发酵工程设备.doc

1,生物反应的目的:生产细胞,收集细胞代谢产物,微生物除污,直接用酶催化得到所需产物2,生物反应器(细胞或组织生物生长):厌气生物反应器,通气生物反应器,光照生物反应器,膜生物反应器3,生物的生成可分为几种形式:主要产物是能量代谢的结果,主要产物是能量代谢的间接结果,产物是二次代谢产物,产物是胞内或胞外蛋白4,常用的通风发酵罐:机械搅拌式,气升环流式,鼓泡式,自吸式5,机械搅拌通风发酵罐优点:高生产效率,高经济效益缺点:设备构造较复杂,动能消耗大,轴封易泄漏和染菌6,机械搅拌式发酵罐占据发酵罐总数的70%---80%又称之为通用式发酵罐7,机械搅拌通风发酵罐工作原理:靠通入的压缩空气和搅拌叶轮实现发酵液的混合溶氧传质同时强化热量传递8,罐体:由圆柱体和椭圆体或碟形封头焊接而成,罐壁厚度取决于罐径材料及耐受压强,排气管应尽可能的靠近罐顶中心位置,罐体上的管路越少越好。9,搅拌器:作用是混合和传质,类型是径向式(涡轮式)轴向式(轴向混合能力强),搅拌叶轮多采用涡轮式(平叶式、弯叶式),10,涡轮式搅拌器具优点:结构简单、传递能量高、溶氧速率高、剪切力大气泡破碎程度高使用与黏度较低的发酵液,不足:轴向混合较差,且其搅拌强度随着与搅拌轴距离增大而减弱故当培养液粘稠时则搅拌与混合液效果大大下降。装挡板的作用:防止叶面中央形成旋涡流动增强其端动和溶氧传质全挡板条件:通常设4——0。12D轴封的作用:使灌顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封防止染菌和泄漏大型发酵罐通常用的轴封为双端面机械轴封动环和静环:动环的硬度应比静环大,动环可用碳化钨钢静环用聚四氟乙烯弹簧加荷装置作用:产生压紧力,使动静环端面压紧密切接触以确保密封辅助密封元件:动环和静环的密封圈用来密封动环与轴以及静环与静环座之间的缝隙动环密封圈为“O”型环静环密封圈为平橡胶垫片空气分布器:主要有环形管式和单管式。单管式结构简单又实用管口正对罐底中央与罐底距离约为40mm消泡装置:作用是消除泡沫,,10,消泡方法:加入化学消泡剂、使用机械消泡装置(耙式消泡器),发酵罐的换热装置:换热夹套优点:结构简单、加工方便、易清洗,缺点:换热系数较低、传热壁较厚、冷却水流速低、降温效果差。竖式蛇管优点:管内水的流速大、传热系数高,缺点:冷却水温较低否则降温不易、弯曲处易腐。竖式列管优点:有利于提高传热推动力的温差、加工方便,缺点:用水量大气升式发酵罐(AirLiftReactor)具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低气升式反应器:气升环流式,鼓泡式,空气喷射式气升式反应器工作原理:无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎,同时由于形成的气液混合物密度降低,故向上运动,而气含率小的发酵液则下沉,形成循环流动,事先混合与溶氧传质气升环式反应器特点反应溶液分布均匀、较高的溶氧速率和溶氧效率、剪切力小对生物细胞损伤小、传热量好、操作和维修方便、结构简单易于加工制造在发酵罐中机械搅拌式剪切力最大、气升式最小、气升式发酵罐体积最大平均循环时间Tm(发酵液再环流管内循环一次所需时间)循环周期:发酵液在环流管内循环一次所需时间液气比R是发酵液的环流量与通风量之比10,英国伯明翰ICI公司的压力循环发酵罐是国际上最出色的代表,BIOHOCH反应器是典型代表自吸式发酵罐工作原理:自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机提供加压空气而依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐自吸式发酵罐1981年便在酵母厂推广应用,不适合抗生素发酵自吸式优点:不必配备空气压缩机及其附属设备节约设备投资减少厂房面积、溶氧速率高溶氧效率高能耗较低、用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高经济效益高缺点:自吸式发酵罐是负压吸入空气的顾发酵系统不能保持一定的正压较易产生杂菌污染、必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统当转子转动时其框内液体被甩出而形成局部真空而吸入如空气转子有多种如三叶轮死叶轮和六叶轮喷射自吸式发酵罐:文氏管喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合通气的不用空压机又不用机械搅拌吸气转子溢流喷射自吸式发酵罐原理:液体溢流时形成抛射流由于液体表面层与其相邻的气体的动量传递,使边界层的气体有一定的速率,从而带动气体的流动形成自吸气作用通风固相发酵分为自然与机械两种优点是:设备简单、投资省嫌气发酵产品:酒精、啤酒、丙酮丁醇好气发酵产品:谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素获得较高转化率条件:①满足酵母生产和代谢的必要工艺和条件②在生化反应过程中将释放出一定数量的生物热若该热量不及时移走必将直接影响酵母的生长和代谢产物的转化率③从结构上还应考虑有利于发酵液的排出及设备清洗维修以及设备制造安装方便等问题发酵罐的冷却装置:对于中小型发酵罐多采用管顶喷