4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐

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1、第四章第四章通風發(fā)酵設備通風發(fā)酵設備 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐4.2 4.2 通風固相發(fā)酵設備通風固相發(fā)酵設備4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 通風發(fā)酵設備通風發(fā)酵設備通風發(fā)酵設備是需氧生化反應的最基礎設備，應具有良好傳質和傳熱性能，結構嚴密，防雜菌污染，培養(yǎng)基流動與混合良好，良好的檢測與控制，設備較簡單，方便維護檢修，能耗低等特點。常用的通風發(fā)酵罐有機械攪拌式、氣升環(huán)流式和自吸式等，其中機械攪拌通風發(fā)酵罐仍占據(jù)著主導地位。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐又稱為通用式發(fā)酵罐。它是利用機械攪拌器的作用，使空

2、氣和發(fā)酵液充分混合，促使氧在發(fā)酵液中溶解，以供給微生物生長繁殖、發(fā)酵需要的氧氣。4.1.1 4.1.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐的結構機械攪拌通風發(fā)酵罐的結構機械攪拌通風發(fā)酵罐主要部件有罐體、攪拌器、擋板、聯(lián)軸器和軸封、空氣分布器、傳動裝置、冷卻裝置、消泡器、人孔、視鏡等，大型機械攪拌通風發(fā)酵罐結構如圖4-1所示。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-1 機械攪拌通風發(fā)酵罐結構1軸封；2、20人孔；3梯；4聯(lián)軸節(jié)；5中間軸承；6溫度計接口；7攪拌葉輪；8進風管；9放料口；10底軸承；11熱電偶接口；12冷卻管；13攪拌軸；14取樣管；15軸承座；16傳動皮帶；17電機；18壓力表

3、；19取樣口；21進料口；22補料口；23排氣口；24回流口；25視鏡4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐下面對此類型發(fā)酵罐的主要部件加以說明。1罐體罐體由罐身、罐頂、罐底組成，罐身為圓柱體，中大型發(fā)酵罐罐頂、罐底和小型發(fā)酵罐罐底多采用橢圓形或碟形封頭通過焊接和罐身連接，而小型發(fā)酵罐罐頂卻多采用平板蓋和罐身用法蘭連接。罐頂裝設視鏡及燈鏡、進料管、補料管、排氣管、接種管、壓力表接管和快開手孔或快開人孔。罐身上設有冷卻水進出管、進空氣管、溫度計和檢測儀表接口管。取樣管可裝在罐側或罐頂，視操作方便而定。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐2攪拌器和檔板攪拌器的主要作用

4、是混合和傳質，即使通人的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡細碎以增大氣一液界面，來獲得所需要的溶氧速率，并使生物細胞均勻分散于發(fā)酵體系中，以維持適當?shù)臍庖灰阂还蹋毎┤嗟幕旌吓c質量傳遞，同時強化傳熱效果。發(fā)酵罐采用的攪拌器主要有渦輪攪拌器和螺旋漿式攪拌器。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（1）蝸輪攪拌器 Rushton渦輪是最典型的渦輪攪拌器，如圖4-2所示，其結構比較簡單，通常是一個圓盤上面帶有六個平直葉片。當用它把氣體分散于低黏流體時，在每片槳葉的背面都有一對高速轉動的旋渦，旋渦內負壓較大，從葉片下部供給的氣體立即被卷入旋渦，形成氣體充填的空穴，稱為氣穴。氣

5、穴的存在嚴重影響發(fā)酵罐內的氣一液傳質，使Rushton蝸輪的泵送能力大大降低。為了改進Rushton渦輪攪拌器的不足，Smith等提出采用彎曲葉片的概念。彎曲葉片可使其背面的旋渦減小，抑制葉片后方氣穴的形成，提高載氣能力。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-2 蝸輪攪拌器4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（2）螺旋漿式攪拌器 它在罐內將液體向下或向上推進，形成軸向的螺旋運動，其混合效果較好，但造成的剪率較低。螺旋漿式攪拌器一般為 46片寬葉，投影覆蓋率可達90。國內外較典型的螺旋漿式攪拌器有ProChem公司的MaxFlo，Lightnin公司的A315

