第六章发酵设备与反应器第一节生物反应器设计基础反应器应具备的条件：1.严密的结构；2.良好的液体混合性能；3.较高的传质、传热性能；4.结构简单、能耗低；5.配套而又可靠的检测和控制仪表；判断生物反应器好坏的唯一标准是该装置能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。生物反应器设计的原则1.生物反应器应具有适宜的径高比；2.应能承受一定的压力；3.有搅拌通风装置的反应器应能使气液固三相充分混合，满足物料必须的溶氧要求；4.应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足微生物生长代谢过程中的温度要求；5.尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻底；6.尽量减少法兰连接；7.保证灭菌工作顺利进行。生物反应器设计和操作的限制性因素是传质和传热。（一）固体发酵设备固体发酵历史悠久，长期以来，白酒的酿造一直采用固体发酵，主要设备有曲盘、帘子、厚层通风制曲设备等。厚层通风制曲设备是20世纪50年代发展起来的，它是在保持固体发酵优点的基础上加以改进，以适应大规模业生产需要的一种固体培养方法。按微生物生长代谢需要分类：好氧发酵罐：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数；厌氧发酵罐：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐，不需要通气。好养发酵罐根据搅拌方式不同又可分为：机械搅拌式发酵罐：发酵过程中需通入空气或氧气，依靠搅拌使发酵液循环、混合。气升式发酵罐：依靠通入的空气上升产生动力，带动发酵液循环、混合。机械搅拌自吸式发酵罐：依靠特殊的搅拌叶轮在搅拌过程中产生真空将空气吸入发酵罐内。这三类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的气、固、液三相充分混合，从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求。第二节厌氧发酵设备它的容积常大于50m3，H:D=1-2，罐的上、下部都是锥形的。上部有物料口，冷却水口，CO2和气体出口、人孔和压力表开口等。温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合，排料管在罐的底部。一、酒精发酵罐1、基本结构为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。在酒精发酸过程中，为了回收CO2气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口；罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。2.发酵的冷却装置中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐外壁喷洒联合冷却。3.洗涤装置：水力喷射洗涤装置。酒精发酵罐的洗涤酒精连续发酵设备二、啤酒发酵设备锥型罐第三节好养发酵设备常用好氧发酵罐类型（1）机械搅拌发酵罐（2）气升式发酵罐（3）机械搅拌自吸式发酵罐（4）伍式发酵罐（5）文氏管发酵罐一、机械搅拌发酵罐机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂最常用类型。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。放料口1.罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。H-筒身高度D-罐径B-挡板宽度HL-液位高度Di-搅拌器直径S-两搅拌器间距C-下搅拌器距底间距（二）搅拌器搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（圆盘涡轮式）两种。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。1.轴向式（桨叶式、螺旋桨式）搅拌器螺旋桨式搅拌器在罐内将液体向下或向上推进，形成轴向的螺旋流动，混合效果较好，有利于提高循环速度，但造成的剪率较低，对气泡的分散效果不好。常用的螺旋桨叶数为3，最大叶端线速度不超过25米/秒。2.径向式（圆盘涡轮式）搅拌器：平直叶、弯叶、箭叶（三）挡板如在同一罐内安装4~6块垂直挡板，液体的螺旋状流受挡板折流，被迫向轴心方向流动，使旋涡消失。竖立的列管，排管，也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板。（但冷却管为盘管时，则应设挡板。）挡板的长度自液面起到罐底为止。挡板与罐壁之间的距离为（1/5－1/9）B，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。（四）联轴器及轴承联轴器为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。底轴承（五）变速装置试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。（六）空气分布装置（七）消泡装置放料口离心式消泡器碟片式消泡器半封闭涡轮消泡器装在发酵罐罐顶，消泡后的发酵液重新流入罐内，增加染菌机会。（八）发酵