定全罐表面積罐體圓柱部分表面積F1和罐底罐頂表面積F2，F(xiàn)3分別為：2冷卻面積和冷卻裝置主要結(jié)構(gòu)尺寸假定罐壁不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)35t，生產(chǎn)廠所在地區(qū)的夏季平均溫度可查閱有關(guān)資料，現(xiàn)假定為32。Q3=全罐總表面積ac(t2-t1)主發(fā)酵控制發(fā)酵液溫度tw為30，按題意冷卻水進(jìn)出口溫度分別為t120，t225(4)傳熱總系數(shù)K值的確定選取蛇管為水煤氣輸送鋼管，其規(guī)格為53/60mm，則管的橫截面積為考慮罐徑較大，設(shè)罐內(nèi)同心裝兩列蛇管，并同時進(jìn)入冷卻水，則水在管內(nèi)流速為：(5)冷卻面積和主要尺寸二、啤酒發(fā)酵設(shè)備近年來，啤酒發(fā)酵設(shè)備向大型、室外、聯(lián)合的方向發(fā)展，迄今為止，使用的大型發(fā)酵罐容量已達(dá)1500噸。大型化的目的是：(1)由于大型化，使啤酒質(zhì)量均一化；由于啤酒生產(chǎn)的罐數(shù)減少，使生產(chǎn)合理化，降低了主要設(shè)備的投資。(1)發(fā)酵容器材料的變化。由陶器向木材-水泥-金屬材料演變現(xiàn)在的啤酒生產(chǎn)，后兩種材料都在使用。我國大多數(shù)啤酒發(fā)酵容器為內(nèi)有涂料的鋼筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不銹鋼。啤酒發(fā)酵容器的變遷過程（2）開放式發(fā)酵容器向密閉式轉(zhuǎn)變。小規(guī)模生產(chǎn)時，一般用開放式，對發(fā)酵的管理、泡沫形態(tài)的觀察和醪液濃度的測定等比較方便。隨著啤酒生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，發(fā)酵容器大型化，并為密閉式。從開放式轉(zhuǎn)向密閉發(fā)酵的最大問題是發(fā)酵時被氣泡帶到表面的泡蓋的處理?？捎梦》ǚ蛛x泡蓋。（3）密閉容器的演變。原來是在開放式長方形容器上面加弓形蓋子的密閉發(fā)酵槽；隨著技術(shù)革新過渡到用鋼板、不銹鋼或鋁制的臥式圓筒形發(fā)酵罐。后來出現(xiàn)的是立式圓筒體錐底發(fā)酵罐。目前使用的大型發(fā)酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐等。由于發(fā)酵罐容量的增大，要求清洗設(shè)備裝置也有很大的改進(jìn)，大都采用CIP自動清洗系統(tǒng)。啤酒前、后發(fā)酵設(shè)備及計算(一)前發(fā)酵設(shè)備傳統(tǒng)的前發(fā)酵槽均置于發(fā)酵室內(nèi)，發(fā)酵槽大部分為開口式。前發(fā)酵槽可為鋼板制，常見的采用鋼筋混凝上制成，也有用磚砌、外面抹水泥的發(fā)酵槽。形式以長方形或正方形為主。前發(fā)酵槽內(nèi)要涂布一層特殊涂料作為保護(hù)層。采用不飽和聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂或其他特殊涂料較為廣泛，但還未完全符合啤酒低溫發(fā)酵的防腐要求。前發(fā)酵槽的底略有傾斜，利于廢水排出離槽底10-15cm處，伸出有嫩啤酒放出管為了維持發(fā)酵槽內(nèi)醪液的低溫，在槽中裝有冷卻蛇管或排管。前發(fā)酵槽的冷卻面積，根據(jù)經(jīng)驗，對下面啤酒發(fā)酵取每立方米發(fā)酵液約為0.2平方米冷卻面積，蛇管內(nèi)通入0-2度的冰水。注意CO2的排放，防止中毒密閉式發(fā)酵槽優(yōu)點(diǎn)（1）可回收二氧化碳（2）減少前發(fā)酵室內(nèi)通風(fēng)換氣的耗冷量（3）減少雜菌污染機(jī)會。組成在槽內(nèi)裝置冷卻蛇管在發(fā)酵室內(nèi)配置冷卻排，或采用空調(diào)裝置，使室內(nèi)維持工藝所要求的溫度和濕度。發(fā)酵室內(nèi)裝置密閉式發(fā)酵罐，則采用空調(diào)設(shè)備，實施冷風(fēng)再循環(huán)更有利于冷耗的節(jié)約，為避免在室內(nèi)產(chǎn)生激烈的氣流，通風(fēng)口都應(yīng)設(shè)在墻角處。降低發(fā)酵室的冷耗量措施合理地在室內(nèi)配置進(jìn)出風(fēng)道以及正確操作空調(diào)設(shè)備發(fā)酵室的四周墻壁和頂棚均要采用較好的絕熱結(jié)構(gòu)，絕熱層厚度不應(yīng)小于5cm。發(fā)酵槽外壁及四周墻壁應(yīng)鋪砌白瓷磚或紅缸磚，也可用標(biāo)號較高的水泥抹面，再涂以較暗淡的油漆。地面通道應(yīng)用防滑瓷磚鋪設(shè)，并有定坡度，便于廢水排出。發(fā)酵室內(nèi)頂相應(yīng)建成傾斜或光滑弧面，以免冷凝水淌入發(fā)酵槽內(nèi)。從節(jié)省冷耗考慮，室內(nèi)空間不宜太高，單位體積發(fā)酵室內(nèi)的發(fā)酵槽容量應(yīng)盡可能最大。(二)前發(fā)酵罐的計算1.發(fā)酵槽數(shù)目的確定采用小容量的發(fā)酵槽，將導(dǎo)致一系列非生產(chǎn)消耗的增加。容積小，槽數(shù)目多，又必然會增加投資費(fèi)用，所以一般不宜采用。