机械搅拌发酵罐(又称连续式发酵罐或机械搅拌式发酵罐)是发酵工业中使用最为广泛的通风发酵设备之一。
一、工作原理
机械搅拌发酵罐利用机械搅拌器的作用,使空气和发酵液充分混合,促进氧的溶解,以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需的溶解氧。搅拌器通过旋转产生剪切力和离心力,将大气泡切割成小气泡,增加气液接触面积,从而提高氧的传递效率。
二、结构特点
机械搅拌发酵罐属于密封受压设备,其主要部件包括:
1、罐体:由圆柱形罐身及椭圆形或碟形封头焊接而成,材料多采用不锈钢,大型发酵罐可用复合不锈钢制成或采用碳钢及内衬不锈钢结构。罐体可承受一定压力,如0.25MPa的常规灭菌操作压力。罐顶和罐身设有各种接管,如进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管等。
2、搅拌器和挡板:搅拌器一般采用涡轮式结构,多为2组,也有3组或4组,其叶片结构有平叶式、弯叶式、箭叶式等多种。挡板的作用是使液流由径向流型变成轴向流型,防止液面中央产生旋涡,促使液体激烈翻动,提高溶氧量。
3、消泡器:用于打碎泡沫,最常见的有锯齿式、梳状式、孔板式以及旋桨梳式等。
4、空气分布装置:其作用是引导无菌空气均匀吹入,常用的分布装置是单管式,管口末端在距罐底一定高度处朝下正对罐底中央位置,空气分散效果较好。
5、冷却装置:用于排出发酵热,通常有冷却夹套或排管。
6、联轴器及轴承:联轴器用于搅拌轴的连接,小型发酵罐可采用法兰连接,大型发酵罐搅拌轴较长,常分为二三段,需采用联轴器连接。为减少因搅拌轴工作时产生的挠性变形所引起的振动,中型发酵罐一般在罐内装有底轴承,而大型发酵罐还装有中间轴承。
7、轴封:用于罐顶或罐底与搅拌轴之间的缝隙的密封,通常采用密封性能良好的填料函和端面轴封。
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三、性能特点
1、溶氧系数高:机械搅拌作用获得的溶氧系数较高,一般体积溶氧系数为100~100L/h,适合于各种发酵的溶氧要求。
2、混合效果好:罐内液体和空气的混合效果较好,不易产生沉淀,可适应有固形物存在的场合,因此又叫全混式发酵罐。
3、氧气利用率高:搅拌作用形成的液体流型使氧气的利用率较高,所需要的通风量较小。
四、应用领域
机械搅拌发酵罐广泛应用于制药、生物产品、抗生素、氨基酸、柠檬酸等各个领域,是这些行业中不可或缺的设备之一。
五、注意事项
1、在使用机械搅拌发酵罐时,需要定期检查搅拌器、挡板、空气分布装置等部件的磨损情况,并及时更换磨损严重的部件。
2、定期对发酵罐进行清洗和消毒,以保证发酵过程的卫生和产品质量。
3、注意控制搅拌速度和通气量,以获得最佳的溶氧效果和混合效果。