機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐

生物反應(yīng)器是用于生物化學(xué)反應(yīng)的核心設(shè)備，為生物化學(xué)反應(yīng)提供合適的場(chǎng)所和反應(yīng)條件。生物反應(yīng)器的選型、先進(jìn)程度、運(yùn)行操作和管理水平直接影響產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的高低和產(chǎn)業(yè)的效益。大多數(shù)微生物是好氧的，好氧發(fā)酵罐通常采用攪拌工藝來增加氧的溶解速率，滿足微生物代謝和產(chǎn)物積累的需要。

機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)

一、罐體

大型發(fā)酵罐由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成。罐徑在1m以下的小型發(fā)酵罐罐頂和罐身可采用法蘭連接，材料通常為不銹鋼。罐的高徑比一般為1.7~4。為便于清洗，小型發(fā)酵罐罐頂設(shè)有清洗用的手孔。大、中型發(fā)酵則設(shè)有人孔和手孔。罐體上的接管有進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管。在罐身上的接管有冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、取樣管、溫度計(jì)管和測(cè)控儀表接口。發(fā)酵罐上面的接管應(yīng)越少越好，能合并的盡可能合并，但要避免受污染。

二、攪拌器

利用攪拌器將空氣打成小氣泡，增加氣液接觸面積，提高氧氣的傳送，與發(fā)酵液充分混合，液體中的固形物保持懸浮狀態(tài)。為了使發(fā)酵液攪拌均勻，可根據(jù)發(fā)酵罐的容積，在攪拌軸上配置多個(gè)攪拌器，攪拌器的形式、直徑、轉(zhuǎn)速、組數(shù)、間距以及在罐內(nèi)的相對(duì)位置等應(yīng)根據(jù)罐體內(nèi)液位高度、發(fā)酵液的特性等因素決定。

攪拌器按液流形式可分為軸向式和徑向式兩種。槳式、錨式、框式和推進(jìn)式的攪拌器均屬于軸向式，而渦輪式攪拌器則屬于徑向式。相對(duì)于氣液混合，采用圓盤渦輪式攪拌器較好，它的特點(diǎn)是直徑小，轉(zhuǎn)速快，攪拌效率高，功率消耗較低，在攪拌器的上下兩面循環(huán)翻騰(上下兩組)，主要產(chǎn)生徑向液流，可以延長(zhǎng)空氣在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間，有利于氧在攪拌液中的溶解。

三、擋板

擋板的作用是為了克服攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)液體產(chǎn)生的漩渦，改變液流的方向，將徑向流動(dòng)改為軸向流動(dòng)，促使液體激烈翻騰，增加溶氧速率。其寬度一般取(0.1~0.12)D，一般裝設(shè)4~6塊擋板即可滿足全擋板條件。

四、軸封

攪拌軸的密封為動(dòng)軸封，這是由于攪拌軸是轉(zhuǎn)動(dòng)的，而頂蓋是固定靜止的，兩個(gè)構(gòu)件間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)動(dòng)軸封的基本要求是密封要可靠并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙密封，若密封不嚴(yán)，極易造成泄漏以及污染雜菌。

機(jī)械式軸封的密封作用是靠彈性元件(彈、波紋管等)的壓力使垂直于軸線的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的光滑表面緊密貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。機(jī)械軸封的優(yōu)點(diǎn)為:

①清潔;

②密封可靠，在較長(zhǎng)的使用期中，不會(huì)泄漏或很少泄漏;

③無死角，可以防止雜菌污染;

④使用壽命長(zhǎng);

⑤磨擦功率耗損小，磨損度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于填料函式;

⑥軸或軸套不受損;

⑦對(duì)軸的震動(dòng)敏感性比較小。

五、消泡裝置

發(fā)酵過程由于發(fā)酵液中含有大量的蛋白質(zhì)，故在強(qiáng)烈的通氣攪拌下將產(chǎn)生大量的泡沫。嚴(yán)重的泡沫將導(dǎo)致發(fā)酵液的外溢，從而增加染菌幾率。在通氣發(fā)酵生產(chǎn)中有兩種消泡方法，一種是加入消泡劑消泡，一種是使用機(jī)械消泡。工業(yè)生產(chǎn)上一般是兩種消泡方法共同使用。

六、聯(lián)軸器和軸承

大型發(fā)酵罐的攪拌軸較長(zhǎng)，通常分成2~3段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性連接。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭連接。

七、傳動(dòng)裝置

小型發(fā)酵罐通常采用無級(jí)變速裝置作為傳動(dòng)裝置，而生產(chǎn)用發(fā)酵罐常用的變速裝置包括圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，采用變速電動(dòng)機(jī)可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)階段變速，即在需氧高峰時(shí)采用高轉(zhuǎn)速，不需要較高解氧階段采用低轉(zhuǎn)速。如此既節(jié)約動(dòng)力消耗，也可提升發(fā)酵產(chǎn)率。