在一個發(fā)酵槽內(nèi)可容納一次麥汁量的前提下，發(fā)酵槽的數(shù)目可按下式計算若單個發(fā)酵槽可容納糖化一次麥汁量的整倍數(shù)，則發(fā)酵槽數(shù)目可按下列通式計算在一個發(fā)酵槽內(nèi)容納一次糖化麥芽汁量的前提下，發(fā)酵槽的數(shù)目僅僅取決于每日糖化次數(shù)和前發(fā)酵時間，而與生產(chǎn)量以及生產(chǎn)的不平衡性無關(guān)。2前發(fā)酵槽容積的確定計算糖化一次麥汁量或其量的整倍數(shù)，同時適當(dāng)考慮泡沫所占的空間，即可確定前發(fā)酵槽的客積。計算如下：(三)后發(fā)酵設(shè)備主要完成嫩啤酒的繼續(xù)發(fā)酵，并飽和二氧化碳，促進(jìn)啤酒的穩(wěn)定、澄清和成熟。根據(jù)工藝要求，貯酒室內(nèi)要維持比前發(fā)酵室更低的溫度，一般要求0-2，特殊產(chǎn)品要求達(dá)到-2左右。后發(fā)酵過程殘?zhí)禽^低，發(fā)酵溫和，故槽內(nèi)一般無須再裝置冷卻蛇管。貯酒室的建筑結(jié)構(gòu)和保溫要求，均不能低于前發(fā)酵室，室內(nèi)低溫的維持，是借室內(nèi)冷卻排管或通入冷風(fēng)循環(huán)而得。后發(fā)酵槽是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種。工廠大多數(shù)采用臥式。發(fā)酵過程中需飽和CO2，后發(fā)酵槽應(yīng)制成耐壓0.1-0.2MPa表壓的容器。后發(fā)酵槽槽身裝有人孔、取樣閥、進(jìn)出啤酒接管、排出二氧化碳接管、壓縮空氣接管、溫度計、壓力表和安全閥等附屬裝置。后發(fā)酵槽的材料，一般用A3鋼板制造，內(nèi)壁涂以防腐層。貯酒槽全部放置在隔熱的貯酒室內(nèi)，維持一定的后酵溫度。毗鄰貯酒室外建有絕熱保暖的操作通道，在通道內(nèi)進(jìn)行后發(fā)酵過程的調(diào)節(jié)和操作。貯酒室和通道相隔的墻壁上開有一定直徑和數(shù)量的玻璃窺察窗，便于觀察后發(fā)酵室內(nèi)部情況。通道內(nèi)保持常溫，開啟發(fā)酵液的管道和閥門都接通到通道里。(四)后發(fā)酵罐的計算貯酒罐的容量應(yīng)和啤酒過濾能力配合起來，即一天的過濾量要相當(dāng)一個罐或幾個罐的貯酒量。如果濾酒時貯酒罐的高壓用CO2，情況會好得多。一般小型啤酒廠，采用單個貯酒罐滿足每日裝酒產(chǎn)量，而大中型啤酒廠則要數(shù)個貯灑罐才能滿足要求。（二）新型啤酒發(fā)酵設(shè)備1.圓筒體錐底發(fā)酵耀圓簡體錐底立式發(fā)酵罐(簡稱錐形罐)，已廣泛用于上面或下面發(fā)酵啤酒生產(chǎn)。錐形罐可單獨(dú)用于前發(fā)酵或后發(fā)酵，還可以將前、后發(fā)酵合并在該罐進(jìn)行(一罐法)。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：在于能縮短發(fā)酵時間，而且具有生產(chǎn)上的靈活性，故能適合于生產(chǎn)各種類型啤酒的要求。設(shè)備特點(diǎn)這種設(shè)備一般置于室外。已滅菌的新鮮麥汁與酵母由底部進(jìn)入罐內(nèi)；發(fā)酵最旺盛時，使用全部冷卻夾套，維持適宜的發(fā)酵溫度。冷媒多采用乙二醇或酒精溶液，也可使用氨(直接蒸發(fā))作冷媒；CO2氣體由罐頂排出。罐身和罐蓋上均裝有人孔，罐頂裝有壓力表、安全閥和玻璃視鏡。在罐底裝有凈化的CO2充氣管。罐身裝有取樣管和溫度計接管。設(shè)備外部包扎良好的保溫層，以減少冷量損耗。優(yōu)點(diǎn)：（1）是能耗低，采用的管徑小，生產(chǎn)費(fèi)用可以降低。（2）最終沉積在錐底的酵母，可打開錐底閥門，把酵母排出罐外，部分酵母留作下次待用。影響發(fā)酵設(shè)備造價的因素發(fā)酵設(shè)備大小、形式、操作壓力及所需的冷卻工作負(fù)荷。容器的形式主要指其單位容積所需的表面積，以m2/100L表示，這是影響造價的主要因素。大型發(fā)酵罐的設(shè)計罐的耐壓要求熱交換內(nèi)部清洗罐的耐壓要求考慮CO2的回收。就必須使罐內(nèi)的CO2維持一定的壓力，所以大罐就成為一個耐壓罐，就有必要設(shè)立安全閥。罐的工作壓力根據(jù)其不同的發(fā)酵工藝而有所不同。若作為前酵和貯酒兩用，就應(yīng)以貯灑時CO2含量為依據(jù)，所需的耐壓程度要稍高于單用于前酵的罐。根據(jù)英國設(shè)計法則Bs5500(1976)的規(guī)定：如大罐的工作壓力為x磅平方英寸，則設(shè)計時用的罐壓力是x(1十10)。當(dāng)壓力達(dá)到罐的設(shè)計壓力時，安全閥應(yīng)開始開啟。安全閥最大的工作壓力是設(shè)計壓力加10罐內(nèi)真空罐內(nèi)真空主要是系列的發(fā)酵罐在密閉條件下轉(zhuǎn)罐或進(jìn)行內(nèi)部清洗時造成的。大型發(fā)酵罐放料的速度很快造成一定的負(fù)壓。罐內(nèi)留存一部分CO2氣體，在進(jìn)行清洗時，CO2有被除去的可能，所以也可能造成真空。大型真空發(fā)酵罐應(yīng)設(shè)防止真空的裝置。真空安全閥的作用是允許空氣進(jìn)入罐內(nèi)，以建立罐內(nèi)外壓力的平衡。罐內(nèi)CO2的除去量可根據(jù)進(jìn)入的清洗液的堿含量算出，并進(jìn)一步計算出需要進(jìn)入罐內(nèi)的空氣量。