深层发酵工艺之发酵设备

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发酵罐
7 _4 Z2 m+ a5 L1 }& B发酵罐包括种子罐和生产罐，其中种子罐的容积是生产罐的1/10。国内薯干粉培养基发酵的种子培养和生产发酵均采用通用式通风搅拌罐，并在这一方面积累了丰富的经验。罐容积常见的有30、50、100m3,相应的种子罐为3、5、10m3。国外糖蜜培养基发酵也有其他类型的罐，常见容积有100、200、250m3，也有300m3的。
（1）通用式发酵罐    它包括罐体、通气装置、搅拌装置，加热冷却装置，消泡装置、进出料装置、液体流型控制装置及仪表等附属装置组成。
# M& {7 g! _% B! O) j1 o2 C小型发酵罐结构：1-三角皮带转轴  2-轴承支柱  3-连轴节  4-轴封  5-窥镜  6-取样口7-冷却水出口  8-夹套  9-螺旋片  10-温度计接口  11-轴  12-搅拌器  13-底轴承  14-放料口  15-冷水进口  16-通风管  17-热电偶接口  18-挡板  19-解压力表  20-手孔  21-电动机  22-排气口  23-取样口  24-进料口  25-压力表接口  26-窥镜  27-手孔  28-补料口
' t7 |2 N) g0 O' w. T大型发酵罐结构：1-轴封  2-人孔  3-梯子  4-联轴节  5-中间轴承  6-热点偶接口  7-搅拌器  8-通风管  9-放料口  10-底轴承  11-温度计  12-冷却管  13-轴  14-取样  15-轴承柱  16-三角皮带转动  17-电动机  18-压力表  19-取样口  20-入孔  21-进料口  22-补料口  23-排气口  24-回流口  25-窥镜
发酵罐体时圆柱体和椭圆形（或蝶形）封头焊接而成，材料用不锈钢，大型罐一般内衬3mm不锈钢。罐内焊缝必须平正、磨光，以利于清洗和防止结垢。灌顶有人孔、进料补料口、排气口、压力表、视镜、接种口、取样口和消泡回流口等，某些罐在视镜灯孔处装有蒸汽吹管以便冲洗之用。大型罐内装有梯子以便进罐维修清洗。另外在灌上的适当位置还装有各种仪表的传感器探头插孔。这类发酵罐的主要附属装置介绍服下。
, l- G3 E4 U7 h9 ~a.搅拌器和档板   搅拌的作用是使体系混合均匀，打碎气泡而促进氧的溶解。档板的作用是控制液体的流型，消除涡流增加搅拌的混合效果。小型罐装有1～2组搅拌浆，大型罐可装3组。其中最低一组浆离罐低的距离不得大于罐直径的1/3，各组浆之间的距离为搅拌器直径的1.5～2倍，最上面一组与液面的距离不得超过搅拌器直径。根据国内薯干粉发酵的经验，浆叶以前叶为好，功率消耗也最低。搅拌浆的直径Di为罐直径的1/3，其本身各部分分尺寸比例。罐中档板为4～6块，档板宽度为罐直径的1/10，大型罐中的蛇管冷却器和梯子可以代替相应位置的档板。
b.冷却装置  小型罐多用夹套冷却，这样罐内易于清洗，死角少。大型罐要用立式蛇管或立式列管。蛇管的传热系列数比例管高，适用于水温较低地区，它的缺点是弯曲处易于穿孔。列管适应于水源充足和水温较高地区，它造价比蛇管低，但用水量很大。
圆盘前叶涡轮搅拌浆：尺寸比例：Di:di:1:B:C=20:15:5:4:2
                        R=0.5B
c.通气装置   目前国内均采用马蹄形单管空气分布器（鼓泡器），管口对准罐第中央，离罐底约4cm，可以满足空气分布要求。
- d$ o" D+ D- ]% H) I! U$ Fd.传动装置   国内常用皮带传动，依靠电动机变速，这样可以明显降低电耗。
e.轴封   国内以前用过的填料函式轴封由于存在死角，易使罐内染菌，而且轴易磨损，所以已经淘汰，而取而代之的是端面轴封。端面轴封又称机械轴封。密封作用时靠弹性元件（如弹簧）的压力使垂直于轴线的动环合静环表面紧密贴合。
端面轴封：1-弹簧  2-动环  3-耐磨合金  4-静环  5-O型圈
端面轴封的优点是清洁无死角，有利于防止杂菌污染，它密封可靠，使用寿命长，无泄漏或极少泄漏，摩擦功率损耗小，轴和轴套不受磨损。但它的结果较复杂，对动静环的表面的光洁度及平正度要求高，否则容易泄漏。
