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生物發酵罐

作者: aoge  來源: 未知  時間: 2017-05-23 15:16  點擊: 
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一、生物發酵罐概述
      發酵罐俗稱生物反應器,生物發酵罐,也就是爲微生物發酵提供適合的環境的容器。生物發酵罐是個密閉衛生潔淨的容器,同時爲了保證發酵所需要的溫度、壓力、氧氣、養分等條件,需要配備精密的控制系統來達到發酵需要的適宜的條件; 生物發酵罐是目前生物和食品發酵生産中的重要設備,是化工、食品、生物、制藥等行業發酵制品不可或缺的設備。
生物發酵罐以下簡稱發酵罐,是具有加熱、冷卻、滅菌、恒溫等功能,能爲微生物生長和發酵産物制造提供一個微環境,即適宜的溫度和壓力、養分等。我公司設計開發的發酵罐具有自動控溫、自動調節pH、自動記錄數據、自動補料等功能,操作簡單,設計合理,各種條件可控,可記錄,可以幫助優化發酵工藝,提高産量,而且智能化的設計大大簡化了手工操作過程,減少了染菌的機會,是現代發酵設備的主要生物反應器。

二、發酵罐的組成

      發酵罐的種類很多,常見的有(1)機械攪拌發酵罐(2)氣升式發酵罐(3)自吸式發酵罐(4)伍式發酵罐(5)文氏管發酵罐。機械攪拌通風發酵罐是目前工業化生産中最常用的一類不鏽鋼的生物發酵罐。機械攪拌通風發酵罐是通過無菌空氣的供應達到通風也就是氧氣的供應,通過攪拌使得氧氣充分溶解,以滿足生物發酵需要的氧氣,其主要部件包括:罐身、軸封、消泡器、攪拌器、聯軸器、中間軸承、擋板、空氣分布管、換熱裝置和人孔以及管路等。
(1)罐體:發酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接或法蘭連接而成,小型發酵罐罐頂和罐筒體采用法蘭連接,材料一般爲不鏽鋼304或316L。發酵罐上管口較多,不同的工藝管口有不同的作用,常見的管口爲進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表、安全閥、冷卻水進出管、進空氣管、取樣管、溫度計管和pH、DO電極接口,手孔或人孔,視鏡及射燈等。手孔及人孔是檢修和清洗用的,視鏡及射燈是爲了觀察罐內發酵狀態。補料管是爲了補料工藝設計的。
(2)罐體的尺寸比例:罐體各部分的尺寸有一定的比例,罐的高度與直徑之比一般爲1.7~4左右。設計成這種細長型的是爲了充分溶解氧及攪拌,有利于發酵和換熱。
(3)攪拌器:攪拌器的作用是打碎氣泡,使空氣與溶液均勻接觸,使氧溶解于發酵液中。攪拌器有軸向式(槳葉式、螺旋式)和徑向式(渦輪式:平直葉、彎葉、箭葉)兩種。發酵罐通常裝有兩組攪拌器,大型發酵罐以及高徑比大的,可安裝三組或三組以上的攪拌器。
(4)擋板:發酵罐一般設置4-6塊擋板。擋板的作用是通過將徑向的液流改變爲軸向流,從而增加液體的翻動效果,增加液體中的溶解氧,同時可以防止過快的攪拌速度,液體形成漩渦。
(5)消泡器:消泡器的作用是將發酵過程中産品的泡沫打破。消泡器常用的形式有鋸齒式、梳狀式及孔板式。孔板式的孔徑約10~20毫米。消泡器的長度約爲罐徑的0.65倍。
(6)聯軸器:由于發酵罐的高徑比一般較大,也就是攪拌軸相對來說較長,一般設置二至三段,用聯軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯接。常用的聯軸器有鼓形及夾殼形兩種。小型的發酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接,軸的連接應垂直,中心線對正。
(7)軸承:爲了減少震動,中型發酵罐—般在罐內裝有底軸承,而大型發酵罐裝有中間軸承,底軸承和中間軸承的水平位置應能適當調節。罐內軸承不能加潤滑油,應采用液體潤滑的塑料軸瓦(如聚四氟乙烯等),軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4~0.7%。爲了防止軸頸磨損,可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套。
(8)變速裝置:試驗罐采用無級變速裝置。發酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動,圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置,其中以三角皮帶變速傳動較爲簡便。
(9)軸封:軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封,防止泄漏和汙染雜菌。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。
(10)發酵罐的換熱裝置
①夾套式換熱裝置,這種裝置多應用于容積較小的發酵罐、種子罐;夾套的高度比靜止液面高度稍高即可。
②豎式蛇管換熱裝置,這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發酵罐內,有四組、六組或八組不等,根據管的直徑大小而定,容積5 m³ 以上的發酵罐多用這種換熱裝置。這種裝置的優點是:冷卻水在管內的流速大;傳熱系數高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區,水的用量較少。但是氣溫高的地區,冷卻用水溫度較高,則發酵時降溫困難,發酵溫度經常超過40℃, 影響發酵産率,因此應采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻,這樣就增加了設備投資及生産成本。此外,彎曲位置比較容易蝕穿。
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酵罐內。其優點是:加工方便,適用于氣溫較高,水源充足的地區。這種裝置的缺點是:傳熱系數較蛇管低,用水量較大。

三、生物發酵罐的結構特性:
(1)發酵罐具有適宜的徑高比;發酵罐的高度與直徑之比一般爲1.7~4倍左右,罐身越長,氧的利用率較高,傳熱系數越好。
(2)發酵罐由于要保證發酵的潔淨滅菌環境,罐內要進行空消和實消,因此發酵罐要能承受一定蒸汽壓力,設計和制造式按照壓力容器的標准進行設計制造;
(3)發酵罐的攪拌和通風裝置要全部配齊,通風裝置主要是指無菌空氣過濾系統,也就是蒸汽過濾器,總過慮器,預過濾器,一級過濾器,二級過濾器,三級過濾器等。通過通氧和攪拌的配合能使氣液充分混合,保證發酵過程中必須的溶解氧;
(4)發酵罐的微生物發酵必須保證適合的發酵溫度,有的由于發酵過程中會大量放熱,因此發酵罐必須考慮設計足夠的冷卻面積和配套冷卻水設備;
(5)發酵罐內精密抛光,光滑無死角,不殘留,不染菌;
(6)發酵罐的攪拌及密封裝置設計合理,不漏氣,不汙染,能滅菌,能通風。
(7)管口采用拉伸翻邊工藝圓弧過渡,光滑易清洗無死角,保證生産過程的可靠性、穩定性及發酵的無菌性。
 

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