罐內(nèi)的對流與熱交換發(fā)酵罐中發(fā)酵液的對流主要依靠其中CO2的作用。在整個錐形罐的發(fā)酵液中形成一個CO2含量的梯度。比重較小的發(fā)酵液具有上浮的提升力。而且在發(fā)酵時上升的二氧化碳?xì)馀輰χ車囊后w具有一種拖曳力由于拖曳力和提升力結(jié)合后所造成的氣體攪拌作用，使罐的內(nèi)容物得到循環(huán)，促進(jìn)了發(fā)酵液的混合相熱交換。冷卻操作時啤酒溫度的變化也會引起罐的內(nèi)容物的對流循環(huán)。2.聯(lián)合罐是一種具有較淺錐底的大直徑(高徑比為1：113)發(fā)酵罐能在罐內(nèi)進(jìn)行機(jī)械攪拌，并具有冷卻裝置。聯(lián)合罐在發(fā)酵生產(chǎn)上的用途與錐形罐相同，既可用于前、后發(fā)酵，也能用于多罐法及一罐法生產(chǎn)。因而它適合多方面的需要，故又稱該類型罐為通用罐。結(jié)構(gòu)：主體是一圓柱體，是由7層1.2m寬的鋼板組成?？偟谋砻娣e是378m3，總體積765m3。聯(lián)合罐是由帶人孔的薄殼垂直圓柱體、拱形頂及有足夠斜度以除去酵母的錐底所組成。錐底的形式可與浸麥槽的錐底相似。聯(lián)合罐的基礎(chǔ)是一鋼筋混凝土圓柱體，其外壁約3m高，20cm厚?；A(chǔ)圓柱體壁上部的形狀是按照罐底的斜度來確定的。有30個鐵錨均勻地分埋入圓柱體壁中，并與罐焊接。圓柱體與罐底之間填入堅固結(jié)實的水泥沙漿，在填充料與罐底之間留25.4cm厚的空心層以絕緣。3.朝日罐前發(fā)酵和后發(fā)酵合一的室外大型發(fā)酵罐朝日罐是用46mm的不繡鋼板制成的斜底圓柱型發(fā)酵罐。其高度與直徑比為1:1-2:1外部設(shè)有冷卻夾套，冷卻夾套包圍罐身與罐底。外面用泡沫塑料保溫內(nèi)部設(shè)有帶轉(zhuǎn)軸的可動排油管，用來排出酒液，并有保持酒液中CO2含量均一的作用。朝日罐特點(diǎn)朝日罐與錐形罐具有相同的功能，但生產(chǎn)工藝不同。（1）利用離心機(jī)回收酵母（2）利用薄板換熱器控制發(fā)酵溫度（3）利用循環(huán)泵把發(fā)酵液抽出又送回去。優(yōu)點(diǎn)：三種設(shè)備互相組合，解決了前、后發(fā)酵溫度控制和酵母濃度的控制問題，加速了酵母的成熟。使用酵母離心機(jī)分離發(fā)酵液的酵母，可以解決酵母沉淀慢的缺點(diǎn)利用凝聚性弱的酵母進(jìn)行發(fā)酵，增加酵母與發(fā)酵濃接觸時間，促進(jìn)發(fā)酵液中乙醛和雙乙酰的還原，減少其含量。啤酒循環(huán)的操作啤酒循環(huán)的目的是為了回收酵母，降低酒溫，控制下酒醉母濃度和排除啤酒中的生味物質(zhì)。（1）第一次循環(huán)是在主發(fā)酵完畢的第8天，發(fā)酵液由離心機(jī)分離酵母后經(jīng)薄板換熱器降溫返回發(fā)酵耀，循環(huán)時間為7h。（2）待后酵到4h時進(jìn)行第二次循環(huán)，使酵母濃度進(jìn)一步降低，循環(huán)時間為4-12h。如果要求縮短成熟期，可縮短循環(huán)時間。當(dāng)?shù)诙窝h(huán)時酵母由于攪動的關(guān)系，發(fā)酵液中酵母濃度可能回升，這有利于雙乙酰的還原和生味物質(zhì)的排除。（3）若雙乙酰含量高，或生味物質(zhì)較顯著，可在第10天進(jìn)行第三次循環(huán)操作。利用朝日罐進(jìn)行一罐法生產(chǎn)啤酒的優(yōu)點(diǎn)是：可加速啤酒的成熟后酵時罐的裝量可達(dá)96，提高了設(shè)備利用率減少了排除酵母時發(fā)酵液的損失缺點(diǎn)是動力消耗較大。（三）CIP清洗系統(tǒng)啤酒發(fā)酵罐的容量正在逐步增大，這類發(fā)酵罐大部分安裝在室外，原來的清洗方法已不適用，必須采用自動化的噴洗裝置。采用較多的是CIP清洗系統(tǒng)。所謂CIP系統(tǒng)，是cleaninplace的簡稱，意即內(nèi)部清洗系統(tǒng)。由于大罐建在室外，所以連接的管道要長而且主管的管徑必然要大，一般為150mm。如果在大罐中加澄清劑，會在罐底形成沉渣層，故在罐的出料處設(shè)一沉渣阻擋器同時為了能放盡罐底的存液，出料處應(yīng)是一雙重出口。沉于罐底的沉渣固形物具有一定的經(jīng)濟(jì)價值，應(yīng)該回收，所以在洗罐時要盡可能少用水沖出沉渣，以免稀釋。啤酒進(jìn)出站是供嫩啤酒(麥汁)進(jìn)入管、啤酒輸出管及清洗液返回管之間的聯(lián)結(jié)，它位于罐出口底下，可用U形管在啤酒進(jìn)出管與清洗液返回管之間進(jìn)行任意聯(lián)結(jié)。通氣管的出口應(yīng)在低于罐出口的位置，由橡皮管與清洗液返回管線相聯(lián)結(jié)。CIF循環(huán)單位設(shè)在酒庫內(nèi)，包括微型開關(guān)(控制清洗液的進(jìn)出)、控制盤、CIP供應(yīng)泵、污水泵、水箱?？刂票P通過儀表來控制清洗液的溫度、水位及罐的充滿與放空等程序。清洗液進(jìn)出閥和通氣管上的通氣閥的控制與CIP系統(tǒng)的控制裝置是有關(guān)系的，所以可在清洗操作開始前先將通氣閥開啟。清洗液返回管線的位置是在通氣管末端之下，這樣可以在CIP清洗操作時保證通氣管也能得到有效的清洗。通氣閥位置應(yīng)在罐內(nèi)的清洗液的液位之上，可防止清洗后由于罐的冷卻而造成真空，因為它可以無阻地補(bǔ)入空氣。