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1、第二节第二节 气升式发酵罐气升式发酵罐n机械搅拌发酵罐不足：机械搅拌发酵罐不足：设备构造比较复杂，设备构造比较复杂，动能消耗较太。动能消耗较太。轴封易泄露和染菌；轴封易泄露和染菌；n采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。本节主要研究内容本节主要研究内容n一、工作原理一、工作原理n二、常见类型二、常见类型n三、特点三、特点n四、主要结构及操作参数四、主要结构及操作参数一、工作原理一、工作原理n把无菌空气通过喷嘴或把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，喷孔喷射进发酵液中，通过汽液混合物的湍流通过汽液混合物的湍流作用而使空气泡分割细作用而使空气泡分割细碎，同时由于
2、形成的汽碎，同时由于形成的汽液混合物密度降低故向液混合物密度降低故向上运动，而气含量小的上运动，而气含量小的发酵液则下沉，形成循发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶环流动，实现混合与溶氧。氧。二、常见类型：二、常见类型：n气升环流式反应器气升环流式反应器n气液双喷射气升环流反应器气液双喷射气升环流反应器n设有双层板的塔式气升发酵罐等设有双层板的塔式气升发酵罐等三、气升环式反应器的特点三、气升环式反应器的特点n1 反应溶液分布均匀；反应溶液分布均匀；（气液固三相均（气液固三相均匀混合匀混合)n2 较高的溶氧速率和溶氧效率；较高的溶氧速率和溶氧效率；(气升式气升式反应器具有较高的气含率和比气液
3、接触反应器具有较高的气含率和比气液接触截面，因而有较高的传质速率和溶氧效截面，因而有较高的传质速率和溶氧效率率。)n3 剪切力小，对生物细胞的损伤小；剪切力小，对生物细胞的损伤小；(无无机械搅拌叶轮机械搅拌叶轮) n4 传热良好；传热良好；(液体综合循环速率高，同液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路加装换热器。时便于在外循环管路加装换热器。) n5 结构简单，易于加工制造；结构简单，易于加工制造；n6 操作和维修方便。操作和维修方便。四、主要结构及操作参数四、主要结构及操作参数n1、主要结构参数、主要结构参数（1）反应器的高径比：）反应器的高径比：n H/D=59(2) 导流筒径与罐径比导
4、流筒径与罐径比n DE/D=0.60.8（3）空气喷嘴直径与反应器直径比）空气喷嘴直径与反应器直径比D1/D以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离以及导流筒上下面到罐顶及罐底的距离均对发酵液的混合和流动、溶氧等有重均对发酵液的混合和流动、溶氧等有重要作用。要作用。n2 操作特性操作特性(1)平均循环时间平均循环时间tm n发酵液必须维持一定的环流速度以不断发酵液必须维持一定的环流速度以不断补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，补充氧，使发酵液保持一定的溶氧浓度，适应微生物生命活动的需要。适应微生物生命活动的需要。n发酵液在环流管内循环一次所需要的时发酵液在环流管内循环一次所需要的时间，称为循环周期。
5、间，称为循环周期。n循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。循环周期时间必须符合菌种发酵的需要。 （2）液气比）液气比R定义：发酵液环流量和通风量之比。定义：发酵液环流量和通风量之比。 通气量对气升式发酵罐的混合与溶氧起决定通气量对气升式发酵罐的混合与溶氧起决定作用。作用。(3) 气升式反应器的溶氧传质气升式反应器的溶氧传质取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎取决于发酵液的湍流及气泡的剪切细碎状态。状态。n3 典型的气升环流发酵罐典型的气升环流发酵罐nICI压力循环式发酵罐生产单细胞蛋白，压力循环式发酵罐生产单细胞蛋白，容积达容积达3000m3，液柱高，液柱高55m,发酵液量发酵液量2100 m3。
6、nBIOHOCH反应器用于污水处理，内设反应器用于污水处理，内设多个气升环流管，有效体积多个气升环流管，有效体积800020000 m3。n计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液计算题：一气升环流式发酵罐中发酵液体积为体积为10m3，导流筒半径为，导流筒半径为200mm，导流筒内发酵液的平均流速为导流筒内发酵液的平均流速为1.5m/s，若通风量为若通风量为1m3/min。n计算发酵液的环流量计算发酵液的环流量VC（m3/min）、平）、平均循环时间均循环时间tm（s）及液气比）及液气比R。n解：已知：解：已知：VL=10m3 vm=1.5m/s VG=1m3/min nRE=200mm=0.2m