6、攪拌器，結構如圖4-3。A315特別適合于氣一液傳質過程，在直徑大于lm的實驗裝置中，同樣的輸入功率下，A315槳的持氣量比Rushton渦輪高80，剪切力僅為Rushton渦輪的 25，產量提高1050。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-3 螺旋漿式攪拌器4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐為了克服攪拌器運轉時液體產生的渦流，將徑向流改變?yōu)檩S向流，促使液體激烈翻動，增加溶氧速率，通常在發(fā)酵罐內壁須裝設擋板。通常設46塊擋板，其寬度為01012D，可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”是指在一定轉速下，再增加罐內附件，軸功率仍保持不變。 擋板的高度自液面

7、起至罐底止，擋板與罐壁之間的距離為（1518）W，以避免形成死角，防止物料與菌體堆積。經(jīng)驗表明，豎立的蛇管、列管、排管，也可以起擋板作用。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐3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)軸器連接。常用的聯(lián)軸器有鼓形和夾殼形兩種。小型發(fā)酵罐攪拌軸可用法蘭連接，軸的連接應垂直，中心線對正。為了減少震動，大中型發(fā)酵罐應裝有可調節(jié)的中間軸承或底軸承，中間軸承或底軸承的水平位置應能適當調節(jié)。罐內軸承不能加潤滑油，軸瓦材料采用液體潤滑的石棉酚醛塑料和聚四氟乙烯。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套。 4.1 4.1 機械攪拌通

8、風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐4軸封軸封的作用是密封罐頂或罐底與軸之間的縫隙，防止泄漏和染菌。大型發(fā)酵罐常用的軸封為端面機械軸封，結構如圖4-4所示。對于密封要求較高的情況，可選用雙端面機械軸封。端面機械軸封是靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并做相對轉動而達到密封。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-4 端面機械軸封 1彈簧；2動環(huán)；3堆焊硬質合金；4靜環(huán)；5“O”形圈4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐端面機械軸封的優(yōu)點是：（1）清潔；（2）密封可靠，在一個較長的使用周期中，不會泄漏或很少泄漏；（3）無死角

9、，可以防止雜菌感染；（4）使用壽命長，質量好的可用25年不需要維修；（5）摩擦功率耗損?。唬?）軸或軸套不受磨損；（7）對軸的精度和光潔度要求不很嚴格，對軸的震動敏感性小。缺點是：結構比較復雜，裝拆不便，對動環(huán)和靜環(huán)的表面光潔度及平直度要求高。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐現(xiàn)將端面機械軸封的基本構件討論如下：（1）動環(huán)和靜環(huán) 動環(huán)和靜環(huán)組成的摩擦副是端面機械軸封最重要的元件，為此，動、靜環(huán)材料均要有良好的耐磨性，摩擦系數(shù)小，導熱性能好，結構緊密，空隙率小，且動環(huán)的硬度應比靜環(huán)大。（2）彈簧加荷裝置 此裝置的作用是產生壓緊力，使動、靜環(huán)端面壓緊密切接觸，以確保密封。彈簧座

10、靠旋緊的螺釘固定在軸上，用以支撐彈簧，傳遞扭矩。（3）輔助密封元件 輔助密封元件有動環(huán)和靜環(huán)的密封圈，用來密封動環(huán)與軸以及靜環(huán)與靜環(huán)座之間的縫隙。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐5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。通常有兩種結構：一種為單管式結構，另一種為環(huán)形管式結構。單管式結構簡單，管口正對罐底中央，與罐底距離約40mm。環(huán)形分布管，環(huán)徑為攪拌器直徑的0.8倍較好，噴孔直徑為5-8 mm，噴孔的總截面積約等于通風管的截面積，環(huán)管上的空氣噴孔應在攪拌葉輪葉片內邊之下，同時噴孔應向下以盡可能減少培養(yǎng)液在環(huán)形分布管上滯留。4.1 4.1 機械攪拌通

11、風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐6消泡器發(fā)酵生產中有兩種消泡方法：一是加入化學消泡劑，二是使用機械消泡裝置。常用機械消泡裝置有：耙式消泡器、渦輪式消泡器和離心式消泡器等。最簡單實用的機械消泡裝置為耙式消泡器，由于這一類消泡器裝于攪拌軸上，往往因攪拌軸轉速太低而效果不佳。對于下伸軸發(fā)酵罐，可以在罐頂裝半封閉渦輪消泡器（如圖4-5），在高速旋轉下，可以達到較好的機械消泡效果。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-5 半封閉式渦輪消泡器4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐 離心式消泡器是一種離心式氣液分離裝置，常用的如圖4-6所示。該消泡器裝于發(fā)酵罐的排氣口上，夾帶泡沫

