第四章生物反应器(1)PPT资料.pptx

1、生物工程设备课件生物反应器分类生物反应包括一系列的生物催化反应，可根 据化学反应工程的分类方法从不同角度对 生物反应器进行分类。按几何形状或结构特征：釜（罐）式、管式、塔式、膜式等类型。按催化剂类型或培养对象：酶促反应器、微 生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物 细胞反应器等。生物工程设备课件按供氧：厌氧/好氧微生物细胞反应器（发酵罐）按反应器所需的混合与能量输入方式：过机械搅拌输入能量的搅拌型发酵罐 利用气体喷射动能的气升式发酵罐和用泵对液体的喷射作用使液体循环的喷射环流式发 酵罐等。按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式 生物反应器和半间歇式生物反应器。生物工程设备课件按生物催化剂在

2、反应器中的分布方式：可 以分为生物团块反应器和生物膜反应器。按反应物系在反应器内的流动和混合状态：全混流型生物反应器和活塞流型生物反 应器。按发酵培养基质的物料状态：液态生物反 应器与固态生物反应器。生物工程设备课件第一节 机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器主要由罐体、搅拌器、挡板、轴封、空气分布器、传动装置、冷却 管、消泡器、人孔、视镜等组成。最大达 500m3生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件小型通用式机械搅拌发酵罐生物工程设备课件生物工程设备课件1、发酵罐的基本条件机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使 空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证

3、供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气。1.适宜的高径比：H：D=2.5-42.耐压3.良好的传质能力4.足够冷却面积5.抛光，死角少6.轴封严密生物工程设备课件发酵罐的基本要求：（六点）1.结构严密，耐灭菌，耐腐蚀；2.良好的气-液-固接触和混合性能，高效的热量、质量、动量传递性能；3.易于放大；4.满足生物反应要求下，降低能耗5.良好的热量交换性能；6.良好的检测与控制设备生物工程设备课件2、发酵罐体的尺寸比例高径比：D=1.74.0 H0：D=2.03.0Di：D=0.30.5 B：D=0.080.1 HL：D=1.42.0两组搅拌器的间距：S=3Di搅拌器与罐底的距离：C=Di,太小影响液

4、体循环。生物工程设备课件3、发酵罐的结构（1）罐体：材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力，2.5kg/cm2。罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于 清洗和配料材料为碳钢或不锈钢，可用衬不锈钢或复合不锈钢，衬里不锈钢厚度2-3mm，耐压0.25MPa，壁厚取 决于罐径和罐压。受内压壁厚计算：P-罐压，D-罐径；-焊缝系数，双面对接0.8，无焊缝1 C-腐蚀裕度，S-C10mm时，C=3mm生物工程设备课件-许用应力

5、，=o 钢板抗拉强度：35Kg/mm2；n=4（t250）受外压壁厚计算：a-系数，直立圆筒45，有焊缝取50 H-圆筒高度，mm生物工程设备课件（2）搅拌器和挡板：搅拌器作用：打碎气泡，使空气与溶液均匀 接触，使氧溶解于醪液中。形式：平叶式、弯叶式和箭叶式。平叶式 功率消耗较大，弯叶式功率消耗较小。大型搅拌器一般做成两半型，用螺栓连成整体，便于拆卸。生物工程设备课件（一）搅拌器的型式与流型1、型式，分为轴向和径向推进两种型式。前 者为螺旋桨式，或者为涡轮式。（1）螺旋桨式搅拌器:顺时针和逆时针旋转 分别将液体向下和向上推进，形成轴向的螺 旋运动。其混合效果较好，但造成的剪率较 低，对气泡的分

6、散效果不好。常用以提高液 体循环速度。螺距一般等于搅拌器直径。生物工程设备课件（2）圆盘平直叶涡轮搅拌器圆盘的作用：无菌空气由单开口管通至搅拌器下 方，大的气泡受到圆盘的阻挡，避免从轴部的叶片空 隙上升，保证了气泡的更好的分散。圆盘平直叶涡轮搅拌器具有很大的循环输送量和 功率输出，适用于各种流体，包括粘性流体、非牛顿 型流体等。（3）圆盘弯叶涡轮搅拌器圆盘弯叶涡轮搅拌器的搅拌流型与平直涡轮的相似 但前者造成的液体径向流动较为强烈，因此在相同的生物工程设备课件搅拌转速时，前者的混合效果较好。但由于前者 的流线叶型，在相同的搅拌转速时，输出的功率较 后者的为小。因此在混合要求特别高，而溶氧速率 相

7、对要求略低，可选用圆盘弯叶涡轮。生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件（4）圆盘箭叶涡轮搅拌器其搅拌流型与上述两种涡轮相近，但轴向流动 较强烈，但在同样转速下，剪率低，输出功率也 较低。2、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、氧气的溶解、热量的传递都影响较 大。搅拌器造成的流体流动型式不仅决定于搅拌 器本身，还受罐内附件及其安装位置的影响。生物工程设备课件生物工程设备课件搅拌流型生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件搅拌模拟生物工程设备课件（1）罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型周边无挡板：轴中心形成凹陷的漩涡。周边有垂直挡板：液体的螺旋