通氣管下部還具有壓力調(diào)節(jié)閥。CIP消洗工作程序是自動控制進(jìn)行的，從控制盤上可以通過儀表記求下溫度、壓力及時間等參數(shù)。清洗程序(1)預(yù)沖洗：在罐底的沉渣放了一半之后進(jìn)行，每次預(yù)沖洗的時間為30秒，進(jìn)行10次，是通過回轉(zhuǎn)噴嘴進(jìn)行的，每次沖洗之后要有30秒的排泄時間，主要排去底部的沉渣。(2)在箱底被沖干凈后，用足量的水充入CIP的供應(yīng)及返回管線，改變系統(tǒng)進(jìn)行堿預(yù)洗，自動地將清洗劑加入供水中，使清洗劑成為一種氯化 了 的 堿 性 洗 滌 劑，其 總 堿 度 在 3000一3300ppm之間，用這種堿液循環(huán)16分鐘。在此期間CIP供應(yīng)泵吸引端注入蒸汽，使清洗液溫度維持在32左右。(3)中間沖洗：用CIP循環(huán)單位的水罐來的清水進(jìn)行4分鐘沖洗。(4)從氣動器來的空氣流入罐頂?shù)墓潭▏婎^，然后進(jìn)行三次清水的噴沖，每次30秒，從罐頂沿罐的四周沖洗下來。(5)進(jìn) 行 堿 噴 沖：用 總 堿 度 為 3500-4000ppm的氯化了的堿液進(jìn)行噴沖，堿液的溫度為32左右，噴沖循環(huán)15分鐘。(6)用清水沖洗，將殘留于罐表面及管線中的堿液沖洗干凈。(7)最后用酸性水沖洗循環(huán)，以中和殘留的堿性，放走洗水，使罐保持弱酸狀況。至此完成了全部清洗過程。進(jìn)行大型增清洗工作的關(guān)鍵設(shè)備是噴嘴(1)固定噴嘴，位于罐的上部;(2)回轉(zhuǎn)噴嘴，位于罐的下部。啤酒的連續(xù)發(fā)酵罐種類1兩個攪拌罐和一個酵母分離罐串聯(lián)起來，加入酒花的麥芽汁流加入第一個攪拌罐，經(jīng)發(fā)酵后，成熟啤酒從分離罐中流出。這種流程已達(dá)到日產(chǎn)100m2的規(guī)模。2由數(shù)個高度69m的塔式發(fā)酵罐串聯(lián)起來，附加一些酵母分離和啤酒貯藏設(shè)備。還有一個由主發(fā)酵塔和一個發(fā)酵塔組成，發(fā)酵周期40、50小時，連續(xù)發(fā)酵兩個月，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均優(yōu)于間歇法。三、丙酮丁醇發(fā)酵罐生產(chǎn)丙酮、丁醇的發(fā)酵罐比酒精發(fā)酵罐高，罐身需承受高壓，罐壁較厚，用鋼板制成。頂蓋和底部采用球形封頭，罐內(nèi)表面平整光滑，無內(nèi)部件，采用表面噴淋冷卻。種子罐采用夾套冷卻。第三節(jié)第三節(jié) 通風(fēng)發(fā)酵罐通風(fēng)發(fā)酵罐一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐一、機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。它是利用機(jī)械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。發(fā)酵罐的基本條件發(fā)酵罐的基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。罐身越高，氧的利用率較高。（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必須的溶解氧。（4）發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能徹底，避免染菌。（6）攪拌器的軸封應(yīng)嚴(yán)密，防病量減少泄漏。二、發(fā)酵罐罐體的二、發(fā)酵罐罐體的尺寸比例尺寸比例Di=1/3dH0=2DiB=0.1Dha=0.25DS=3DiC=Di發(fā)酵罐發(fā)酵罐三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)1、罐體罐體 2、攪拌器和擋板攪拌器和擋板 3、消泡器消泡器 4、聯(lián)軸器及軸承聯(lián)軸器及軸承 5、變速裝置變速裝置 6、空氣分布裝置空氣分布裝置 7、軸封軸封 8、冷卻裝置冷卻裝置三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)罐體：由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，對于大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼板或復(fù)合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼板厚為2-3毫米。為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力下操作、空消或?qū)嵪?，罐為一個受壓容器，通常滅菌的壓力為2.5公斤/厘米2（絕對壓力）。攪拌器攪拌器攪拌器有平葉式、彎葉式、箭葉式三種其作用是打碎氣泡，使氧溶解于醪液中，從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。為了拆裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。