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生物发酵罐

作者: aoge  来源: 未知  时间: 2019-08-28 17:25  点击: 
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一、生物发酵罐概述
      发酵罐俗称生物反应器,生物发酵罐,也就是为微生物发酵提供适合的环境的容器。生物发酵罐是个密闭卫生洁净的容器,同时为了保证发酵所需要的温度、压力、氧气、养分等条件,需要配备精密的控制系统来达到发酵需要的适宜的条件; 生物发酵罐是目前生物和食品发酵生产中的重要设备,是化工、食品、生物、制药等行业发酵制品不可或缺的设备。
生物发酵罐以下简称发酵罐,是具有加热、冷却、灭菌、恒温等功能,能为微生物生长和发酵产物制造提供一个微环境,即适宜的温度和压力、养分等。我公司设计开发的发酵罐具有自动控温、自动调节pH、自动记录数据、自动补料等功能,操作简单,设计合理,各种条件可控,可记录,可以帮助优化发酵工艺,提高产量,而且智能化的设计大大简化了手工操作过程,减少了染菌的机会,是现代发酵设备的主要生物反应器。

二、发酵罐的组成

      发酵罐的种类很多,常见的有(1)机械搅拌发酵罐(2)气升式发酵罐(3)自吸式发酵罐(4)伍式发酵罐(5)文氏管发酵罐。机械搅拌通风发酵罐是目前工业化生产中最常用的一类不锈钢的生物发酵罐。机械搅拌通风发酵罐是通过无菌空气的供应达到通风也就是氧气的供应,通过搅拌使得氧气充分溶解,以满足生物发酵需要的氧气,其主要部件包括:罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等。
(1)罐体:发酵罐的罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接或法兰连接而成,小型发酵罐罐顶和罐筒体采用法兰连接,材料一般为不锈钢304或316L。发酵罐上管口较多,不同的工艺管口有不同的作用,常见的管口为进料管、补料管、排气管、接种管和压力表、安全阀、冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和pH、DO电极接口,手孔或人孔,视镜及射灯等。手孔及人孔是检修和清洗用的,视镜及射灯是为了观察罐内发酵状态。补料管是为了补料工艺设计的。
(2)罐体的尺寸比例:罐体各部分的尺寸有一定的比例,罐的高度与直径之比一般为1.7~4左右。设计成这种细长型的是为了充分溶解氧及搅拌,有利于发酵和换热。
(3)搅拌器: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、螺旋式)和径向式(涡轮式:平直叶、弯叶、箭叶)两种。发酵罐通常装有两组搅拌器,大型发酵罐以及高径比大的,可安装三组或三组以上的搅拌器。
(4)挡板:发酵罐一般设置4-6块挡板。挡板的作用是通过将径向的液流改变为轴向流,从而增加液体的翻动效果,增加液体中的溶解氧,同时可以防止过快的搅拌速度,液体形成漩涡。
(5)消泡器:消泡器的作用是将发酵过程中产品的泡沫打破。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)联轴器:由于发酵罐的高径比一般较大,也就是搅拌轴相对来说较长,一般设置二至三段,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。
(7)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径的0.4~0.7%。为了防止轴颈磨损,可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。
(8)变速装置:试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动,圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置,其中以三角皮带变速传动较为简便。
(9)轴封:轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
(10)发酵罐的换热装置
①夹套式换热装置,这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐;夹套的高度比静止液面高度稍高即可。
②竖式蛇管换热装置,这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内,有四组、六组或八组不等,根据管的直径大小而定,容积5 m³ 以上的发酵罐多用这种换热装置。这种装置的优点是:冷却水在管内的流速大;传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区,水的用量较少。但是气温高的地区,冷却用水温度较高,则发酵时降温困难,发酵温度经常超过40℃, 影响发酵产率,因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却,这样就增加了设备投资及生产成本。此外,弯曲位置比较容易蚀穿。
③竖式列管(排管)换热装置,这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。其优点是:加工方便,适用于气温较高,水源充足的地区。这种装置的缺点是:传热系数较蛇管低,用水量较大。

三、生物发酵罐的结构特性:
(1)发酵罐具有适宜的径高比;发酵罐的高度与直径之比一般为1.7~4倍左右,罐身越长,氧的利用率较高,传热系数越好。
(2)发酵罐由于要保证发酵的洁净灭菌环境,罐内要进行空消和实消,因此发酵罐要能承受一定蒸汽压力,设计和制造式按照压力容器的标准进行设计制造;
(3)发酵罐的搅拌和通风装置要全部配齐,通风装置主要是指无菌空气过滤系统,也就是蒸汽过滤器,总过虑器,预过滤器,一级过滤器,二级过滤器,三级过滤器等。通过通氧和搅拌的配合能使气液充分混合,保证发酵过程中必须的溶解氧;
(4)发酵罐的微生物发酵必须保证适合的发酵温度,有的由于发酵过程中会大量放热,因此发酵罐必须考虑设计足够的冷却面积和配套冷却水设备;
(5)发酵罐内精密抛光,光滑无死角,不残留,不染菌;
(6)发酵罐的搅拌及密封装置设计合理,不漏气,不污染,能灭菌,能通风。
(7)管口采用拉伸翻边工艺圆弧过渡,光滑易清洗无死角,保证生产过程的可靠性、稳定性及发酵的无菌性。
 

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