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發酵罐設備到生物反應工程的發展融合

作者:發酵罐 時間:2018-03-26 09:37
發酵整個生物反應過程的關鍵設備。它是為特定的細胞或酶提供適宜的生長環境或進行特定的生化反應的設備,它的結構、操作方式和操作條件與產品的質量、產量和能耗有著密切的關係。發酵罐存在著物料的混合與流動、傳熱等化學工程問題; 信息摘要:
原始的手工作坊式的發酵製作憑借祖先傳下來的技巧和經驗生產發酵產品,體力勞動繁重,生產規模受到限製,難以實現工業化生產。於是,人們借鑒化學工程技術,對發酵生產工藝進行了規範,用泵和管道等輸送方式替代了肩挑

發酵罐設備到生物反應工程的發展融合

自吸式發酵罐是一種不需要空氣壓縮機,而在攪拌過程中自動吸入空氣的發酵罐(不鏽鋼發酵罐)。這種設備的耗電量小,能保證發酵所需的空氣,並能使氣液分離細小,均勻地接觸,吸入空氣中70~80%的氧被利用。采用了不同型式、容積的自吸式發酵罐生產葡萄糖酸鈣、力複雷素、維生素C、酵母、蛋白酶等,都取得了良好的成績。

自吸式發酵罐的結構

自吸式發酵罐的主體結構包括:

(1)罐體:

(2)自吸攪拌器及導輪;

(3)軸封;

(4)換熱裝置;

(5)消泡器。

2、自吸式發酵罐的充氣原理

自吸式發酵罐的主要的構件是自吸攪拌器及導輪,簡稱為轉子及定子。轉子由箱底向上升入的主軸帶動,當轉子轉動時空氣則由導氣管吸入。轉子的形式有九葉輪、六葉輪、三葉輪、十字形葉輪等,葉輪均為空心形。

3、自吸式發酵罐的類型

根據通氣的型式不同,自吸式發酵罐可分為三個類型:

(1)回轉翼片式自吸式發酵罐;

(2)具有轉子及定子的自吸式發酵罐;

(3)噴射式自吸式發酵罐。

前兩者自吸式發酵罐結構簡單,製作容易,比較廣泛采用。其傳動裝置有裝在罐底及罐頂兩種,不鏽鋼儲罐,如裝在罐底,則端麵密封裝置的加工和安裝要求特別精密,否則容易漏液染菌。第三種噴射式自吸式發酵罐,電耗少,但是泵的構造複雜。

4、自吸式發酵罐的優點:

(1)節約空氣淨化係統中的空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、空氣貯聰、總過濾器等設備,減少廠房占地麵積。

(2)減少工廠發酵設備投資約30%左右,例如應用自吸式發酵罐生產酵母,容積酵母的產量可高達30~50克。

(3)設備便於自動化、連續化,降低勞動強度,減少勞動力。

(4)酵母發酵周期短,發酵液中酵母濃度高,分離酵母後的廢液量少。

(5)設備結構簡單,溶氧效果高,操作方便。

 

發酵罐設備到生物反應工程的發展融合

原始的手工作坊式的發酵製作憑借祖先傳下來的技巧和經驗生產發酵產品,體力勞動繁重,生產規模受到限製,難以實現工業化生產。於是,人們借鑒化學工程技術,對發酵生產工藝進行了規範,用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運,以機器生產代替了手工操作,把作坊式的發酵生產成功地推上了工業化生產的水平。

在20世紀60年代初期,施工跨國公司決定研究生產微生物細胞作為飲料蛋白質的來源,推動了發酵技術的進一步發展。由於微生物蛋白質的售價較低,所以比其他發酵產品的生產規模要求更大些。機械攪拌發酵罐的最大容積,已經擴大到150m³。由於發酵時對氧的需求量增加,不需要機械攪拌的高壓噴射和強製循環的發酵罐應運而生。這種過程如果進行連續操作,則更為經濟。連續發酵是向發酵罐中連續注入新鮮培養基,以促使微生物連續生長,並不斷從中取出部分培養液。如ICI公司還在使用3000m³規模連續強製循環發酵罐,超大型的連續發酵的操作周期可超過100天。其問題是染菌的危害性已大大超過1940年代的抗生素生產。這類發酵罐的滅菌,是通過下列手段而達到的:即高度標準化的發酵罐結構、料液的連續滅菌和利用電腦控製滅菌和操作周期,以最大限度地減少人工操作的差錯。但連續發酵的應用範圍極為有限,工業上普遍開始采用分批培養和分批補料培養法。

抗生素工業的興起,使發酵工業在產品更新、新設備、新技術的應用上都達到了前所未有的水平。一門反映生物和化工相交叉的學科——生化工程也隨之誕生,並取得了飛速發展Hasting指出(1954年),生化工程要解決的十大問題是深層培養、通氣、空氣除菌、攪拌、結構材料、容器、冷卻方式、設備及培養基除菌、過濾、公害。到20世紀60年代中期,生化工程的研究人員在發酵及與之相關的管路網絡設計、操作中推選了無菌的概念,建立了無菌操作的一整套技術。1964年Aiba等人認為通氣攪拌與放大是生化工程學科的核心,其中放大是生化工程的焦點。由於通氣攪拌尤其是發酵罐的放大問題不僅僅是發酵罐的特性、液體的動態有關,而且與微生物的代謝反應緊密相連,因此,1973年Aiba等人進一步指出,在大規模研究方麵,僅僅把重點放在無菌操作、通氣攪拌等過程的物理現象解析和設備的開發上是不夠的,應當進一步開展對微生物反應本質的研究。其後,生化工程的研究重點就逐步從對過程的物理特性研究過渡到對微生物反應進行定量研究上來。

發酵整個生物反應過程的關鍵設備。它是為特定的細胞或酶提供適宜的生長環境或進行特定的生化反應的設備,它的結構、操作方式和操作條件與產品的質量、產量和能耗有著密切的關係。發酵罐存在著物料的混合與流動、傳熱等化學工程問題;存在著氧和基質的供需和傳遞、發酵動力學、酶催化反應動力學、發酵液的流變學以及生物反應器的設計與放大等一係列帶著共性的工程技術問題;同時還包括生物反應過程的參數檢測和控製。有關這一加工過程的工程問題已發展成為生化工程的重要學科分支——生物反應工程。

發酵生產與化學工程的結合促成了發酵生產的第一次飛躍。現代意義上的發酵工程是一個由多學科交叉、,融合而形成的技術性的應用性較強的開放性的學科。

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