7、DE=0.4mn由公式：由公式： m3/mins s第三节第三节 自吸式发酵罐自吸式发酵罐n工作原理工作原理n特点特点n类型类型 自自吸吸式式发发酵酵罐罐是是一一种种不不需需要要空空气气压压缩缩机机提提供供加加压压空空气气，而而依依靠靠特特设设的的机机械械搅搅拌拌吸吸气气装装置置或或液液体体喷喷射射吸吸气气装装置置吸吸入入无无菌菌空空气气并并同同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。应用：应用： 医医药药工工业业、酵酵母母工工业业、生生产产葡葡萄萄糖糖酸酸钙钙、力复霉素、维生素力复霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等。、酵母、蛋白酶等。 一、工作原理一、工作原理二、二、
8、 特点特点n优点：优点：n不必配备空气压缩机及其附属设备，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。节约设备投资，减少厂房面积。n溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。溶氧速率高，溶氧效率高、能耗低。n用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益高的优点。率高、经济效益高的优点。n缺点：缺点：n由于罐压较低，对某些产品生产容易由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。造成染菌。n必须配备低阻力损失的高效空气过滤必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。系统。 三、常见类型三、常见类型机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵
9、罐溢流喷射自吸式发酵罐溢流喷射自吸式发酵罐 （一）机械搅拌自吸式（一）机械搅拌自吸式 发酵罐发酵罐1 构造构造：吸气搅拌叶轮和导吸气搅拌叶轮和导轮，简称为转子和定子。轮，简称为转子和定子。转子由箱底向上升入的主轴带转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导动，当转子转动时空气则由导气管吸入。气管吸入。n转子的形式有九叶轮、六叶轮、转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶轮等，叶轮三叶轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。均为空心形。 2 机械搅拌式发酵罐吸机械搅拌式发酵罐吸气原理气原理 它的搅拌器是一个空心叶轮，它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮快速旋转时液体被
10、甩出，叶轮中形成负压，从而将罐叶轮中形成负压，从而将罐外的空气吸到罐内，并与高外的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在液体之中，细小的气泡分散在液体之中，气液混合流体通过导轮流到气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。发酵液主体。 （二）（二） 喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐液体喷射自吸式发酵罐液体喷射自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐文氏管吸气自吸式发酵罐原理：用泵使发酵液通原理：用泵使发酵液通过文氏管吸气装置，由过文氏管吸气装置，由于液体在文氏管的收缩于液体在文氏管的收缩段流速增加，形成真空段流速增加
11、，形成真空而将空气吸入，并使气而将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，泡分散与液体均匀混合，实现溶氧传质。实现溶氧传质。液体喷射自吸式发酵罐液体喷射自吸式发酵罐（三）溢流喷射自吸式发酵罐（三）溢流喷射自吸式发酵罐n吸气原理吸气原理n液体溢流时形成抛射流，由于液体的表液体溢流时形成抛射流，由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递，使边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，从而带动气界层的气体有一定的速率，从而带动气体的流动形成自吸作用。体的流动形成自吸作用。第四节第四节 通风固相发酵罐通风固相发酵罐 一一 自然通风固体曲发酵设备自然通风固体曲发酵设备 二二 机械通风固体曲发酵设备机械通风固体曲发酵设备 n曲室底部比地面高，便于排水，池底应曲室底部比地面高，便于排水，池底应有有810的倾斜，使通风均匀。池底有的倾斜，使通风均匀。池底有一层筛板，发酵固体曲料置于筛板上。一层筛板，发酵固体曲料置于筛板上。池底较低端与风道相连，其间设分量调池底较低端与风道相连，其间设分量调节闸门。节闸门。 n作业作业：n1 1、简述机械搅拌通风发酵罐的结构和各、简述机械搅拌通风发酵罐的结构和各主要部件的作用。主要部件的作用。n2 2、试介绍几种常用的通风发酵罐的工作、试介绍几种常用的通风发酵罐的工作原理及特点，并举例说明其应用情况。原理及特点，并举例说明其应用情况。
