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发酵罐设备到生物反应工程的发展融合

作者:发酵罐 时间:2018-03-26 09:37
发酵整个生物反应过程的关键设备。它是为特定的细胞或酶提供适宜的生长环境或进行特定的生化反应的设备,它的结构、操作方式和操作条件与产品的质量、产量和能耗有着密切的关系。发酵罐存在着物料的混合与流动、传热等化学工程问题; 信息摘要:
原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品,体力劳动繁重,生产规模受到限制,难以实现工业化生产。于是,人们借鉴化学工程技术,对发酵生产工艺进行了规范,用泵和管道等输送方式替代了肩挑

发酵罐设备到生物反应工程的发展融合

自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机,而在搅拌过程中自动吸入空气的发酵罐(不锈钢发酵罐)。这种设备的耗电量小,能保证发酵所需的空气,并能使气液分离细小,均匀地接触,吸入空气中70~80%的氧被利用。采用了不同型式、容积的自吸式发酵罐生产葡萄糖酸钙、力复雷素、维生素C、酵母、蛋白酶等,都取得了良好的成绩。

自吸式发酵罐的结构

自吸式发酵罐的主体结构包括:

(1)罐体:

(2)自吸搅拌器及导轮;

(3)轴封;

(4)换热装置;

(5)消泡器。

2、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。

3、自吸式发酵罐的类型

根据通气的型式不同,自吸式发酵罐可分为三个类型:

(1)回转翼片式自吸式发酵罐;

(2)具有转子及定子的自吸式发酵罐;

(3)喷射式自吸式发酵罐。

前两者自吸式发酵罐结构简单,制作容易,比较广泛采用。其传动装置有装在罐底及罐顶两种,不锈钢储罐,如装在罐底,则端面密封装置的加工和安装要求特别精密,否则容易漏液染菌。第三种喷射式自吸式发酵罐,电耗少,但是泵的构造复杂。

4、自吸式发酵罐的优点:

(1)节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮聪、总过滤器等设备,减少厂房占地面积。

(2)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。

(3)设备便于自动化、连续化,降低劳动强度,减少劳动力。

(4)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。

(5)设备结构简单,溶氧效果高,操作方便。

 

发酵罐设备到生物反应工程的发展融合

原始的手工作坊式的发酵制作凭借祖先传下来的技巧和经验生产发酵产品,体力劳动繁重,生产规模受到限制,难以实现工业化生产。于是,人们借鉴化学工程技术,对发酵生产工艺进行了规范,用泵和管道等输送方式替代了肩挑手提的人力搬运,以机器生产代替了手工操作,把作坊式的发酵生产成功地推上了工业化生产的水平。

在20世纪60年代初期,施工跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饮料蛋白质的来源,推动了发酵技术的进一步发展。由于微生物蛋白质的售价较低,所以比其他发酵产品的生产规模要求更大些。机械搅拌发酵罐的最大容积,已经扩大到150m³。由于发酵时对氧的需求量增加,不需要机械搅拌的高压喷射和强制循环的发酵罐应运而生。这种过程如果进行连续操作,则更为经济。连续发酵是向发酵罐中连续注入新鲜培养基,以促使微生物连续生长,并不断从中取出部分培养液。如ICI公司还在使用3000m³规模连续强制循环发酵罐,超大型的连续发酵的操作周期可超过100天。其问题是染菌的危害性已大大超过1940年代的抗生素生产。这类发酵罐的灭菌,是通过下列手段而达到的:即高度标准化的发酵罐结构、料液的连续灭菌和利用电脑控制灭菌和操作周期,以最大限度地减少人工操作的差错。但连续发酵的应用范围极为有限,工业上普遍开始采用分批培养和分批补料培养法。

抗生素工业的兴起,使发酵工业在产品更新、新设备、新技术的应用上都达到了前所未有的水平。一门反映生物和化工相交叉的学科——生化工程也随之诞生,并取得了飞速发展Hasting指出(1954年),生化工程要解决的十大问题是深层培养、通气、空气除菌、搅拌、结构材料、容器、冷却方式、设备及培养基除菌、过滤、公害。到20世纪60年代中期,生化工程的研究人员在发酵及与之相关的管路网络设计、操作中推选了无菌的概念,建立了无菌操作的一整套技术。1964年Aiba等人认为通气搅拌与放大是生化工程学科的核心,其中放大是生化工程的焦点。由于通气搅拌尤其是发酵罐的放大问题不仅仅是发酵罐的特性、液体的动态有关,而且与微生物的代谢反应紧密相连,因此,1973年Aiba等人进一步指出,在大规模研究方面,仅仅把重点放在无菌操作、通气搅拌等过程的物理现象解析和设备的开发上是不够的,应当进一步开展对微生物反应本质的研究。其后,生化工程的研究重点就逐步从对过程的物理特性研究过渡到对微生物反应进行定量研究上来。

发酵整个生物反应过程的关键设备。它是为特定的细胞或酶提供适宜的生长环境或进行特定的生化反应的设备,它的结构、操作方式和操作条件与产品的质量、产量和能耗有着密切的关系。发酵罐存在着物料的混合与流动、传热等化学工程问题;存在着氧和基质的供需和传递、发酵动力学、酶催化反应动力学、发酵液的流变学以及生物反应器的设计与放大等一系列带着共性的工程技术问题;同时还包括生物反应过程的参数检测和控制。有关这一加工过程的工程问题已发展成为生化工程的重要学科分支——生物反应工程。

发酵生产与化学工程的结合促成了发酵生产的第一次飞跃。现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、,融合而形成的技术性的应用性较强的开放性的学科。

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