12、的氣流以切線方向進入分離器中，由于離心力作用，液滴被甩向器壁，經(jīng)回流管返回發(fā)酵罐，氣體則自中間管排出。其作用原理為：帶泡沫的氣體經(jīng)過碟片作旋轉運動，液滴由徑向甩出返回發(fā)酵罐，氣體從上部排出。這種裝置適用于泡沫量較大的場合，但不能將泡沫全部破碎。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-6 離心式消泡器 （a）旋風離心式；（b）葉輪離心式4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐7換熱裝置（1）夾套式換熱裝置 這種裝置多用于容積較小的發(fā)酵罐或種子罐，夾套高度比靜止液面稍高。優(yōu)點為結構簡單，加工容易，罐內無冷卻設備，死角少，容易清洗滅菌。（2）豎式蛇管換熱裝置 這種裝置

13、的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內，有四組、六組或八組不等。該裝置的優(yōu)點是：冷卻水在管內的流速大，傳熱系數(shù)高，約為12001800 kJ（m2h），若管壁較薄，冷卻水流速較大時，傳熱系數(shù)可達4200 kJ（m2h）。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（3）豎式列管（排管）換熱裝置 這種裝置是以列管形式分組對稱裝于發(fā)酵罐內的。其優(yōu)點是：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)。缺點是：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。為了提高傳熱系數(shù)，可在罐外裝設板式或螺旋板式熱交換器，不僅可強化熱交換效果，而且便于檢修和清洗。 4.1 4.1 機械攪

14、拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐4.1.2 4.1.2 機械攪拌通風發(fā)酵罐的計算機械攪拌通風發(fā)酵罐的計算1發(fā)酵罐的尺寸比例發(fā)酵罐罐體有關尺寸符號，如圖4-7所示。罐體各部分的尺寸有一定比例，罐的高度與直徑之比一般為175左右。新型高位發(fā)酵罐高度與直徑比例在10以上，其優(yōu)點是大大提高了氧的利用率，但是壓縮空氣的壓力需要較高，頂料和底料不易混合均勻，廠房高，操作不便。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐圖4-7 罐體有關尺寸符號表示4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐考慮各方面因素，工廠及設計部門一般采用如下的比例尺寸 HD 1740HOD 2030DiD 0305

15、CDi 0810BD 00801HLD 142SD 1或 SDi 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐2發(fā)酵罐的容積計算（1）罐的總容積V全V總VO2Vl（m3） （41）式中 VO圓柱部分的體積，m3； Vl上或下封頭的體積，m 3。圖4-7 罐體有關尺寸符號表示對于橢圓形封頭V總D2HOD2（hb+D/6） 2D2HO（hb+D/6） （4-2）式中ha橢圓短半軸長度，對于標準橢圓形封頭ha = 1/4D（m） hb橢圓封頭的直邊高度，m； D罐的內徑，m。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（2）罐的有效容積V有效 罐的有效容積為罐的實際裝料容積，它等于

16、罐的總容積V總乘以罐的容積裝滿系數(shù)，即 V有效V總（4-3）式中 一裝滿系數(shù)（一般取065075）。（3）罐的公稱容積VN 所謂“公稱容積”是指罐的圓柱部分和底封頭容積之和，其值為整數(shù)，一般不計入上封頭的容積，平常所說的多少體積的發(fā)酵罐是指罐的“公稱容積”。4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐3發(fā)酵罐的數(shù)量計算根據(jù)物料平衡的原則，對于一定的生產能力，所需發(fā)酵罐的個數(shù)N可用下式算出 N l（個） （4-4）式中 n每個發(fā)酵周期相當?shù)奶鞌?shù)，d，周期（小時數(shù)）/24；一發(fā)酵罐的裝滿系數(shù)，0.650.75；V總每個發(fā)酵罐的總容積，m3；Vd每天需要生產的發(fā)酵液量，m3d。 4.1 4.

17、1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐4發(fā)酵罐的冷卻面積計算生物反應過程有生物合成熱產生，而機械攪拌通風發(fā)酵罐除了有生物合成熱外，還有機械攪拌熱，若不從系統(tǒng)中除去這兩種熱量，發(fā)酵液的溫度就會上升，無法維持工藝所規(guī)定的最佳溫度。發(fā)酵生產的產品、原料及工藝不同，其過程放熱也不同。為了保證溫度的調控，需按熱量產生的高峰時期和一年中氣溫最高的半個月為基準進行熱量衡算以及計算所需的換熱面積。 4.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（1）發(fā)酵過程的熱量計算發(fā)酵過程所產生的凈熱量稱之為“發(fā)酵熱”，相應的發(fā)發(fā)過程總熱量為： Q = Q1Q2Q3Q4 （4-5）式中Q1一生物合成熱，包括生物細胞

