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气升环流式发酵罐的工作原理及六大特点

编辑:发酵罐 时间:2017-12-14 11:20
气升环流式发酵罐是在反应器内没有搅拌器,具有发酵罐反应溶液分布均匀:较高的溶氧速率和溶氧效率:剪切力小,对生物细胞损伤小:传热良好:好气发酵均产生大量的发酵热,结构简单,易于加工制造:操作和维修方便: 信息摘要:
气升环流式 发酵罐 工作原理 气升环流式 发酵 罐是在反应器内没有搅拌器,其中央有个导流筒,将发酵醪液分为上升区(导流筒内)和下降区(导流筒外),在上升区的下部安装了空气喷嘴,或环型空气分布管,空气分布管的下

气升环流式发酵罐的工作原理及六大特点

膜生物发酵罐在污染处理中的应用是近年来微生物发酵罐的研究和应用进展的代表性技术之。

除此之外,结合数学、动力学、化工工程原理、计算机等技术研究微生物反应器和酶反应器中的生化过程,使其过程控制的工艺更为合理,而固液分离技术(离心分离、过滤分离、沉淀分离等工艺)、细胞破壁技术(超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等)、蛋白质春化技术(沉淀法、色谱分离法和超滤法等)等下游技术的发展促进了生物反应器设计水平的提高。

另方面,近年来基因工程技术等的发展推动了微生物发酵罐研究的快速进步。例如,,乙酸氧化脱硫单胞菌(Geobacter sulfurreducens)、泥土杆菌科(Geobacteraceae)的电还原微生物等细菌的发现和改造与质子交换膜(PEM)的技术进步,共同推动了微生物燃料电池(MFC)技术的发展和应用。

发酵罐主要由罐体和冷却列管,以及搅拌装置,传动装置,轴封装置,人孔和其它的些附件组成。这次设计就是要对200M3通风发酵罐的几何尺寸进行计算;考虑压力,温度,腐蚀因素,选择罐体材料,确定罐体外形、罐体和封头的壁厚;根据发酵微生物产生的发酵热、发酵罐的装液量、冷却方式等进行冷却装置的设计、计算;根据上面的系列计算选择适合的搅拌装置,传动装置,和人孔等些附件的确定,完成整个装备图,完成这次设计。

 

气升环流式发酵罐的工作原理及六大特点

气升环流式发酵罐工作原理

气升环流式发酵罐是在反应器内没有搅拌器,其中央有个导流筒,将发酵醪液分为上升区(导流筒内)和下降区(导流筒外),在上升区的下部安装了空气喷嘴,或环型空气分布管,空气分布管的下方有许多喷孔。

加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中,从空气喷嘴喷入的气速可达 250~300(米/秒),无菌空气高速喷入上升管,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎,与导流筒内的发酵液密切接触,供给发酵液溶解氧。

由于导流筒内形成的气液混合物密度降低,加上压缩空气的喷流动能,因此使导流筒内的液体向上运动;到达反应器上部液面后,部分气生泡破碎,二氧化碳排出到反应器上部空间,而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动,导流筒外的发酵液因气含率小,密度增大,发酵液则下降,再次进入上升管,形成循环流动,实现混合与溶氧传质。

气升环流式发酵罐的特点

前面已经简单提到气升环式发酵罐反应器的特点,由于气升环流发酵罐反应器内没有搅拌器,并且有定向循环流动,故具有多个优点,下面具体说明。

(1)发酵罐反应溶液分布均匀:气液固三相的均匀混合与溶液成分的混合分散良好是生物反应器的普遍要求,因其流动、混合与停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气发酵,基质和溶氧尽可能均匀分散,以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都落在0.1%~1%范围内,溶解氧为10%30%。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外,,还需避发酵罐液面生成稳定的泡沫层,以生物细胞积聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉类易沉降的颗粒物料,更应能悬浮分散。气升环流反应器能很好地满足这些要求。

(2)较高的溶氧速率和溶氧效率:气升式反应器有较高的气含率(gas—holdup)和比气液接触介面,因而有高传质速率和溶氧效率,体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高,kLd可达2000h,且溶氧功耗相对低。

(3)剪切力小,对生物细胞损伤小:由于气升式反应器没有机械搅拌叶轮,故对细胞的剪切损伤可减至,尤其适合植物细胞及组织的培养。

(4)传热良好:好气发酵均产生大量的发酵热,如酵母培养旺盛期发酵热高达3.0~4.0×105kJ/(m3.h),而传热温差则只有几度(℃),尤其夏季,若使用非冷冻水,则只有3-10℃左右,故需很大的换热面积与传热系数。气升式反应器因液体综合循环速率高,同时便于在外循环管路上加装换热器,以保证除去发酵热以控制适宜的发酵温度。

(5)结构简单,易于加工制造:气升式反应器罐内无机械搅拌器,故不需安装结构复杂的搅拌系统,密封也容易保证,所以加工制造方便,设备投资低。同时大型和超大型发酵反应器放大设计制造也已实现,如上的ICI压力循环发酵罐体积达3000m3,另种“BIOHCH'’反应器也达3000m3以上。更大的反应器如鼓泡塔式“Bayer AG'’反应器体积高达13000m3,目前用于生化废水处理。

(6)操作和维修方便:因气升式发酵罐无机械搅拌系统,所以结构较简单,能耗低,操作方便,特别是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染菌问题 。另外因无机械搅拌热产生,所以发酵总热量较低,便于换热冷却系统的装设。

 

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