8、状流受挡板折流，被迫向轴心方向流动，使漩涡消失。（2）涡轮式搅拌器的流型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 的漩涡。生物工程设备课件生物工程设备课件（3）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筒，可以大 大加强循环输送效果，并能将液面的泡沫从套筒的上部 入口，抽吸到液体之中，具有自消泡能力。例如，伍式发酵罐。分为搅拌器在套筒外和套筒外两种。生物工程设备课件生物工程设备课件改进的搅拌器Scaba搅拌器其叶片的特殊形状消除了叶片后 面的气穴，从而使通气功率下降较小，因此 可将电机的设计功率几乎全部用于气-液分散 及传质。Pro

9、chem轴向流搅拌器，其通气功 率下降较小。Lightnin公司的A315轴向流桨，比较适合高粘 度非牛顿物系。Intermig搅拌器有较低功率准数，通气功率值 较小，在黄原胶发酵中有较好的混合性能，但存在不稳定性问题。生物工程设备课件新型搅拌器生物工程设备课件国内研发的新型搅拌器生物工程设备课件挡板的作用：防止液面中央形成旋涡流动，增 强湍动和溶氧传质;a、改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。b、防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌 器露在料液以上，起不到搅拌作用。大型发酵罐中竖立的蛇管、列管、排管也可以 起挡板作用。生物工程设备课件全挡板条件：是达到消除液面旋

10、涡的最低条件。即在一定转速下，再增加罐内附件而轴功率仍 保持不变。挡板宽度：（0.10.12）D，装设46块即可 满足全挡板条件。挡板与罐壁之间的距离：挡板宽度的（1/51/8），避免形成死角，防止物料与菌体堆积。生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件生物工程设备课件南京汇科生物工程设备有限公司 搅拌混合设备研发生物工程设备课件4消泡装置：由于发酵液中含有大量的蛋白质，强烈通气搅拌 下将产生大量的泡沫。严重时，将导致发酵液外 溢，增加染菌机会。通气发酵的两种消泡方法：加入消沫剂和使用机 械消泡装置。生物工程设备课件机械消泡装置：一类置于罐内，目的是防止泡 沫外溢，它是在搅拌轴或罐顶另

11、外引入的轴（指搅拌轴由罐底伸入时）上装上消泡桨；形式为锯齿形、梳状式及孔板式。消泡器的 长度约为罐径的0.65倍。另一类置于罐外，能够将从排气中分离已溢出的泡沫使之破碎 后将液体部分返回罐内。生物工程设备课件液体吹入式 机械消泡把 空气及空气 与发酵液吹 入发酵罐中 形成的泡沫 层来进行消 泡液体吹入式机械消泡装置生物工程设备课件（8）罐外机械消泡旋转叶片罐外机械消泡将泡沫引出罐外，利用装置中的旋转叶片所产生的冲击力和剪切力 进行消泡。生物工程设备课件离心力消泡将泡沫注入用网眼及筛目较 大的筛子做成的筐中，通过旋转产生的离 心力将泡沫分散，从而达到消泡的目的。生物工程设备课件ADF系列全自 动

12、机械消泡器生物工程设备课件联轴器及轴承：用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的刚性 联接。鼓形及夹壳形两种。为了减少震动，中型发酵罐装有底轴承，大型发酵罐装有中间轴承。生物工程设备课件（5）变速装置：试验罐：无级变速装置发酵罐：有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥 齿轮减速装置。（6）空气分布装置:空气分布装置的作用：吹入无菌空气，使空 气分布均匀。空气分布装置的形式：单管和环形管。常用 单管，环形管喷空容易被堵塞。环形管的环径 一般为搅拌器直径的0.8倍。生物工程设备课件通风量在0.020.5ml/s时，气泡直径与空气喷 口直径的1/3次方成正比，也就是喷口直径越小，气泡直径越小，而氧气的传质系数也越大

13、。但是 生产实际的通风量均超过上述范围，此时气泡 直径与风量有关，而与喷口直径无关，所 以单管的分布装置的分布效果不低于环形管。生物工程设备课件（7）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，防止染菌和泄漏。搅拌轴的密封为动密封，基本要求是密封要可靠并且结构要简单，使用寿 命要长。最普遍的动密封形式：填料函和端面轴封（机械轴 封）两种。目前多用端面式轴封。生物工程设备课件填料函式轴封是由填料箱体、填料底衬套、填料 压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封 的效果。端面式轴封结构包括摩擦副；弹簧加荷装置；辅助 密封圈。靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使 垂直于轴线的动环和静环光滑

14、表面紧密的相互贴合，并作相对转动而达到密封。生物工程设备课件两种轴封的比较：填料函式轴封结构简单，拆装方便，但多死角，难彻底灭菌，易渗漏，易染菌；轴的磨损较 严重；需经常更换填料端面式轴封泄漏量极少;使用工作寿命长;较 少需要调整。;摩擦功率损耗小;轴与轴套不 受磨损;结构紧凑，安装长度较短。缺点:结构复杂，密封加工精度要求高，安装技 术要求高，拆装不便，初次成本高等生物工程设备课件填料函端面轴封生物工程设备课件双端面密封生物工程设备课件4、发酵罐装料容积的计算1装料量：一般装料高度为圆柱部分高度的70，但泡沫少时可取90，多时可取60。2公称容积：罐的圆柱部分和底封头容积 之和（取整数）。3椭圆形封头的容积：可查手