通用發(fā)酵罐的攪拌槳類型通用發(fā)酵罐的攪拌槳類型（1）通用發(fā)酵罐的攪拌槳最廣泛使用的是平葉渦輪攪拌槳，國內(nèi)采用的大多數(shù)是六平葉式，其各部分尺寸比例已規(guī)范化。這種攪拌槳具有很大的循環(huán)液體輸送量，功率消耗大。因此特別適用于絲狀菌發(fā)酵。（2）船用螺旋攪拌器，它具有比渦輪槳更為強(qiáng)烈的軸向流動，但是氧傳遞效率低。（3）振動混合器，盡管可以提供較高的氧傳遞效率，但剪切力較低。（4）多棒攪拌槳，已用于粘稠的絲狀鏈霉菌發(fā)酵的發(fā)酵罐中。這種攪拌槳具有較好的剪切分散能力和較低的功率消耗，在整個發(fā)酵過程中功率變化相對渦輪槳要小的多。（5）氣體導(dǎo)入式攪拌器，是由一個空心的攪拌槳組成，安裝在空心的攪拌軸上。攪拌槳上至少有一個暴露在液體中的開口。由于攪拌槳轉(zhuǎn)動，開口處的壓力隨之減少，使導(dǎo)入的氣體沿著攪拌軸向下流動。它適應(yīng)于低粘度的發(fā)酵液。消泡裝量消泡方式有兩種：一是加入化學(xué)消泡劑消除泡沫，但高濃度的化學(xué)消泡劑會對發(fā)酵產(chǎn)生抑制作用，故不能添加太多；第二種方式，即機(jī)械消泡。機(jī)械消泡裝置主要有四種。一是鋸齒式消泡槳它安裝于罐內(nèi)頂部、高出液面的位置，固定在攪拌軸上，隨攪拌軸轉(zhuǎn)動，不斷將泡沫打破。二是半封閉式渦輪消泡器，它是由前者發(fā)展改進(jìn)而來，泡沫可直接被渦輪打碎或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎。三是離心式消泡器，它們置于發(fā)酵罐的頂部，利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫破碎，液體仍然返回罐內(nèi)。第四種是刮板式消泡器，它安裝于發(fā)酵罐的排氣口處，泡沫從氣液進(jìn)口進(jìn)到高速旋轉(zhuǎn)的刮板中，刮板轉(zhuǎn)速為10001450rpm，泡沫迅速被打碎，由于離心力作用，液體披甩向殼體壁上，返回罐內(nèi)，氣體則由汽孔排出。擋擋 板板擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。通常擋板寬度?。?.1-0.12）D，裝設(shè)4-6塊即可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”是指在一定轉(zhuǎn)速下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要達(dá)到全擋板條件必須滿足下式要求：D罐的直徑（mm）Z擋板數(shù)W擋板寬度（mm）豎立的列管，排管，也可以起擋板作用，故一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板。（但冷卻管為盤管時，則應(yīng)設(shè)擋板。）擋板的長度自液面起到罐底為止。擋板與罐壁之間的距離為（1/51/9）W，避免形成死角，防止物料與菌體堆積。聯(lián)軸器及軸承聯(lián)軸器及軸承大型發(fā)酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對正。為了減少震動，中型發(fā)酵罐一般在罐內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)采用液體潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4-0.7%，以適應(yīng)溫度差的變化。罐內(nèi)軸承接觸處的軸頸極易磨損，尤其是底軸承處的磨損更為嚴(yán)重，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套，用緊固螺釘與軸固定，這樣僅磨損軸套而軸不會磨損，檢修時只要更換軸套就可以了。變速裝置變速裝置試驗罐采用無級變速裝置，發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶伸展動，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動效率較高，但加工，安裝精度要求高。采用變極電動機(jī)作階段變速，即在需氧高峰時采用高轉(zhuǎn)速，而在不需較高溶解氧的階段適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，發(fā)酵產(chǎn)率并不降低，而動力消耗則有所節(jié)約。自動化程度較高的發(fā)酵罐，采用可控硅變頻裝置，根據(jù)溶氧測定儀連續(xù)測定發(fā)酵液中溶解氧濃度的情況，并按照微生物生長需要的耗氧及發(fā)酵情況，隨時自動變更轉(zhuǎn)速，這種裝置進(jìn)一步節(jié)約了動力消耗，并可相應(yīng)提高發(fā)酵產(chǎn)率，但其裝置頗為復(fù)雜?？諝夥植佳b置空氣分布裝置空氣分布裝置的作用是吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等。常用的為單管式，管口對正罐底中央，裝于最低一擋攪拌器下面，管口與罐低的距離約40mm，并且空氣分散效果較好。若距離過大，空氣分散效果較差。該距離可根據(jù)溶氧情況適當(dāng)調(diào)整，空氣由分布管噴出上升時，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。