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发酵罐如果供氧速率会怎么样

发布时间:2018-3-1 13:32:31 来源: 浏览次数:
摘要:发酵罐如果供氧速率跟不上,会使菌的活力下降而减少发酵产率。据报道,黑曲霉发酵生产糖化酶时,当菌体浓度为7%时,要求循环周期为2.5~3.5min,不得大于4min

    上一篇我们送上的文章是发酵罐的结构型式及发酵领域的应用为了更加全面的介绍>发酵罐发酵设备食用菌发酵罐的各项性能、规格、参数等等,我们将持续发布最新知识,帮助大家了解更多的信息。

 发酵罐如果供氧速率跟不上,会使菌的活力下降而减少发酵产率。据报道,黑曲霉发酵生产糖化酶时,当菌体浓度为7%时,要求循环周期为2.5~3.5min,不得大于4min,否则会造成缺氧而使糖化酶活力急剧下降。  在设计环流式发酵罐时,还应注意环流管高度对环流效率的影响,实验表明环流管高度应大于4m。罐内液面也不能低于环流管出口,否则将明显降低效率。但过高的液面高度,可能产生“环流短路”现象,使罐内溶氧分布不均匀。一般罐内液面不高于环流管出口1.5m。  1.1.3高位塔式发酵罐  这是一种类似塔式反应器的发酵罐,其H/D值约为7左右,罐内装有若干块筛板,压缩空气由罐底导入,经过筛板逐渐上升,气泡在上升过程中带动发酵液同时上升,上升后的发酵液又通过筛板上带有液封作用的降液管下降而形成循环。这种发酵罐的特点是省去了机械搅拌装置,如培养基浓度适宜,而且操作得当的话,在不增加空气流量的情况下,可接近标准式发酵罐的发酵水平,但由于液位较高,通入的压缩空气压力需相应提高。  国内工厂曾用过容积为40m2的高位塔式发酵罐生产抗生素,该罐直径2m,总高为14m,共装有筛板6块,筛板间距为1.5m,最下面的一块筛板有直径10mm的小径2000个,上面5块筛板各有直径10mm小孔6300个,每块筛板上都有一个ф450mm的降液管,在降液管下端的水平面与筛板之间的空间则是气-液充分混合区。由于筛板对气泡的阻挡作用,使空气在罐内停留较长时间,同时在筛板上大气泡被重新分散,进而提高了氧的利用率。这种发酵罐由于省去了机械搅拌装置,造价比标准式发酵罐要低。 1.2标准式发酵罐  标准式发酵罐是纯种据不完全统计,约占发酵罐总数的80%~90%以上,随着发酵产品需求量增加,发酵过程控制和检测水平提高,对发酵机理的了解,以及空气无菌处理技术水平的提高,发酵罐的容积增大已成为生物发酵工业的趋势。发酵罐的公称容积Vo,一般系指筒身容积Vo与底封头容积Vb之和。底封头容积Vb可根据封头的直径查手册求得,也可以近似地用式(10-2)计算。 Vo=Vc+Vb= D2 H+0.15D 3式中,H为筒体高度;D为筒体直径。  发酵罐的高径比H/D是罐体最主要的几何尺寸,一般随着罐体高度和液层增高,氧气的利用率将随之增加,容积传氧系数KLa也随之提高。但其增长不是线性关系,随着罐体增高,KLa的增长速率随之减慢;而随着罐休容积增大,液柱增高,进罐的空气压力随之提高,伴随空压机的出口压力提高和能耗增加;而且压力过大后,特别是在罐底气泡受压后体积缩小,气液界面的面积可能受到影响;过高的液住高度,虽增加了溶氧的分压,但同样增加溶解二氧化碳分压,增加了二氧化碳浓度,对某些发酵品种又可能抑制其生产;而且罐体的高度,同厂房高度密切相关。因而发酵罐的H/D值,既有工艺的要求,也应考虑车间的经常费用和工程的一次造价,必须综合考虑后予以确定。 