安装在泡装置为耙式消泡 器，可直接安装在上搅拌的轴上， 消泡耙齿底部应比发酵液面高出适 当高度。安装在发酵罐内转动轴的 上部的消泡器有齿式、梳式、孔板 式、旋浆梳式等
消泡器的安装


安装在发酵罐外的消泡器
安装在发酵罐外的消泡器有涡轮消泡器、 旋风离心式消泡器和叶轮离心式消泡器、 碟片式消泡器和刮板式消泡器等 。 旋风离心式消泡器 改进的旋风离心式消泡器，它可以和消 泡剂盒配合使用，并根据发酵罐内的泡 沫情况自动添加消泡剂

2、自吸式发酵罐
非循环机械搅拌


自吸式发酵罐的充气原理
自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅 拌器及导轮，简称为转子及定子。转 子由箱底向上升入的主轴带动，当转 子转动时空气则由导气管吸入。 转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶 轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。
四弯叶轮

定子
六直叶轮
自吸式发酵罐的优点： 节约空气净化系统设备(空气压缩机、冷却器、 油水分离器、空气贮聪、总过滤器等)，减少厂 房占地面积。 减少工厂发酵设备投资约30％左右，例如应用自 吸式发酵罐生产酵母，容积酵母的产量可高达 30~50克。 设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少 劳动力。 酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵 母后的废液量少。 设备结构简单，溶氧效果高，操作方便。

圆柱形，两端椭圆形，受力均匀，减少死角，物 料容易排除， 高度与直径比1.7-4：1，有力于空气利用率

已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管
2、罐体表面各种装臵：

中大型发酵罐装有供维修、清洗的入孔 罐顶装有窥镜和孔灯，在其内面装有压缩空气或 蒸汽吹管

罐顶接管：进料管、补料管、排气管、接种管、 压力表接管 罐身接管：冷却水进出管、空气进管、温度计管 和测控仪器接口

圆盘平直叶
圆盘弯叶
圆盘箭叶
凹叶圆盘
圆盘平直叶具有很大的 循环输送量和功率输出， 适用于各种流体。 在混合要求特别高，溶 氧速率相对要求略低时， 可用圆盘弯叶。
圆盘箭叶轴向流动较强 烈，输出功率较低。
凹叶圆盘能耗低，缩短 混合时间。
（二）、搅拌器的流型


搅拌器在发酵罐中造成的流型，对气固液相的混合效果及 氧气的溶解、热量的传递具有密切关系。 搅拌器造成的流体流动型式不仅决定于搅拌器本身，还受 罐内的附件及其安装位置的影响。
第七章 发酵罐的比 拟放大
发酵设备
什么是发酵设备？包括那些设备？ 种子制备设备 主发酵设备 辅助设备（无菌空气和培养基制备） 发酵液预处理设备 产品提取与精致设备 废物回收处理设备 请问核心部分是什么？



主发酵设备或称为发酵罐
是发酵工程中最重要的设备之一
优良的发酵设备应具有的特性

缺点： 罐内形成负压，增加染菌机会 搅拌速度高，使菌丝容易被切断，影响丝状微生 物的正常生长



3 、 伍 式 发 酵 罐
循 环 机 械 搅 拌
4、气（带）升式发酵罐




在罐外装设上升管，上升管两 端与罐底及罐上部相连接，构 成一个循环系统，设备构造比 较复杂，动能消耗较太。 在上升管的下 部装设空气喷嘴， 以250-300 m/s的高速喷入上升 管 借助喷嘴的作用将空气分散 分为内环流式和外环流式两种
8、 换热装臵 ※进行加热或冷却，维持发酵温度 夹套式换热装臵 蛇管换热装臵



酒 精 发 酵 罐 的 结 构
、 液 体 深 层 厌 气 发 酵 设 备
五 、 其 他 类 型 发 酵 罐
1
啤酒发酵设备

日本的朝日罐（Asaki tank,1965年），美国的 通用罐（uni-tank,1968年），西班牙的球形罐 （SpHero tank,1975年），迄今为止，使用的 大型发酵罐容量已达1500t。
气升式发酵罐的特点


结构简单，冷却面积小； 无搅拌传动设备，节省动力约50%，节省钢材； 操作时无噪音； 料液装料系数达80~90％，而不须加消泡剂； 维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。 但还不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度 较大的发酵液溶氧系数较低。
典型气升式发酵罐

hb : 椭圆封头的直边高度 D : 罐的内径
罐身容积计算：

V1 H0 D
1 4
2
封头的容积的计算 椭圆形封头的容积可查手册或按下式计算：
2 2 2 1 3 V2 D h D h D ( h b a b 4 6 4 6 D ) ≌0.15D 式中 ha : 椭圆短半轴长度，对标 准椭圆型封头 ha 1 4 D
5、文氏管发酵罐