充气填料函轴封，填料6层，预先用0.5%苯酚液浸过这种轴封的轴承套配有进出气管，先通入蒸汽使之灭菌（135℃，60min），冷凝水由下方管子排出，然后关闭排水阀，通入无菌空气使发酵过程中轴封盒内压力维持0.2～0.3Mpa表压，可以防止流体进入，所以这种轴封也能有效地防杂菌污染。
充气填料函轴承：1—轴  2-填料函  3-多孔轴承套  4-轴封外壳  5-无菌空气管接头  6-压紧轴套  7-双头螺栓  8-供蒸汽管接头  9-排冷凝水管接头
机械消泡装置  它利用机械力量破坏泡沫，使废气与料液分离并回收料液，常见的有，耙式消泡浆、蜗壳刮板式消泡器等。刮板式消泡器工作时，刮板以1000r/min的速度旋转，使泡沫离心甩向壳体四周，受机械冲击而破裂，液体经回流口返回发酵罐。蜗壳式刮板消泡器是刮板消泡器的一种先进形式，效果较好。
蜗壳刮板式消泡器：1-排气口  2-手孔  3-刮板  4-回流口
; A- b, I! J7 |; ^) h0 @通用式发酵罐的年生产能力一般是罐容量的4～5倍，即100m3容量的罐每年可以结晶柠檬酸400～500t（以薯干粉原料发酵计，糖蜜发酵时的生产能力只能达200t左右）。
（2）自吸式发酵罐   这是一种不需要配备空气供给系统，而在搅拌过程中自吸如空气的发酵罐。
自吸式发酵罐：1-皮带轮  2-排气管  3-消泡器  4-冷却排管  5-定子  6-轴  7-双端面轴封  8-联轴节  9-马达  10-自顺式转子 11-端面轴封
这种罐起吸气作用的主要部件是自吸式搅拌器及导论，简称为转子和定子。转子由罐底向上伸入的主轴带动。由于发酵时转子浸没在液体内，当转子高速旋转时，液体及气体在离心力作用下经导轮甩向外缘，使中心处产生负压，而转子中心空腔经吸气管与大气相通，从而空气被不断吸入，并随同液体被甩到发酵液中。由于转子的快速搅拌作用，在叶轮周围形成了剧烈的湍流，使气液强力混合，所以自吸式发酵罐的溶氧系数很高。自吸式发酵罐的优点还有，对液体的剪切力较小，加快发酵速率，有利于实现自动化，节省了空气供给系统投资与操作费用。它的缺点是罐的填充系数低（一般只50%），搅拌器加工精度要求高，罐压低易于染菌等。
（3）气升式发酵罐   对于糖蜜、水解糖、蔗糖等固形物含量很少的培养基，采用气升式发酵罐更为有利。苏联糖蜜柠檬酸发酵采用的100m3气升式发酵罐。它是由12～16mm不锈钢柱体及椭圆封头焊接而成，罐内径3.8m，圆柱形部分高8.6m，几何体积100m3，工作体积80～85m3，灭菌工作压力0.3Mpa，水压0.45Mpa，外面包隔热层。罐中央有气升导流筒2（直径2.45m，高6.15m），筒上有发酵液循环口3和无菌空气分布器9（盘式分布器），无菌空气由中央管5输入，被分布到导流筒外侧与罐壁的环形空间，带动发酵液上升，经回流口3进入筒内循环。冷却装置采用夹套4，也有一些发酵罐用夹层导流筒代替外夹套冷却。罐侧面有人孔7，5个管接口，其中2个安装取样器，1个安装遥测温度计，1个安装液位传感器，另1个装ph电极。罐封头上装有入孔13，排气口14，进料接种口12和（未画出的）补料管接头、蒸汽进口接头和压力表。下部有排料口8。
) \6 a8 S7 y6 F气升式发酵罐：1-罐体  2-气升导流筒  3-回流口  4-夹套  5-中央进气管  6-冷却水进口  7-入孔  8-出料口  9-圆盘空气分布器  10-外接口 11-冷却水出口  12-进料口  13-入孔  14-排气口
气升式发酵罐的最适高径比为4～6，限制高度22～24m。它由于无机械搅拌，噪音低，无搅拌轴、轴承、轴封部件，有利于防止杂菌污染。虽然他无菌空气消耗量大，但总能量消耗还是比机械搅拌罐低。所以苏联等国最近新建厂和老厂改造都采用100或200m3气升式发酵罐。
. V& l0 s' S! d% X& ]/ o5 f苏联哈尔科夫（Xapbkob）柠檬酸厂使用的1003气升式发酵罐的技术参数见表1——1。

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图1-1呢？？