一般标准式发酵罐的H/D=1.8~2.8,常用的为2~2.5。对于细菌发酵罐来说,筒体高度H与罐直径D的比宜为2.2~2.5,对于放线菌的发酵罐H/D一般宜取为1.8~2.2,当发酵罐容积较小时(80m3 以下),H/D值宜取上限,而大型发酵罐(100m3以上)则宜偏下限。 1.2.2通气和搅拌  好氧发酵是一个复杂的气、液、固三相传质和传热的过程,良好的供氧条件和培养基的混合是保证发酵过程传热和传质必要条件。  好氧发酵需要通往充沛的空气,以满足微生物需氧要求,因而空气通入量越大,微生物获得氧可能越多;其次培养液层越高;空气在培养基停留时间就有可能增加,有益于微生物利用空气中的氧;但是空气中氧是通过培养基传递给微生物,传递速率很大程度上取决于气液相的传质面积,也就是说取决于气泡的大小和气泡的停留时间,气泡越小和越分散就使微生物可以越充沛获得氧气,但是强化气泡的粉碎单靠气体分布器的形式和结构改善是不够的,或者说效果是不明显的,只有通过发酵罐内的叶轮转动将气泡粉碎,才可获得较佳的发酵供氧条件。通过叶轮的搅拌作用,使培养基在发酵罐内得到充分宏观和微观混合,尽可能使微生物在罐内每一处均能得到充足氧气和培养基中的营养物质,此外良好的搅拌有利于微生物发酵过程产生的热量传递给内蛇管和发酵罐的外盘管的冷却介质。这就是具有通气和搅拌的标准式发酵罐普遍使用于生化工程的原因。 (1) 通气装置  通气装置是指将无菌空气导入培养基中的装置,最简单的通气装置是一单孔管,单孔管的出口位于罐的中央,开口向下,以免培养基中固体物质在开口处堆积和罐底固形物质沉淀。有人曾建议采用多孔环管作为通气装置,但由于发酵过程通气量较大气泡直径与通气量和搅拌有关,山分布器的孔径关系极小,在强烈搅拌下,实验证明多孔分布器对氧的传递效果并不比单孔管为好,相反还会造成不必要的压力损失及小孔堵塞的麻烦,故不宜采用。  近年来由于发酵罐容积的增大,为了保证搅拌系统的稳定运行,在罐底设置了底轴承,因而占去了空气管的位置,为了使空气分布仍据中央,提出了将空气管在罐内分散成3~4个口,使其均匀分布在罐中央附近的设计方案。 (2)搅拌叶轮  发酵罐内安装搅拌器首先用来分散气泡以得到尽可能高的KLa值。此外还要使被搅拌的发酵液循环来增加气泡的平均停留时间,并在整个系统中均匀分布,阻止其聚并。和发酵罐的外盘管的冷却介质。这就是具有通气和搅拌的标准式发酵罐普遍使用于生化工程的原因。 (1)通气装置  通气装置是指将无菌空气导入培养基中的装置,最简单的通气装置是一单孔管,单孔管的出口位于罐的中央,开口向下,以免培养基中固体物质在开口处堆积和罐底固形物质沉淀。有人曾建议采用多孔环管作为通气装置,但由于发酵过程通气量较大气泡直径与通气量和搅拌有关,山分布器的孔径关系极小,在强烈搅拌下,实验证明多孔分布器对氧的传递效果并不比单孔管为好,相反还会造成不必要的压力损失及小孔堵塞的麻烦,故不宜采用。  近年来由于发酵罐容积的增大,为了保证搅拌系统的稳定运行,在罐底设置了底轴承,因而占去了空气管的位置,为了使空气分布仍据中央,提出了将空气管在罐内分散成3~4个口,使其均匀分布在罐中央附近的设计方案。 (2) 搅拌叶轮 发酵罐内安装搅拌器首先用来分散气泡以得到尽可能高的KLa值。此外还要使被搅拌的发酵液循环来增加气泡的平均停留时间,并在整个系统中均匀分布,阻止其聚并。


发酵罐其实就是微生物发酵的装置在下一篇继续做详细介绍,如需了解更多,请持续关注。
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