食品發(fā)酵工程-7發(fā)酵單元操作

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1、 食 品 發(fā) 酵 工 程 發(fā) 酵 單 元 操 作 （ 四 ） 課 程 復 習v發(fā) 酵 設 備 包 括 2個 主 要 結 構 ；v酒 精 發(fā) 酵 罐 的 冷 卻 洗 滌 裝 置 ；v常 見 的 啤 酒 發(fā) 酵 罐 有 4大 類 ；v固 體 發(fā) 酵 常 見 有 4種 反 應 器 ；v發(fā) 酵 過 程 的 常 規(guī) 參 數(shù) 自 動 監(jiān) 控 包 括 6個 指 標 。 思 考 題v通 風 發(fā) 酵 設 備 作 為 發(fā) 展 最 為 迅 猛 的 發(fā) 酵 設 備 ， 有 哪 些 具體 的 類 型 ， 這 些 發(fā) 酵 罐 是 如 何 運 行 和 工 作 的 ， 具 有 什 么樣 的 結 構 ， 請 同 學 們 課 后

2、 思 考 ？v預 習 課 本 P136P145 通 風 發(fā) 酵 設 備v四 十 年 代 中 期 ， 青 霉 素的 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) ， 或 深 層 通風 培 養(yǎng) 技 術 的 出 現(xiàn) ， 標 志近 代 通 風 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 開 始v在 深 層 通 風 培 養(yǎng) 技 術 中 ，發(fā) 酵 罐 是 關 鍵 設 備 。 機 械 攪 拌 發(fā) 酵 罐v機 械 攪 拌 發(fā) 酵 罐 是 利 用機 械 攪 拌 器 的 作 用 ， 使 空氣 和 發(fā) 酵 液 充 分 混 合 ， 促使 氧 在 發(fā) 酵 液 中 溶 解 ， 以保 證 供 給 微 生 物 生 長 繁 殖 、發(fā) 酵 所 需 要 的 氧 氣 。 機 械 攪

3、 拌 發(fā) 酵 罐 的 結 構v適 宜 的 徑 高 比v密 封 式 的 受 壓 設 備v保 證 必 需 的 溶 氧v足 夠 的 冷 卻 面 積 罐 體 的 比 例 尺 寸v罐 的 高 度 與 直 徑之 比 一 般 為 1.74，v發(fā) 酵 罐 兩 組 攪 拌 器 間距 約 為 攪 拌 器 直 徑 的 3倍v大 型 發(fā) 酵 罐 可 以 安 裝3組 攪 拌 器 攪 拌 器v攪 拌 器 的 作 用打 碎 氣 泡 ， 使 空 氣 與 溶 液 均 勻 接 觸 ， 使 氧 溶 解 于 發(fā) 酵 液 中v為 了 便 于 拆 裝 ， 大 型 攪 拌 器 可 做 成 兩 半 型 ， 用 螺 栓 聯(lián) 成整 體 。 軸

4、向 攪 拌 器v形 成 軸 向 的 螺 旋 轉(zhuǎn) 動 ， 混 合效 果 好 ， 但 造 成 的 剪 率 較 低 ，對 氣 泡 的 分 散 效 果 不 好 。v常 用 的 螺 旋 槳 葉 數(shù) Z=3， 螺 距等 于 攪 拌 器 直 徑 ， 最 大 葉 端 速度 不 超 過 25m/s 螺 旋 槳 式槳 葉 式 圓 盤 直 葉 渦 輪 攪 拌 器v圓 盤 直 葉 渦 輪 攪 拌 器 的 圓盤 阻 擋 大 的 氣 泡 ， 避 免 其 從軸 部 的 葉 片 空 隙 上 升 ， 保 證了 氣 泡 的 更 好 的 分 散 。v具 有 很 大 的 循 環(huán) 輸 送 量 和功 率 輸 出 ， 包 括 粘 性 流