通常通風(fēng)管的空氣流速取20米/秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補(bǔ)強(qiáng)?？裳娱L罐底壽命。通風(fēng)量在0.020.5ml/sec時，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的1/3次方成正比。也就是說，噴口直徑越小，氣泡直徑也越小。因而氧的傳質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)實際的通風(fēng)量均超過上述范圍，因此氣泡直徑僅與通風(fēng)量有關(guān)，而與噴口直徑無關(guān)。軸軸 封封軸封的作用：使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。填料函軸封是由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓待零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達(dá)到密封的效果。安裝在旋轉(zhuǎn)軸與設(shè)備之間的部件，它的作用是阻止工作介質(zhì)（液體、氣體）沿轉(zhuǎn)動軸伸出設(shè)備之處泄漏冷卻裝置冷卻裝置5M3以下發(fā)酵罐一般采用夾套冷卻。大型發(fā)酵罐采用列管冷卻（四至八組）。帶夾套的發(fā)酵罐罐體壁厚要按外壓計算即3.5Kg/厘米2（絕對壓力）夾套內(nèi)設(shè)置螺旋片導(dǎo)板，來增加換熱效果，同時對罐身起加強(qiáng)作用。冷卻列管極易腐蝕或磨損穿孔，最好用不銹鋼制造。發(fā)酵罐裝料容積發(fā)酵罐裝料容積發(fā)酵罐裝料容積：在一般情況下，裝料高度取罐圓柱部分高度，但須根據(jù)具體情況而定。采用有效的機(jī)械消渙裝置，可以提高罐的裝料量。攪拌器軸功率的計算攪拌器軸功率的計算1、求攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)2、在不通氣條件下一只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率3、在不通氣條件下兩只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率4、求通氣條件下兩只圓盤彎葉渦輪攪拌器的輸入攪拌功率5、選用電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐通用式發(fā)酵罐是最廣泛應(yīng)用的深層好氣培養(yǎng)設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是制藥工業(yè)中，使用得最廣泛的就是通用式發(fā)酵罐。這種發(fā)酵繞既具有機(jī)械攪拌裝置，又具有壓縮空氣分布裝置。發(fā)酵罐的攪拌軸既可置于發(fā)酵罐的頂部，也可置于其底部，其高徑比為2:1-6:19有關(guān)的重要因素是氧傳遞效率，功率輸入、混合質(zhì)量，攪拌槳形式和發(fā)酵罐的幾何比例等。自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐它與通用發(fā)酵罐的主要區(qū)別是：有一個特殊的攪拌器，攪拌器由轉(zhuǎn)子和定子組成；沒有通氣管。具有轉(zhuǎn)子和定子的攪拌器的吸氣原理：浸在發(fā)酵液中的轉(zhuǎn)子迅速旋轉(zhuǎn)，液體和空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣。這時，轉(zhuǎn)子中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈大，所造成的負(fù)壓也愈大。由于轉(zhuǎn)子的空膛與大氣相通，發(fā)酵罐外的空氣通過過濾器不斷地被吸入，隨即甩向葉輪外緣，再通過異向葉輪使氣液均勻分布甩出。轉(zhuǎn)子的攪拌，又使氣液在葉輪周圍形成強(qiáng)烈的混合流，空氣泡被粉碎，氣液充分混合。自吸式發(fā)酵罐的攪拌器自吸式發(fā)酵罐的攪拌器回轉(zhuǎn)翼片式自吸攪拌器；噴射式自吸攪拌器；具有轉(zhuǎn)子和定子的自吸攪拌器。氣泡塔式發(fā)酵罐氣泡塔式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐系一直立長圓筒，筒內(nèi)安裝孔板，有的還在罐內(nèi)安裝攪拌器，罐壁四周裝擋板。與分批的機(jī)械攪拌發(fā)酵罐類似，有的塔頂橫截面擴(kuò)大，供以降低流速，截留液體夾帶的懸浮物。發(fā)酵液和空氣可以并流，也可逆流。罐的特點(diǎn)是：罐身高，高徑比為6；土霉素等生產(chǎn)用的設(shè)備，高徑比達(dá)到7。由于液位高，空氣利用率高，節(jié)省空氣約5，節(jié)省動力約30，但底部存在沉淀現(xiàn)象；溫度高時降溫較難。現(xiàn)代發(fā)酵罐的大型化給現(xiàn)代發(fā)酵罐的大型化給STFSTF帶來帶來系列難以克服的困難系列難以克服的困難要大于1000kW的機(jī)械攪拌；大量的冷卻水和排除熱量；能量的均勻分布；溶解氧、碳源和其它營養(yǎng)與pH控制等.帶升式發(fā)酵罐帶升式發(fā)酵罐帶升式發(fā)酵罐也稱為氣流攪拌發(fā)酵罐，不用機(jī)械攪拌，借通風(fēng)起到攪拌作用并供給氧氣。