第十章 通风发酵设备 四十年代中期，青霉素的工业化生产，或深层通风培养技术的出现，标志近 代通风发酵工业的开始。在深层通风培养技术中，发酵罐是关键设备。在发酵罐 中，微生物在适当的环境中进行生长、新陈代谢和形成发酵产物。 第一节 通风发酵罐及结构 通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母 等发酵用的发酵罐。好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消 耗的氧。 常用通风发酵罐有以下几种类型： （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 一、机械搅拌通风发酵罐 机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂最常用类型。它是利用机械搅拌器的作用， 使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、 发酵所需要的氧气。 1，机械搅拌通风发酵罐的基本要求 一个性能优良的机械搅拌通风发酵罐必须满足以下基本要求： （1）发酵罐应具有适宜的径高比；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 （2）发酵罐能承受一定压力； （3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，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，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌； （6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。 2，机械搅拌发酵罐的结构 机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，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
第十章 通风发酵设备 四十年代中期，青霉素的工业化生产，或深层通风培养技术的出现，标志近 代通风发酵工业的开始。在深层通风培养技术中，发酵罐是关键设备。在发酵罐 中，微生物在适当的环境中进行生长、新陈代谢和形成发酵产物。 第一节 通风发酵罐及结构 通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母 等发酵用的发酵罐。好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消 耗的氧。 常用通风发酵罐有以下几种类型： （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 一、机械搅拌通风发酵罐 机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂最常用类型。它是利用机械搅拌器的作用， 使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、 发酵所需要的氧气。 1，机械搅拌通风发酵罐的基本要求 一个性能优良的机械搅拌通风发酵罐必须满足以下基本要求： （1）发酵罐应具有适宜的径高比；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 （2）发酵罐能承受一定压力； （3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，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，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌； （6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。 2，机械搅拌发酵罐的结构 机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，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而成，小型发酵罐罐顶和罐 身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用 的手孔。中大型发酵罐则装没有快开入孔及清洗用的快开手孔。罐顶还装有视镜 及灯镜。 在发酵罐的罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接 管。 在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表 接口。 图 10-1 搅拌通风发酵罐的结构示意图 （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。 发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距 S 约为搅拌器直径的三倍。对于 大型发酵罐以及液体深度 HL 较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面 一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离 C 一般等于搅拌器直径 Di，但也不宜小于 0.8Di，否则会影响液体的循环。最常用的发酵罐各部分的比 例尺寸如图 10-2
（1）罐体 发酵罐的罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐 身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用 的手孔。中大型发酵罐则装没有快开入孔及清洗用的快开手孔。罐顶还装有视镜 及灯镜。 在发酵罐的罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接 管。 在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表 接口。 图 10-1 搅拌通风发酵罐的结构示意图 （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。 发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距 S 约为搅拌器直径的三倍。对于 大型发酵罐以及液体深度 HL 较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面 一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离 C 一般等于搅拌器直径 Di，但也不宜小于 0.8Di，否则会影响液体的循环。最常用的发酵罐各部分的比 例尺寸如图 10-2
图 10-2 常用的发酵罐各部分的比例尺寸 （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、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。 轴向式搅拌器：桨叶式、螺旋桨式 径向式（涡轮式）搅拌器（Disc turbine）：平直叶、弯叶、箭叶 图 10-3 径向式（涡轮式）搅拌器的结构示意图
图 10-2 常用的发酵罐各部分的比例尺寸 （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、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。 轴向式搅拌器：桨叶式、螺旋桨式 径向式（涡轮式）搅拌器（Disc turbine）：平直叶、弯叶、箭叶 图 10-3 径向式（涡轮式）搅拌器的结构示意图
（4）挡板 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动， 增加溶解氧。通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设 6~4 块即可满足全挡板条件。 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达 到全挡板条件必须满足下式要求： （5）消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。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 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，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。 ①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。 填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容 易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经 常维修，耗工时多
（4）挡板 挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动， 增加溶解氧。通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设 6~4 块即可满足全挡板条件。 全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达 到全挡板条件必须满足下式要求： （5）消泡器 消泡器的作用是将泡沫打破。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 大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，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。 ①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。 填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容 易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经 常维修，耗工时多
图 10-4 填料函式轴封的结构示意图 ②端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的 压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到 密封。 图 10-5 端面式轴封的结构示意图 端面式轴封的优点： 清洁； 密封可靠； 无死角，可以防止杂菌污染； 使用寿命长；
图 10-4 填料函式轴封的结构示意图 ②端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的 压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到 密封。 图 10-5 端面式轴封的结构示意图 端面式轴封的优点： 清洁； 密封可靠； 无死角，可以防止杂菌污染； 使用寿命长；