18、呼吸放熱和發(fā)酵熱兩部分。以葡萄糖作基質時，呼吸放熱為 15651kJ/kg（糖），發(fā)酵熱為4 953 kJ/kg （糖）；Q2一機械攪拌放熱，其值為 3 600Pg，kJ；Pg 攪拌功能，k；功熱轉化率，經(jīng)驗值為 = 0.92；Q3發(fā)酵過程通氣帶出的水蒸氣所需的汽化熱及氣溫上升所帶出的熱量，kJ ；Q4發(fā)酵罐壁與環(huán)境存在溫差而傳遞散失的熱量，kJ 。通?？山朴嬎悖?Q3Q420% Q14.1 4.1 機械攪拌通風發(fā)酵罐機械攪拌通風發(fā)酵罐（2）換熱裝置傳熱面積的計算1）溫度差tm的計算 冷卻水進出口溫度為t1、t2。發(fā)酵液溫度為t，一般取3233。即tm （） （4-6）2）傳熱面積的計算=

19、Q總Ktm（m2） （4-7）式中Q總主發(fā)酵期發(fā)酵液每小時放出最大的熱量（發(fā)酵熱），kJ/h；K換熱裝置的傳熱系數(shù)，kJ（m2h）。 返回4.2 4.2 通風固相發(fā)酵設備通風固相發(fā)酵設備 4.2.1 4.2.1 自然通風固體曲發(fā)酵設備自然通風固體曲發(fā)酵設備自然通風制曲要求空氣與固體培養(yǎng)基密切接觸，以供霉菌繁殖和帶走所產生的生物合成熱。原始的固體曲制備采用木制的淺盤，常用淺盤尺寸有 037m054m 006m或lm lm006m等。大的曲盤沒有底板，只有幾根襯條，上鋪竹簾、葦簾或柳條，或者干脆不用木盤，把簾子鋪在架上，擴大了固體培養(yǎng)基與空氣的接觸面，減少了老法的許多笨重操作，提高了固體曲的質量。

20、4.2 4.2 通風固相發(fā)酵設備通風固相發(fā)酵設備 4.2.2 4.2.2 機械通風固體曲發(fā)酵設備機械通風固體曲發(fā)酵設備 機械通風固體曲發(fā)酵設備與上述的自然通風固體曲發(fā)酵設備的不同主要是前者使用了機械通風即鼓風機，因而強化了發(fā)酵系統(tǒng)的通風，使曲層厚度大大增加，不僅使曲生產效率大大提高，而且便于控制曲層發(fā)酵溫度，提高了曲的質量。 4.2 4.2 通風固相發(fā)酵設備通風固相發(fā)酵設備 機械通風固體曲發(fā)酵設備如圖4-8所示。曲室多用長方形水泥池，寬約2m，深1m，長度則根據(jù)生產場地及產量等選取，但不宜過長，以保持通風均勻；曲室底部應比地面高，以便于排水，池底應有810的傾斜，以使通風均勻；池底上有一層篩板

21、，發(fā)酵固體曲料置于篩板上，料層厚度0.30.5m。曲池一端（池底較低端）與風道相連，其間設一風量調節(jié)閘門。4.2 4.2 通風固相發(fā)酵設備通風固相發(fā)酵設備 1輸送帶；2高位料斗；3輸送小車；4曲料室；5進出料機；6料斗；7輸送帶；8鼓風機；9空調室；10循環(huán)風道；11曲室閘門返回圖4-8 機械通風固體曲發(fā)酵設備 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 4.3.1 4.3.1 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐氣升環(huán)流式發(fā)酵罐 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐也是應用最廣泛的生物反應設備。其特點為：無攪拌傳動設備，結構簡單，易于加工制造，省鋼材，能耗低；反應溶液分布均勻，溶氧速率和溶氧效率高；傳熱良好，冷卻面積

22、小；剪切力小，對生物細胞損傷?。蝗莘e裝料系數(shù)可達8090%，而不須加消泡劑；操作、維修及清洗方便，雜菌感染少。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 氣升環(huán)流式發(fā)酵罐根據(jù)環(huán)流管安裝位置可分為內環(huán)流式與外環(huán)流式兩種，結構見圖4-9。1、氣升環(huán)流式發(fā)酵罐的工作 發(fā)酵罐內或外裝設環(huán)流管，其兩端與罐底及罐上部相連接，構成循環(huán)系統(tǒng)。在環(huán)流管的下部裝設空氣噴嘴，空氣在噴嘴處以 250300 ms的高速噴入環(huán)流管，借氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細碎，與環(huán)流管的發(fā)酵液密切接觸。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖4-9 空氣帶升環(huán)流式發(fā)酵罐 （a）內循環(huán)帶升

