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第七章 发酵设备

第七章 发酵设备. 第一节 发酵设备概述 第二节 厌氧发酵罐 第三节 通风发酵罐. 第一节 发酵设备概述. 发酵主要设备为 发酵罐 和 种子罐 ，它们各自都附有原料 ( 培养基 ) 调制、蒸煮、灭菌和冷却设备、通气调节和除菌设备、以及搅拌器等。. 种子罐 ：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。. 发酵罐 ：承担产物的生产任务。. 一个优良的发酵罐装置和组成. 一、发酵罐. 是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。. （ 1 ）应具有严密的结构. （ 2 ）良好的液体混合特性. （ 3 ）好的传质和传热速率.

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第七章 发酵设备

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Presentation Transcript

  1. 第七章 发酵设备 第一节 发酵设备概述 第二节 厌氧发酵罐 第三节 通风发酵罐

  2. 第一节 发酵设备概述 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备、通气调节和除菌设备、以及搅拌器等。 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 发酵罐：承担产物的生产任务。

  3. 一个优良的发酵罐装置和组成 一、发酵罐 是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质和传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表

  4. 典型发酵设备 种子制备设备 主发酵设备 辅助设备(无菌空气和培养基的制备) 发酵液预处理设备 粗产品的提取设备 产品精制与干燥设备 流出物回收、利用和处理设备等。

  5. 发酵罐的类型 1．按微生物生长代谢需要分类： 好氧发酵罐 厌氧发酵罐 2. 按照发酵罐设备特点分类： 机械搅拌通风发酵罐；非机械搅拌通风发酵罐 3．按容积分类： 实验室发酵罐；中试发酵罐；生产规模的发酵罐

  6. 第二节 厌氧发酵设备

  7. 密闭厌氧发酵罐 • 对这类发酵罐的要求是：能封闭；能承受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清洗灭菌。 它的容积常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是锥形的。 上部有物料口，冷却水口，CO2和气体出口、人孔和压力表开口等，排料管在罐的底部。 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合。

  8. 一、酒精发酵罐 酵母将糖转化为酒精的高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生物热 酒精发酵罐筒体结构发酵的冷却装置酒精发酵罐的洗涤 水力喷射装置

  9. 二、酒精发酵罐的计算 (一)发酵罐结构尺寸的确定 发酵罐全容积可按下式计算： 式中：V-发酵罐的全容积（m3） V0-发酵罐中的装液量（m3） φ-装液系数（一般取0.85-0.90）

  10. 带有锥形底、盖的圆柱形发酵罐全容积为： 式中 D：罐的直径(米) H：罐的圆柱部分高度(米) h1：罐底高度(米) h2：盖高度(米) 通常：H=1.1-1.5D, h1=0.1-0.4D, h2=0.05-0.1D

  11. (二)发酵罐罐数的确定 对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算

  12. (三)发酵罐冷却面积计算 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定，即： 式中 F：冷却面积(m2) Q：总的发酵热(J/h) K：传热总系数(J/m2·h·˚C) Δtm：对数平均温度差(˚C)

  13. 二、啤酒发酵设备 近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的方向发展，迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。

  14. 目前圆筒体锥底罐（C.C.T)在露天大罐工艺中使用最为普遍，简称露天锥形发酵罐。目前圆筒体锥底罐（C.C.T)在露天大罐工艺中使用最为普遍，简称露天锥形发酵罐。 • C.C.T发酵最大特点在于大型化，容积从100-600m3

  15. 1，设备的外型特点 • 外筒体蝶形或拱形盖，锥形体底，罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。 • 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。 单酿罐一般是D：H＝1：1-2。 两罐法的发酵罐D：H＝1：3-4，贮酒罐D：H ＝1：1-2 • 发酵罐锥底角，考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，取锥底角为73-75˚，对于贮酒罐，因沉淀物很少，主要考虑材料利用率，常取锥角为120-150 ˚ 。

  16. 圆筒体锥底发酵罐的优点 加速发酵；厂房投资节省，冷耗节省；C.C.T 发酵可依赖CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。 圆筒体锥底发酵罐的缺点 酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低；贮酒时，澄清比较困难，过滤必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要5~7d以上，短期贮酒不能保证温度一致。

  17. (三)后发酵设备 • 后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种。工厂大多数采用卧式。

  18. （二）新型啤酒发酵设备 1. 圆筒体锥底发酵罐 • 圆筒体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)，已广泛用于发酵啤酒生产。 • 锥形罐可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进行(一罐法)。 2. 联合罐3. 朝日罐

  19. （三）CIP清洗系统 • 啤酒发酵罐的容量正在逐步增大，这类发酵罐大部分安装在室外，原来的清洗方法已不适用，必须采用自动化的喷洗装置。 • 采用较多的是CIP清洗系统。 • 所谓CIP系统，是clean in place的简称，意即内部清洗系统。

  20. 三、丙酮—丁醇发酵罐 • 生产丙酮、丁醇的发酵罐比酒精发酵罐高，罐身需承受高压，罐壁较厚，用钢板制成。顶盖和底部采用球形封头。

  21. 一、机械搅拌发酵罐 第三节 通风发酵罐 机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。 通风发酵罐的基本条件 （1）发酵罐应具有适宜的径高比。 （2）发酵罐能承受一定的压力。 （3）要保证发酵液必须的溶解氧。 （4）发酵罐应具有足够的冷却面积。 （5）发酵罐内应尽量减少死角，避免染菌。 （6）搅拌器的轴封应严密，防菌量减少泄漏。

  22. 二、发酵罐罐体的尺寸比例 • Di =1/3d  • H0 =2Di • B =0.1D ha=0.25D  • S=3Di  • C= Di

  23. 三、发酵罐的结构 1、罐体 2、搅拌器和挡板 3、消泡器 4、联轴器及轴承 5、变速装置 6、空气分布装置 7、轴封 8、冷却装置

  24. 其它通气发酵罐 1 自吸式发酵罐 2 气泡塔式发酵罐 3 伍式发酵罐（循环机械搅拌） 4 气升式发酵罐（循环通气搅拌） 4 液提式发酵罐 5 气提式发酵罐

  25. 二、发酵辅助设备 • 发酵辅助设备主要包括：无菌空气系统，培养基配制和灭菌系统、发酵车间的管道及阀门等。 三、管道及阀门

  26. 第四节 固体发酵设备 按照固体培养方式来区分 1．浅盘式： 2．旋转式： 3．厚层式：这种装置的进出料和翻曲可以实现机械化和自动化，在工业生产上已有应用。

  27. 本 章 要 点 1 画图说明通用发酵罐的基本结构？ 2 发酵罐主要分为哪几个类型？各包括那些结构？

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