生物工程设备：第二章 通风发酵设备.ppt

具有外循环冷却的气升环流式气液双喷射式（外循环）塔式气升环流发酵罐塔式发酵罐气升环流式反应器的特点1.发酵液混合均匀，罐内没有搅拌器，发酵液处于循环流动状态，气液固三相混合均匀，不易形成稳定的泡沫和沉淀。2.具有较高的溶氧速率和效率：气液接触面积大，体积溶氧系数高2000l/h，功耗相对低。3.剪切力小、对生物细胞损伤小。4.结构简单，冷却面积小,传热良好。发酵液循环速率高，方便在外循环管加换热器，有效控温。5.结构简单、加工容易。维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染，制造方便，设备投资低，放大容易实现。6.操作维修方便，没有搅拌热，总产热量低。7.节省动力约50%，节省钢材8.料液装料系数达80~90％，而不须加消泡剂9.但还不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低罐的全体积近似计算式：发酵罐总高度发酵罐总高度液柱高度若装液高度为Ho的η’倍液柱高度（HL）发酵罐装料体积及装料系数装料体积（V）装料系数（η）机械通风发酵罐的通风强度和持气率通气强度(通风比，VVm)：指每立方米发酵液每分钟通入的空气的立方米数。（1VVm或1:1）持气率（h）:通气后发酵液体积的增加量与不通气时发酵液体积的比值.h=(VLG-VL)/VL(VLG—通气搅拌时气液混合物体积m3VL—不通气时溶液体积m3)通风发酵存在起泡和持气问题,发酵罐中实际空气流速的上限1.75~2.0m/min，设计时发酵罐考虑装料系数.一般在0.6~0.8，根据具体情况确定。（3）搅拌器的结构特点?搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。?搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。轴向式搅拌器桨叶式螺旋桨式径向式（涡轮式）搅拌器搅拌器与流型?搅拌器在发酵罐中造成的流型，对气固液相的混合效果及氧气的溶解、热量的传递具有密切关系。?搅拌器造成的流体流动型式不仅决定于搅拌器本身，还受罐内的附件及其安装位置的影响。A.螺旋桨搅拌器的流型罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型罐中心垂直安装的螺旋桨，在无挡板的情况下，在轴中心形成凹陷的旋涡。如在同一罐内安装4~6块挡板，液体的螺旋状流受挡板折流，被迫向轴心方向流动，使旋涡消失。B.涡轮式搅拌器的流型上述三种涡轮搅拌器的搅拌流型基本上相同，各在涡轮平面的上下两侧形成向上和向下的两个翻腾。如不满足全挡板条件，轴中心位置也有凹陷的旋涡。适当的安排冷却排管，也可基本消除轴中心凹陷的旋涡。C.装有套筒时的搅拌器搅拌流型?在罐内与垂直的搅拌器同中心安装套简，一可以大大加强循环输送效果，并能将液面的泡沫从套简的上部入口，抽吸到液体之中，具有自消泡能力。伍氏发酵罐就是具有这种中心套筒的机械搅拌罐。（4）挡板挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设6~4块即可满足全挡板条件全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：全挡板条件下的混合效果模拟图（5）消泡器消泡器的作用是将泡沫打破。消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。（6）空气分布器作用：吹入无菌空气使空气分布均匀。形式：有二种单管式环型管环型管的直径为搅拌器直径的0.8倍，喷孔直径2~5mm，向下，喷孔总面积等于空气分布管的面积，空气流速20m/s通风量在0.02~0.5ml/s，喷出的气泡直径与空气喷孔直径的1/3次方成正比。为延长使用寿命，在罐底加一块钢板。（7）联轴器大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。（8）轴承为了减少震动，中型发酵罐—般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)，轴瓦与轴之间的间隙常取轴