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，冷卻面積小，無攪拌傳動設(shè)備，料液充滿系數(shù)大，無須加消泡劑，維修、操作及清洗簡便，節(jié)省動力，減少染菌等。工作原理：外循環(huán)氣流攪拌罐是將空氣上升管裝在罐外，下端與罐底連通，管底裝空氣噴嘴，壓縮空氣以250300ms高速噴出，與上升管內(nèi)醪液接觸，由于氣液混合體密度小于罐內(nèi)醪液，所以在管內(nèi)上升，管上端與罐身切線相連，液體由切線進(jìn)入在罐內(nèi)回旋下降，形成激烈循環(huán)。液提式發(fā)酵罐液提式發(fā)酵罐液提發(fā)酵罐是液體借助于一個液體泵進(jìn)行輸送，同時氣體在液體的噴嘴處被吸入發(fā)酵罐噴嘴是這類發(fā)酵罐的一個特殊部件，制造要求精密。氣提式發(fā)酵罐氣提式發(fā)酵罐空氣壓縮機(jī)是氣提式發(fā)酵罐的重要組成部分，它的效率決定于它的形式。壓縮氣體通過空氣分布器進(jìn)入液體后，最初形成的氣泡是由液體劇烈翻動來分散的，所以氣泡的分散程度決定于功率消耗速率。圖中A、B、C和D是用于發(fā)酵罐底部的噴嘴；E和F是裝在發(fā)酵罐上部的噴嘴。這些噴嘴分別具有不同的特點(diǎn)和功能：A是氣液兩相自噴射噴嘴；B是兩相噴嘴，中心噴嘴是液相，氣體從周圍吸入；C也是兩相噴嘴，中心噴嘴是液相，氣體從旁邊的管道吸入；D是放射流噴嘴，用于氣體分散和氣泡分配；E是垂直流噴嘴；F是泵噴射型噴嘴，可采用不同的噴射長度。(一)噴嘴塔式（bcde）這是由一個兩相噴嘴和鼓泡柱組成的發(fā)醉罐，它的通氣效率比多孔管式或多孔板式好得多。這種形式的反應(yīng)器常用于廢水處理，如在一個15000m的活性污泥池中，安裝56個噴嘴，每天可轉(zhuǎn)化30000kg的氧。(二)噴嘴塔循環(huán)式(b)它以兩相噴嘴作為通氣裝置，具有高的液體循環(huán)速度。(三)噴璃循環(huán)式它利用噴嘴的噴射力，吸入氣體，使氣體在罐體內(nèi)部循環(huán)，達(dá)到較好的傳氧效果。的傳氧效果。(四)噴射通道式 在這種反應(yīng)器里，液體在細(xì)長形的噴嘴里被加速，使循環(huán)液體的位能更有效地轉(zhuǎn)變成動能。噴嘴最窄處液體的速度最大，而靜壓最低，空氣通過小孔或狹窄處被吸入和分散，在噴嘴處形成的氣泡被向下流動的液體帶到罐的底部。在窄管的終端，氣體向上運(yùn)動并離開液體排出。（五）滴流床式液體在罐頂部被分散，然后向下滴流通過已被固定化的微生物細(xì)胞?？諝馐窃诠薜讓?dǎo)入并與液體逆向流動。它在好氧廢水處理中有著廣泛的應(yīng)用。(六)多級塔循環(huán)式這種罐以多孔盤管或篩孔發(fā)作為一級分離器。液休平面由溢流管控制。(七)管道循環(huán)式空氣以3-4m/s的速度導(dǎo)入液體流中，然后通過個多孔過濾器在旋風(fēng)分離器中分離，最后排出系統(tǒng)。這種液流以單向通過泵和流量計。采用這種可以有很高的細(xì)胞濃度可達(dá)t 659(干重細(xì)胞)L和高的氧傳遞速率。然而功率輸入也是相當(dāng)高的。(八)液體流化床式近年來，沉化床生化反應(yīng)器的研究報道很多，它主要應(yīng)用在3個方面酶固定在固體基質(zhì)上；完整細(xì)胞固定在固體基質(zhì)上進(jìn)行純培養(yǎng)；生化流化床廣泛應(yīng)用于廢水處理過程。氣提式發(fā)酵罐(一)單級塔式 在塔底裝有多孔管或多孔板或多孔環(huán)作為通氣裝置?？諝獗环稚⒊尚馀莺螅捎谄浔旧淼母×υ谝后w中上升，液體流向上運(yùn)動，即維持一個逆向流動的氣液流。單級塔可用于面包酵母、啤酒、醋的生產(chǎn)，真菌培養(yǎng)，白喉毒素生產(chǎn)和廢水處理等。當(dāng)用于培養(yǎng)凝聚細(xì)胞時，可以得到高的細(xì)胞濃度和代謝產(chǎn)物。(二)單級氣提循環(huán)塔式 通氣運(yùn)行時，氣泡攜帶著液體向上運(yùn)動，有一部分液體沿罐壁向下運(yùn)動，這種逆向液流可通過將反應(yīng)器分成向上和向下流動兩部分來控制的。1內(nèi)循環(huán)式：它還可用于植物細(xì)胞培養(yǎng)和廢水處理。2外循環(huán)式：它的氧傳遞系數(shù)比相應(yīng)的鼓泡柱低。工業(yè)上它巳用于年產(chǎn)1000噸規(guī)模的單細(xì)胞蛋白(SCP)的生產(chǎn)。3分割式：這種反應(yīng)器內(nèi)，裝著幾塊垂直的板，形成使液體上升和下降的兩個區(qū)域，液體在氣體的帶動下形成液體流動。4循環(huán)通道式：氣體滯留時間長，功率輸入也大。(三)下流氣提循環(huán)塔式：這種反應(yīng)器用于廢水處理。(四)具有不同內(nèi)裝結(jié)構(gòu)的塔式：1多級分離板塔式：塔內(nèi)裝有分離板，使氣液逆向流動，在每一級分離板上形成氣體層和液體層。氣液層分離在每級上發(fā)生。它已用于連續(xù)培養(yǎng)大腸桿菌和廢水處理。2.多級循環(huán)組合塔式：這類反應(yīng)器有外循環(huán)，內(nèi)循環(huán)和循環(huán)通道三種。3.靜態(tài)混合塔式：它有兩種形式；不帶循環(huán)式；帶循環(huán)的。采用了靜態(tài)混合，Kla明顯增加。