5、體 ，非 牛 頓 流 體 的 攪 拌 混 合 。 圓 盤 彎 葉 渦 輪 攪 拌 器v攪 拌 流 型 與 平 葉 渦 輪 的相 似 ， 在 相 同 的 攪 拌 轉(zhuǎn) 速時 ， 其 混 合 效 果 較 好 。v輸 出 的 功 率 較 平 葉 渦 輪 的為 小 。 在 混 合 要 求 特 別 高 ，而 溶 氧 速 率 相 對 要 求 略 低時 ， 可 選 用 圓 盤 彎 葉 渦 輪 。 圓 盤 箭 葉 渦 輪 攪 拌 器v其 攪 拌 流 型 與 上 述 兩 種 渦輪 相 近 ， 但 它 的 軸 向 流 動 較強 烈 ， 但 在 同 樣 的 轉(zhuǎn) 速 下 ，它 造 成 的 剪 率 低 ， 輸 出 功 率

6、也 較 低 。 擋 板v擋 板 的 作 用 是 改 變 液 流 的 方 向 ， 由 徑 向 改 為 軸 向流 ， 促 使 液 體 劇 烈 翻 動 ， 增 加 溶 氧v通 常 擋 板 寬 度 取 (0.10.2)D,裝 設 64塊 即 可 滿 足全 擋 板 條 件v豎 立 的 列 管 、 接 管 也 可 以 起 擋 板 作 用 。 消 泡 器v 消 泡 器 的 作 用 是 將 泡 沫 打 碎 。v 長 度 約 為 罐 徑 的 0.65倍v 常 見 的 形 式1. 鋸 齒 式2. 梳 狀 式3. 孔 板 式 機 械 消 泡 裝 置v鋸 齒 式 消 泡 槳v半 封 閉 式 渦 輪 消 泡 器v離 心

7、 式 消 泡 器v刮 板 式 消 泡 器 連 軸 器v聯(lián) 軸 器 使 發(fā) 酵 罐 的 上 下 攪 拌 軸 成 固 定 的 剛 性 聯(lián) 接v小 型 發(fā) 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 。v常 用 的 聯(lián) 軸 器 有 鼓 形 及 夾 殼 形 兩 種 。 軸 承v為 了 減 少 震 動 ， 中 型 發(fā) 酵 罐 一 般 在 罐 內(nèi) 裝 有 底 軸 承 ， 而大 型 發(fā) 酵 罐 裝 有 中 間 軸 承 。v底 軸 承 和 中 間 軸 承 的 水 平 位 置 應 能 相 適 應 調(diào) 節(jié) 。v為 了 防 止 軸 頸 磨 損 ， 可 以

8、 在 軸 承 接 觸 處 的 軸 上 增 加 一 個軸 套 。 變 速 裝 置v試 驗 罐 采 用 無 級 變 速 裝 置 。發(fā) 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 為 簡 便 。 軸 封v 軸 封 的 作 用 是 使 灌 頂 或 罐 底 與 軸 之 間 的 縫 隙 加 以 密 封 ，防 止 工 作 介 質(zhì) （ 液 體 、 氣 體 ） 沿 轉(zhuǎn) 動 軸 滲 出 設 備 之 外泄 漏 或 染 雜 菌 。v 可 分 為1. 填 料 函 式 軸 封2. 端 面 式 軸 封

9、填 料 函 式 軸 封v優(yōu) 點 ： 結 構 簡 單v主 要 缺 點1.死 角 多 ， 很 難 徹 底 滅 菌 ，容 易 滲 透 及 染 菌2.軸 的 磨 損 情 況 較 嚴 重3.填 料 壓 緊 后 摩 擦 功 率 消 耗 大4.壽 命 短 ， 經(jīng) 常 維 修 ， 耗 工 時 多 端 面 軸 封v 密 封 作 用 是 靠 彈 性 元 件 的 壓 力使 垂 直 于 軸 線 的 動 環(huán) 和 靜 環(huán) 光 滑表 面 緊 密 地 相 互 貼 合 ， 并 作 相 對轉(zhuǎn) 動 而 達 到 密 封 。v 優(yōu) 點 較 多v 缺 點1.結 構 較 填 料 密 封 復 雜 ， 裝 拆 不 便2.對 動 環(huán) 及 靜 環(huán)

10、 的 表 面 光 潔 度 及 平 直 度 要 求 高 空 氣 分 布 裝 置v作 用 是 吹 入 無 菌 空 氣 ，并 使 空 氣 均 勻 分 布v空 氣 由 分 布 管 噴 出 上 升 時 ，被 攪 拌 器 打 碎 成 小 氣 泡 ， 并與 培 養(yǎng) 液 充 分 混 合 ， 增 加了 氣 液 傳 質(zhì) 效 果 。 夾 套 式 換 熱 裝 置v多 用 于 容 積 較 小 的 發(fā) 酵罐 、 種 子 罐v夾 套 的 高 度 比 靜 止 液 面高 度 稍 高 即 可 ， 無 須 進 行冷 卻 面 積 的 設 計 。v優(yōu) 點v缺 點 豎 式 蛇 管 換 熱 裝 置v豎 式 的 蛇 管 分 組 安 裝 于