23、式發(fā)酵罐（b）外循環(huán)帶升式發(fā)酵罐 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 2、氣升環(huán)流式發(fā)酵罐的主要結構和操作參數(shù)（1）主要結構參數(shù)：國內外實驗研究和生產實踐表明，氣升環(huán)流式發(fā)酵罐要獲得良好的氣液混合和溶氧傳質，其結構參數(shù)具有舉足輕重的影響。實驗結果證明，反應器高徑比HD的適宜取值范圍是59，導流筒直徑與罐徑比DED的取值范圍是0.60.8，此外，空氣噴嘴直徑與反應器直徑比1以及導流筒上下端面到罐頂與罐底的距離均對發(fā)酵液的混合、流動與溶氧有重要影響。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 （2）主要操作參數(shù)： 循環(huán)周期 發(fā)酵液必須維持一定的環(huán)流速度以不斷補

24、充氧，使發(fā)酵液保持一定的溶氧濃度，適應微生物生命活動的需要。發(fā)酵液在環(huán)流管內循環(huán)一次所需要的時間，稱為循環(huán)周期。不同的發(fā)酵生產以及不同時期，由于細胞濃度及對氧的需求不同，故對循環(huán)周期的要求亦不同。對需氧發(fā)酵，若供氧不足，則生物細胞活力下降而發(fā)酵產率降低。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 噴嘴直徑 為了使環(huán)流管內空氣泡分裂細碎，與發(fā)酵液均勻接觸，增加溶氧系數(shù)，應使空氣自噴嘴噴出時的雷諾準數(shù)大于液體流經(jīng)噴嘴處的雷諾準數(shù)，即Re空氣Re醪液。由此可推出：m nA式中 m環(huán)流管對噴咀的直徑比；A氣液比；n空氣與發(fā)酵液的黏度比。 由上式可知：當環(huán)流管徑d一定時，噴嘴的孔徑d1不

25、能過大，這樣才能保證m nA，進而保證空氣泡分割細碎，增加溶解氧。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 氣液比A、壓差p、環(huán)流速度之間的關系 發(fā)酵液的環(huán)流量QC與通風量Q之比稱為氣液比A 氣液比A與環(huán)流管內液體的環(huán)流速度的實驗曲線如圖4-10所示。環(huán)流速度一般可取1.21.ms。 噴嘴前后壓差p和發(fā)酵罐環(huán)流量Qc有一定關系，當噴嘴直徑一定，發(fā)酵罐內液柱高度也不變時，壓差p越大，通風量就越大，相應就增加了液體的循環(huán)量。p與Qc之間關系的實驗曲線見圖4-11。 cgQAQ 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖4-10 氣-液比A值與環(huán)流速度關系曲線 4

26、.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖4-11 壓差p與循環(huán)量Qc關系曲線曲線編號： 1 2 3 4 5罐壓（MPa）：0 0.03 0.05 0.1 0.15 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 在設計和和選用環(huán)流式發(fā)酵罐時，還應注意下列幾點：液面到噴嘴的垂直高度是影響氣升效率的重要因素，設計或選用時應不小于4m；液面到環(huán)流管出口高度直接影響液體循環(huán)。液面低于環(huán)流管出口時，液體循環(huán)量和升液效率明顯下降，液面愈低，效率愈低；液面高于環(huán)流管出口時，對提高效率并無明顯影響，當液面超過環(huán)流管出口1.5米時，如果罐內液體旋轉混合不夠有力，就有可能產生“循環(huán)短路

27、”現(xiàn)象，使發(fā)酵效果不良。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 為了降低液體循環(huán)摩擦阻力，應盡量縮短環(huán)流管的總當量長度；盡量采用直徑較大的單管式環(huán)流管；環(huán)流管的出口應開在發(fā)酵罐側壁，并以切線方向與罐相接。 增大壓差p時，可增加通氣量和發(fā)酵液循環(huán)量，縮短循環(huán)周期。所以，對要求較大溶氧量的生物細胞發(fā)酵，如條件允許，可適當加大壓差p。 通常壓差p較小時，采用較大的噴嘴，反之用較小的噴嘴。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 4.3.2 4.3.2 自吸式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐 自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機提供加壓空氣，而依靠特設的機械攪拌吸氣裝置或液體噴射