非 循 环 通 气 搅 拌
6
、 塔 式 发 酵 罐

7、动植物细胞反应器
§2 搅拌器的形式和轴功率计算
一、搅拌器（浆）的形式 二、搅拌器轴功率的计算 三、非牛顿型流体的搅拌轴功率

一、搅拌器（浆）的形式
1、搅拌器的形式 轴向流搅拌器—螺旋桨式 径向流搅拌器 —圆盘平直叶涡轮搅拌器 圆盘弯叶 圆盘箭叶 凹叶圆盘
1、单只涡轮不通气时的功率计算
ND2ρ ReM = μ
（W ）
2、多只涡轮不通气时的功率计算
3、通气情况下搅拌功率的计算
三、
§3 发酵罐的比拟放大
一、发酵罐的结构尺寸计算 二、发酵罐的放大

一、发酵罐的结构尺寸计算



公称容积：罐身容积 与一个底封头容积的 和 全容积：罐身容积和 上下两个底封头容积 的和 有效容积：装料容积
标准发酵罐的几何尺寸
H/D=1.7-4
d/D=1/2-1/3
W/D=1/8-1/12 B/D=0.8-1.0 (s/d)2=1.5-2.5 (s/d)3=1-2
※（二）、机械搅拌式发酵罐的结构：
1、罐体：
培养微生物的巨大容器，密闭式的，在发酵过程 中要保持一定的罐压，通常灭菌的压力约为 2.5×105Pa

严密的结构 良好的液体混合性能 较高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表
本章内容
§1 发酵罐的结构 §2 搅拌器的形式和轴功率计算 §3 发酵罐的比拟放大

§1 发酵罐的结构


发酵罐的基本概念 发展过程 发酵设备的类型 机械搅拌发酵罐 其他类型的发酵罐
一、发酵罐的基本概念


1、泡沫不 多，无 需加消 泡剂。
2、泡沫累 3、消泡结 积，触 束后， 动传感 不再触 器，起 动传感 动消泡 器，不 泵加入 再加入 消泡剂。 消泡剂。


碟片式消泡器
碟片式消泡器装在发酵罐的顶部，当泡沫溢 上与碟片式消泡器接触时，泡沫受高速旋转 离心碟的离心力作用，将泡沫破碎分离成液 态及气态两相，气相沿碟片向上，通过通气 孔沿空心轴向上排出，液体则补甩回发酵罐 中而达到消泡目的。 碟片数目为4-6个，碟片的斜角约为35度，两 碟片之间的间距约为10mm，碟片上有梳状筋 条高约8mm,这些碟片叠臵起来组成碟片组。 碟片组被通气压环压紧在空心轴上，空心轴 通过传动机构转动，转速可达1400rpm,碟片 式消泡器装在发酵罐的顶部，转轴通过两个 轴封与发酵罐及排气管连接。
速率

从液面至罐底 与罐壁之间的距离为1/5-1/8W，避免形成死角，防 止物料与菌体堆积

※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。
全挡板条件下的搅拌流型
竖立的列管/排管也可以起挡板作用
5)

消泡器


※将泡沫打破 锯齿式、梳状式及孔板式 装于搅拌轴上，齿面略高于液面 直径罐径的0.8-0.9
开始应用
3）1940-1960，青霉素，通风， 无菌操作，纯培养等一系列技
术开始应用，计算机用于发酵 控制，产物分离纯化商业化
4）1960-1979，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80150m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气
体交换和热交换问题，计算机广泛应用
5）1979-今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等 基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展
发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵 工业的心脏 广义的发酵罐是指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。工业发酵 中一般指进行微生物深层培养的设备 在有些情况下，密闭容器，简单容器


二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒 2）1900-1940，钢制发酵罐，开 始使用空气分布器，机械搅拌
高位塔式发酵罐
3、 按容积分类

500L以下的是实验室发酵罐 500-50000L是中试发酵罐 50000L以上是生产规模的发酵罐
4、 按操作方式

分批发酵和连续发酵
四、 机械搅拌发酵罐
（一）、 基本要求： 1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高 2）能耐受一定的压力 3）搅拌通风装臵 4）足够的冷却面积 5）罐内要减少死角 6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露
二、搅拌器轴功率的计算


搅拌器输入搅拌液体的功率：是指搅拌器以既定的速度旋转 时，用以克服介质的阻力所需的功率，简称轴功率。它不包 括机械传动的摩擦所消耗的功率，因此它不是电动机的轴功 率或耗用功率。 机械搅拌发酵罐中的搅拌器轴功率与下列因素有关：搅拌器 直径d(m）、搅拌转速n（r/min）、液体密度ρ（kg/m3）、 液体粘度μ（Pa· s）、重力加速度g（m/s2）、搅拌罐直径 D（m）、液柱高度HL（m）以及档板条件(数量、宽度和位 置)等。

6、连轴器及轴承