(五)氣體流化床式：它巳用于酵母和乙醇生產(chǎn)。調(diào)節(jié)氣流速度，可避免細(xì)胞在流化時形成大塊，但酵母細(xì)胞和乙醇生產(chǎn)率比深層培養(yǎng)的要低。二、發(fā)酵輔助設(shè)備二、發(fā)酵輔助設(shè)備發(fā)酵輔助設(shè)備主要包括：無菌空氣系統(tǒng)，培養(yǎng)基配制和滅菌系統(tǒng)、發(fā)酵車間的管道及閥門等。（一）（一）空氣除菌流程和設(shè)備空氣除菌流程和設(shè)備空氣預(yù)過濾空氣壓縮機(jī)冷卻器析水器加熱器空氣貯罐 空氣過濾器 發(fā)酵罐。1空氣壓縮機(jī)：工業(yè)發(fā)酵用的壓縮空氣是23kgcm2的低壓空氣。目前常用的是往復(fù)式空壓機(jī)，最好選用水冷式和無油潤滑的。渦輪空壓機(jī)能提供大量23kgcm2的壓縮空氣，耗電省，是最理想的設(shè)備。2過濾器：空氣過濾器的類型很多，有棉花活性炭過濾器、管式過濾器和接送式過濾器等。3過濾介質(zhì)：空氣除菌用的過濾介質(zhì)有：棉花、活性炭玻璃纖維，超細(xì)玻璃纖維紙，石棉濾板、燒結(jié)材料、聚乙烯醇(PVA)等多孔合成樹脂、素?zé)沾赏埠途厶妓狨サ取?.加熱設(shè)備：在配料罐里培養(yǎng)基被加熱到70，然后，用泵送到加熱設(shè)備，在20秒的時間內(nèi)繼續(xù)加熱到130140。常用的加熱設(shè)備有塔式和噴射式兩種。塔式加熱設(shè)備又稱連消塔，塔的有效高度23m，料液在塔中的流速是0.1ms，因此料液在塔內(nèi)的滯留時間為230s。它是有多孔導(dǎo)入管和一外套管組成，多孔管的孔徑是58mm。噴射式加熱器有一噴嘴，蒸汽由噴嘴噴出，料液從側(cè)面進(jìn)入加熱器而被蒸汽加熱。（二）培養(yǎng)基滅菌設(shè)備（二）培養(yǎng)基滅菌設(shè)備（三）維持設(shè)備（三）維持設(shè)備維持設(shè)備使加熱后的培養(yǎng)基保溫定的時間，從而達(dá)到滅菌的目的。維持設(shè)備有兩種：罐式和管式。罐式的是一個帶有上下開口用于進(jìn)出料的立式密封容器；管式的是用無縫鋼管焊成，管內(nèi)流速可取0.30.6ms。(四)、冷卻設(shè)備 噴淋冷卻器 套管冷卻器 板式換熱器 螺旋板換熱器三、管道及閥門三、管道及閥門3.1管道 與發(fā)酵罐連接的管道有水管、料管、空氣管和蒸汽管 發(fā)酵罐內(nèi)的冷卻蛇管與發(fā)酵罐內(nèi)直接相連的料管等，最好采用不銹鋼管。管徑選取的流速是：上水管12ms；料管0.51.0ms；空氣管1015ms；蒸汽1520ms。3.2閥門 閥門是發(fā)酵罐的重要組成，它被用于調(diào)節(jié)控制氣體和液體的流量。閥門的選取應(yīng)考慮：用于什么目的；閥門的材料是否耐溫、耐壓等；連接方式；經(jīng)濟(jì)成本；操作方式。發(fā)酵罐上常用的閥門有：閘閥、球閥、活塞閥、針型閥、蝶形閥、球心閥、隔膜閥，單向閥(止逆閥)、安全閥、壓力控制閥等。隔膜閥既嚴(yán)密可靠，閥桿又不與物料接觸，因此在發(fā)酵罐上的用處很大。隔膜由氯丁橡膠與天然膠混合制成，可耐高溫，價格也高。使用時，隔膜閥需要定期檢查和更換。第四節(jié)第四節(jié) 固體發(fā)酵設(shè)備固體發(fā)酵設(shè)備（一）固體發(fā)酵（一）固體發(fā)酵微生物在具有一定溫度和濕度的固體表面進(jìn)行生長和繁殖就稱作為固體發(fā)酵。固體發(fā)酵主要適合于霉菌。固體發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)固體發(fā)酵的優(yōu)缺點(diǎn)1、原料來源廣，價格低廉。2、在霉菌發(fā)酵時就可以防止污染雜菌。3、能耗低。4、固體發(fā)酵的產(chǎn)物回收般步驟少，費(fèi)用也省。固體發(fā)酵存在的主要工程問題是大規(guī)模生產(chǎn)時的散熱比較困難，參數(shù)檢測如pH值、溫度、菌體增殖量、產(chǎn)物生成量等是很難實現(xiàn)的。因此，實現(xiàn)固體發(fā)酵的最優(yōu)化困難重重。（二）固體發(fā)酵設(shè)備（二）固體發(fā)酵設(shè)備按照固體培養(yǎng)方式來區(qū)分1淺盤式：國內(nèi)廣大農(nóng)村的個體生產(chǎn)中，采用曲盤、簾子和曲架就可以進(jìn)行生產(chǎn)。工業(yè)上是用多層鋁制淺盤放在架子上進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)室保持一定的溫度和濕度。2旋轉(zhuǎn)式：旋轉(zhuǎn)式固體發(fā)酵罐有鼓形和管形，培養(yǎng)過程中，整個發(fā)酵罐以低速間歇旋轉(zhuǎn)，罐內(nèi)的小固體顆粒會沿著罐壁滑動，達(dá)到散熱和與空氣接觸之目的。3厚層式：固體發(fā)酵床的底部為多孔篩板，風(fēng)道傾斜形，可使平行流動的氣流變成垂直流動。曲層厚度可以是300-350mm。無菌的壓縮空氣需調(diào)節(jié)好溫度和濕度，空氣的相對濕度一般為92，空氣風(fēng)壓常為200mmHg，這種裝置的進(jìn)出料和翻曲可以實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，在工業(yè)生產(chǎn)上已有應(yīng)用。固體靜態(tài)發(fā)酵罐