11、發(fā) 酵 罐內(nèi) ， 容 積 5m3以 上 的 發(fā) 酵 罐 多 用這 種 換 熱 裝 置v適 用 于 冷 卻 水 溫 度 較 低的 地 區(qū) ， 水 的 用 量 較 少v氣 溫 高 ， 冷 卻 水 溫 度 較 高 ，則 發(fā) 酵 降 溫 困 難 。 豎 式 列 管 換 熱 裝 置v以 列 管 形 式 分 組 對 稱 裝 于 發(fā) 酵 罐 內(nèi)v優(yōu) 點 ： 加 工 方 便 ， 適 用 于 氣 溫 較 高 ， 水 源 充 足 的 地 區(qū)v缺 點 ： 傳 熱 系 數(shù) 較 蛇 管 低 ， 用 水 較 大 。 氣 升 式 發(fā) 酵 罐v機 械 攪 拌 發(fā) 酵 罐 具 有 眾 多 有 點 ， 但 是設 備 構 造 比

12、較 復 雜 ， 動 能 消 耗 較 大 。采 用 氣 升 式 發(fā) 酵 罐 可 以 克 服 上 述 的 缺 點 。 氣 升 式 發(fā) 酵 罐 的 結 構 及 原 理v分 為 內(nèi) 循 環(huán) 和 外 循 環(huán) 兩 種v罐 體v上 升 管v空 氣 噴 嘴 性 能 指 標 v循 環(huán) 周 期 時 間 必 須符 合 菌 種 發(fā) 酵 的 需 要v選 用 適 當 直 徑 的 噴嘴 以 增 加 溶 氧 系 數(shù) 。 自 吸 式 發(fā) 酵 罐v不 需 要 空 氣 壓 縮 機 提 供 無菌 空 氣v高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 轉(zhuǎn) 子 產(chǎn) 生 的 真空 或 液 體 噴 射 吸 氣 裝 置 吸入 空 氣v用 于 醋 酸 及 酵 母 單 細

13、 胞 蛋白 的 生 產(chǎn)v節(jié) 能 、 節(jié) 省 空 間 、 設 備 結構 簡 單 弗 蓋 布 氏 發(fā) 酵 罐v動 力 小 ， 節(jié) 能v具 有 獨 特 的 攪 拌器 和 通 氣 結 構 本 章 小 結v機 械 攪 拌 發(fā) 酵 設 備 結 構 一 般 有 11部 分 的v常 見 的 機 械 攪 拌 發(fā) 酵 設 備 有 3類 思 考 題v發(fā) 酵 中 如 何 進 行 中 試 及 放 大 試 驗 一 直 是 關 鍵 的 技 術 ， 在此 之 中 有 什 么 地 方 需 要 學 習 和 掌 握 ， 有 哪 些 關 鍵 技 術 要注 意 。 請 同 學 們 課 后 思 考 ？v預 習 課 本 P156P171

14、v三 路 進 氣v四 路 出 氣 連 消 塔 加 熱 的 連 續(xù) 滅 菌 兩 級 冷 卻 、 分 離 、 加 熱 的 空 氣 除 菌 流 程v流 程 的 特 點 ： 兩 次 冷 卻 ， 兩 次 分 離 ， 適 當 加 熱 。 尤 其 適用 于 潮 濕 的 地 區(qū) 酒 精 發(fā) 酵 罐 的 結 構v發(fā) 酵 罐 體 為 圓 筒 形v底 蓋 和 頂 蓋 為碟 形 或 錐 形v罐 頂 設 備v罐 底 設 備 思 考 題v發(fā) 酵 過 程 中 的 微 生 物 要 嚴 格 控 制 其 染 菌 的 情 況 ， 實 際 生產(chǎn) 中 往 往 要 求 對 染 菌 進 行 防 治 ， 有 哪 些 關 鍵 技 術 要 注 意 。請 同 學 們 課 后 思 考 ？