第一章通風發酵罐應用：生產酵母、單細胞蛋白、氨基酸、有機酸、酶制劑、抗生素、維生素等

類型：通風發酵罐

機械攪拌發酵罐工作原理結構及幾何尺寸

溶氧速率、通氣與攪拌

熱量傳遞氣升式發酵罐

工作原理氣升環流式發酵罐典型的氣升式發酵罐

自吸式發酵罐機械攪拌自吸式噴射自吸式溢流噴射自吸式

通風固相發酵罐機械攪拌發酵罐(TRC)

工作原理：利用機械攪拌器的作用，使空氣和發酵液充分混合促使氧在發酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發酵所需要的氧氣。

(1)具有適宜的徑高比；

(2)能夠承擔一定壓力；

(3)保證必需的溶解氧；

(4)具有足夠的冷卻面積；

(5)盡量減少死角，滅菌徹底，避免染菌；

(6)軸封嚴密。之機械攪拌發酵罐

發酵罐的基本條件：之機械攪拌發酵罐

大型發酵罐結構231－軸封；2、20－人孔；3－梯；4－聯軸；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－DO電極接口；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；19－取樣口；21－進料口；22－補料口；23－排氣口；24－回流口；25－視鏡；圖2.1大型發酵罐結構圖機械攪拌發酵罐的結構之機械攪拌發酵罐機械攪拌發酵罐的結構

小型發酵罐結構圖2.2小型發酵罐結構圖之機械攪拌發酵罐圖2.3自動玻璃發酵罐圖2.4玻璃攪拌發酵罐圖2.5不銹鋼攪拌發酵罐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。為了滿足工業要求，在一定壓力和溫度下操作，罐為一個受壓耐溫容器，通常要求耐受130℃和0.25MPa(絕對壓力)。之機械攪拌發酵罐罐體受內壓的壁厚：受外壓的壁厚：之機械攪拌發酵罐

攪拌器和擋板

攪拌器：

有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進式等；其作用是打碎氣泡，使氧溶解于發酵液中，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，用螺栓聯成整體。圖2.6發酵罐攪拌葉輪結構圖1-六直葉渦輪式；2-推進式3-LightninA-315式圖2.7不同攪拌器的流型擋板：

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。通常擋板寬度取(0.1～0.12)D，裝設4~6塊即可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”是指在一定轉速下再增加罐內附件而軸功率仍保持不變。要達到全擋板條件必須滿足下式要求：之機械攪拌發酵罐無擋板的攪拌器形成的流型有擋板的攪拌器形成的流型之機械攪拌發酵罐軸封

填料函軸封：由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓待零件構成，使旋轉軸達到密封的效果。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。端面式軸封又稱機械軸封：密封作用是靠彈性元件（彈簧、波紋等）的壓力使垂直軸線的動環和靜環光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉動而達到密封。

常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。壓緊螺栓填料箱體圖2.10填料函轉軸填料壓蓋銅環填料轉軸圖2.11端面封軸動環靜環堆焊硬質O形環圖2.12雙端面封軸密封環攪拌軸罐體齒輪箱傳動齒輪箱之機械攪拌發酵罐

空氣分布器的作用：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形管等，常用的分布裝置有單管式。空氣由分布管噴出上升時，被攪拌器打碎成小氣泡，并與發酵液充分混合，增加了氣液傳質效果。環形管的分布裝置的空氣分散效果不及單管式分布裝置。同時由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。

通常通風管的空氣流速取20m/s。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強,可延長罐底壽命。

空氣分布器之機械攪拌發酵罐消泡裝置消泡裝置就是安裝在發酵罐內轉動軸的上部或安裝在發酵罐排氣系統上的，可將泡沫打破或將泡沫破碎分離成液態和氣態兩相的裝置，從而達到消泡的目的。兩種消泡方法:(1)加入化學消泡劑；(2)使用機械消泡裝置化學消泡劑：植物油脂，如玉米油、豆油等；動物油脂，如豬油等；高分子化合物。機械消泡裝置：最簡單實用為耙式消泡器，此外還有渦輪消泡器、旋風離心式和葉輪式離心消泡器、碟片式消泡器和刮板式消泡器等。旋風離心式葉輪離心式耙式消泡器碟片式消泡器刮板式消泡器之機械攪拌發酵罐大型發酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用聯軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯接。之機械攪拌發酵罐