28、吸氣裝置吸入無菌空氣并同時實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質的發(fā)酵罐。其優(yōu)點為：不必配備空氣壓縮機及其附屬設備，節(jié)約設備投資，減少廠房面積；溶氧速率高，溶氧效率高、能耗較低；用于酵母生產或醋酸發(fā)酵生產效率高、經(jīng)濟效益高。缺點是：因一般自吸式發(fā)酵罐是負壓吸入空氣，故發(fā)酵系統(tǒng)不能保持一定的壓力，較易產生染菌污染；必須配備低阻力損失的高效空氣過濾系統(tǒng)。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 1、機械攪拌自吸式發(fā)酵罐（1）機械攪拌自吸式發(fā)酵罐的吸氣原理 此類型自吸式發(fā)酵罐結構如圖4-12，主要構件是自吸攪拌器和導輪，簡稱為定子和轉子。當發(fā)酵罐內充滿液體，啟動攪拌電機后，由于轉子的高速旋轉，液體

29、和空氣在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，液體便獲得能量。轉子的線速度愈大，液體的動能愈大，當其離開轉子時，由動能轉變?yōu)殪o壓能也愈大，在轉子中心造成的負壓也越大，吸氣量也越大。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖412 機械攪拌自吸式發(fā)酵罐 1入孔；2進器官；3軸封；4.轉子；5電機；6連軸器；7軸襯；8攪拌軸；9定子；10冷卻蛇管；11消泡器；12排氣管；13消泡轉軸 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 （2）機械攪拌自吸式發(fā)酵罐的性能指標 發(fā)酵罐的高徑比 由于自吸式發(fā)酵罐是靠轉子轉動形成的負壓而吸氣通風的，吸氣裝置沉浸于液相中，所以為保證較高的

30、吸風量，發(fā)酵罐的高徑比HD不宜過大，且罐容增大時，HD應適當減小，以保證攪拌吸氣轉子與液面的距離為23m。對于高粘度的發(fā)酵液，應適當降低罐的高度。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 發(fā)酵罐的吸氣量 自吸式發(fā)酵罐的吸氣量可用準數(shù)法進行計算，三棱葉自吸式攪拌器的吸氣量可由下式確定： （Na，F(xiàn)r）0 （4-8）式中 Na 吸氣準數(shù)，且Na gnd3；Fr一重力準數(shù)，F(xiàn)r n2dg；圖4-13 吸氣準數(shù)Na與重力準數(shù)Fr的關系d葉輪直徑，m；n一葉輪轉速，1s；g一吸氣量，m3s；g重力加速度，9.81ms2。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 三棱葉

31、轉子的吸氣準數(shù)Na和重力準數(shù)Fr的關系如圖4-13所示。由圖可知，當液體受到攪拌器的推動時，在克服重力影響達到一定程度后，吸氣準數(shù)就不受重力準數(shù)Fr的影響而趨于常數(shù)，此點稱為空化點。在空化點上，吸氣量與攪拌器的泵送量成正比。 當1.5Fr15時，以水為介質，對于擋板及冷卻蛇管發(fā)酵，吸氣準數(shù)Na分別為0.0628和0.0634，即： 對于垂直擋板 吸氣量g0.0628 nd3 對于冷卻蛇管兼作擋板 吸氣量g0.0634nd3 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖4-13 吸氣準數(shù)Na與重力準數(shù)Fr的關系 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 2、噴射自吸式發(fā)酵罐 噴射自吸式發(fā)酵罐是應用文氏管噴射吸氣裝置或溢流噴射吸氣裝置進行混合通氣的，既不用空壓機，又不用機械攪拌吸氣轉子。 圖4-14是文氏管自吸式發(fā)酵罐結構示意圖。其原理是利用泵使發(fā)酵液通過文氏管吸氣裝置，由于液體在文氏管的收縮段中流速增加，形成真空而將空氣吸人，并使氣泡分散與液體均勻混合，實現(xiàn)溶氧傳質。經(jīng)驗表明，當收縮段流體流動雷諾數(shù) Re6 104時，吸氣量及溶氧速率較高。 4.3 4.3 其他類型的通風發(fā)酵罐其他類型的通風發(fā)酵罐 圖4-14 文氏管自吸式發(fā)酵罐1排氣管； 2罐體；3換熱夾套；4循環(huán)泵；5壓力表； 6文氏管；7吸氣管