聯軸器及軸承小型的發酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接。常用的聯軸器有鼓形及夾殼形兩種。聯軸器法蘭中型發酵罐一般在罐內裝有底軸承；大型發酵罐裝有中間軸承。罐內軸承不能加潤滑油，應采用液體潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料，聚四氟乙烯等）。之機械攪拌發酵罐軸承底軸承中間軸承之機械攪拌發酵罐冷卻裝置夾套冷卻豎式蛇管冷卻豎式列管冷卻適用范圍5m3以下小發酵罐大型發酵罐大型發酵罐氣溫較高的地區優點結構簡單，加工容易，罐內死角少，容易清洗滅菌流速大，傳熱系數大，降溫效果較好。加工方便，提高傳熱推動力的溫差。缺點傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降溫效果差。冷卻水較高時，降溫困難，彎曲位置易腐蝕。用水量較大。在罐外安裝板式或螺旋板式熱交換器，采用無菌空氣使發酵液進行循環冷卻。圖2.13機械攪拌通風發酵罐的幾何尺寸之機械攪拌發酵罐機械攪拌通風發酵罐的幾何尺寸及體積體積尺寸橢圓形封頭體積：發酵罐的總體積：近似為：之機械攪拌發酵罐機械攪拌發酵罐的溶氧速率、通氣與攪拌

溶氧傳質速率OTR(OxygenTransferRate)測量體積溶氧系數的方法一、亞硫酸鹽氧化法二、溶氧電極法影響KLa的主要因素操作條件；發酵罐的結構及幾何參數；物料的物化性能。之機械攪拌發酵罐機械攪拌發酵罐的溶氧系數

KLa與操作變數的關系為：1）增加攪拌器轉速N，以提高Pg，可以有效地提高Kla；2）加大通氣量VG，以提高vs；3）提高罐內操作壓力或通入純氧，提高C*。提高KLa的途徑機械攪拌發酵罐的溶氧速率、通氣與攪拌

或機械攪拌的剪切力影響1）單細胞微生物如球狀或桿狀的細菌、酵母、小球藻耐受剪切的能力強；2）絲狀菌的耐受力弱；3）動物細胞對攪拌剪切力非常敏感。之機械攪拌發酵罐機械攪拌發酵罐的熱量傳遞

發酵過程的熱量計算

生物合成熱量計算法

冷卻水帶出熱量計算法

發酵液溫升測量計算法之機械攪拌發酵罐之機械攪拌發酵罐小結熱量傳遞工作原理結構幾何尺寸通風、溶氧傳質與攪拌之氣升式發酵罐氣升式發酵罐(ALR)

工作原理特點及應用主要結構及操作系數典型的氣升式發酵罐

工作原理之氣升式發酵罐類型氣升環流式、塔式（鼓泡式）、空氣噴射式等。工作原理把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進入發酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發酵液則下沉，形成循環流動，實現混合與溶氧傳質。氣液雙噴射氣升環流反應器特點1）反應溶液分布均勻2）較高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小，對生物細胞損傷小4）傳熱良好5）結構簡單，易于加工制造6）操作和維修方便7）易于放大設計和模擬特點及應用之氣升式發酵罐應用酵母生產、單細胞蛋白生產、細胞培養酶制劑和有機酸等發酵生產、廢水生化處理主要結構及操作參數之氣升式發酵罐主要結構參數1）反應器徑高比H/D（5~9）2）導流筒徑與罐徑比DE/D（0.6~0.8）3）空氣噴嘴直徑與反應器直徑比Dl/D

操作特征1）平均循環時間tm2）液氣比R=Vc/Vg3）溶氧傳質之氣升式發酵罐空氣噴射裝置漩渦式空氣噴射器之氣升式發酵罐氣升環流式反應器氣液雙噴射氣升環流反應器多層空氣分布板的氣升環流式反應器之氣升式發酵罐ICI'sairliftsystemformakingsingle-cellproteinin1979注射入口ICI壓力循環氣升發酵罐之氣升式發酵罐BIOHOCH?

反應器徑向流噴射器是核心元件。空氣和水相對噴入，含極大能量的水使空氣分散成又細又均勻的氣泡。循環管保證流向及液體充分曝氣。BIOHOCH?

反應器的特點：緊湊，無噪音，無異味—因為反應器很高，故占地面積小，不會受噪音和氣味侵擾經濟—氧利用率高保證能量節省80%可靠性—反應器易于進入，優質的防腐處理比混凝土更不易泄漏。一旦泄漏發生，也可立即監控。一套完整的系統保證廢水不會無控制流出。BIOHOCH?

反應器處理工業廢水技術

之氣升式發酵罐之氣升式發酵罐小結

工作原理類型及特點主要結構及操作參數典型的氣升式發酵罐

之自吸式發酵罐自吸式發酵罐自吸式發酵罐：

不需空氣壓縮機提供加壓空氣，而依靠特設的機械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣，實現混合攪拌與溶氧傳質的發酵罐。應用：

酵母及單細胞蛋白生產、醋酸發酵、維生素等生產