機械攪拌發(fā)酵罐
(一)發(fā)酵罐的基本條件
機械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以******供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。為了使發(fā)酵顱利進行，發(fā)酵罐必須滿足下面幾個基本要求
(1)發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比。發(fā)酵罐的高度與直徑之比一般為1.7～4倍左右，
罐身越長，氧的利用率較高。
(2)發(fā)酵罐能承受一定壓力。由于發(fā)酵罐在消毒及正常工作時，罐內(nèi)有一定的壓力(氣壓與液壓)和溫度，因此鱸體各部件要有一定的強度，能承受一定的壓力。
(3)發(fā)酵罐的攪拌通風裝置能使氣液充分混合，******發(fā)酵液必須的溶解氧。
(4)發(fā)酵罐應(yīng)具有足夠的冷卻面積。微生物生長代謝過程放出大量的熱量，為了控制發(fā)酵過程不同階段所需的溫度，應(yīng)裝有足夠的冷卻面積。
(5)發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能******，避免染菌
(6) 境拌器的軸封應(yīng)嚴密，盡量減少泄漏。
DAIJIAOBU功汽
發(fā)酵罐體的尺寸比例
罐體各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度與直徑之比一般為1.7～4倍左右。新型壓空氣的壓力需要較高，頂料與底度
的高位發(fā)酵罐高度與直徑之比在10倍以上，其優(yōu)點是大大提高了空氣的利用率，但是
料不易混合均勻，廠房高，操作不便
發(fā)通常裝有兩組攪排器，兩組排半
器的間距s約為拌器直徑的三倍。對于大
型發(fā)酵以及液體深度H2較高的，可安裝組或三組以上的攪拌器。***下面一組攪拌器通常與風管出口較接近為好，與罐底的距離C一般等于攪拌器直徑D，但也不宜于0.8D，否則會影響液體的循環(huán)。***常用的發(fā)酵罐各部分的比例尺寸如圖6-1。
(三)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)
好氣性機械攪拌發(fā)酵罐是密封式受壓設(shè)備，主要部件包括罐身、攪拌器、軸封、打
例尺寸
泡器、聯(lián)軸器、中間軸承、空氣吹泡管(或
D2=1/3D=2D
空氣噴射器)、擋板、冷卻裝置、人孔以及管路
B=0.1D h:5D
等，如圖6-2所示為小型發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)，圖6-3
S=3D, C=D
DAIJIAOBU:
為大型發(fā)鋪結(jié)構(gòu)。體由圓柱體及橢圓形或形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，對于大型發(fā)酵可用襯不銹鋼板或復(fù)合不銹銅制成，村里用的不銹鋼板厚度為2～3米。為了滿足工藝要求，在一定壓力下操作、空消或?qū)嵪?，為一個受壓容器，通常滅菌的壓力為2，5公斤/厘米(******大氣壓)。生產(chǎn)用的發(fā)酵容積多在5000升以上，大至20000升。罐壁厚度大小決定于罐徑及罐壓的大小。
小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接，為了便于清洗，小型發(fā)酵罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐則裝設(shè)有快開入孔及清洗用的快開手孔，方便操作。人孔的大小，除操作出入方便外，還應(yīng)考慮罐內(nèi)部件的裝御。罐頂還裝有視鏡及燈鏡，在其內(nèi)面裝有壓縮空氣或蒸汽的吹管，用以沖洗玻璃。在罐頂上的接管有:進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管。在聞身上的接管有冷卻水進出管、進空氣管、溫度計管和測控儀表接口。排氣管應(yīng)盡量靠近封頭的中心軸封位置，在其頂蓋的內(nèi)面順攪拌器轉(zhuǎn)動方向裝有弧形擋板，可以減少跑料。取樣管可裝在罐側(cè)或罐頂，視操作方便而定。在罐體上的管路越少越好，能合併一起的應(yīng)歸併，如進料口、補料口和接種口可合為一個接管口。放料可利用通風管壓出，也可在罐底另設(shè)放料口，如屬后者，則放料口位置不應(yīng)對準風口，以避免空氣吹入放料管內(nèi)，底的排料管容易形成死角，應(yīng)能通蒸汽消排除死角
2.攪捭器和擋板
攪拌器有平葉式、彎葉式、箭葉式三種，其作用是打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于醪液中。平葉式功率消耗較大，彎葉式較小，箭葉式又次之。為了拆裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。攪拌葉及轉(zhuǎn)盤宜用不銹銅板制成。擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈動，增加溶解氧。通常，擋板寬度取(0.1～0.12)D，裝設(shè)6～4塊即可滿足全擋板條件。所謂“全擋板條件”是指在一定轉(zhuǎn)數(shù)下再增加罐內(nèi)附件而軸功率仍保持不變。要達到全擋板條件必須滿足下式要求
(0.1~0.12)DZ=0.5
式中D一罐的直徑(毫米)
Z一一擋板數(shù)
一一擋板寬度(毫米)
豎立的蛇管、列管、排管，也可以起擋板作用，故一般具有冷卻列管或排管的發(fā)酵罐內(nèi)不另設(shè)擋板。但冷卻管為盤管時，則應(yīng)設(shè)擋板。擋板的長度自液面起至罐底為止。擋板與罐壁之間的距離為(1/5～1/8)F，避兔形成死角，防止物料與菌體堆積。
消泡器
消泡器的作用是將泡沫打破。***常用的形式有鋸齒式、梳狀式及孔板式?？装迨降目讖郊s10～20毫米。消泡器的長度約為罐徑的0.65倍4，聯(lián)軸器及軸承
大型發(fā)醇罐攪掉軸較長，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾売形兩種。小型的發(fā)隊罐可果用法蘭將攪拌軸連接，軸的連接應(yīng)垂直，中心線對正。為了減少震動，中型發(fā)醇罐一般在內(nèi)裝有底軸承，而大型發(fā)酵罐裝有中間軸承，底軸承和中間軸承的水平位置應(yīng)能適當調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)果用液體潤滑的塑料軸瓦(如石棉酚醛塑料、四氟乙烯等)，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的04～0.7％。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個軸套
試驗罐采用無級變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動，圓柱或螺旋圓
5.變速裝置
錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動較為簡便。
空氣分布裝置的作用是吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式有單管
6.空氣分布裝置
及環(huán)形管等。常用的分布裝置是單管式，管口對正罐底中央，管口與罐底的距離約40毫米，這樣空氣分散效果較好，若距離過大，空氣分散效果則較差，可根據(jù)溶氧情況適當調(diào)整?？諝庥煞植脊車姵錾仙龝r，被攪拌器打碎成小氣泡，并與醪液充分混合，增加了氣液傳質(zhì)效果。環(huán)形管的分布裝置以環(huán)徑為攪拌器直徑的0.8倍較有效，噴孔直徑為中5～8毫米，噴孔向下，噴孔的總截面積約等于通風管的截面積，這種空氣分布裝置的空氣分散效果不及單管式分布裝置，同時由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。通常風管內(nèi)空氣流速取20米/秒。為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速鱸底腐蝕，在分布裝置的下部裝置不銹鋼的分散器，可延長罐底的壽命。
通風量在0.02～0.5毫升/秒時，氣泡的直徑與空氣噴口直徑的1/3次方成正比，也***是噴口直徑越小，氣泡直徑也越小，而氧的傳質(zhì)系數(shù)也越大。但是生產(chǎn)實際的通風量均超過上述范圍，此時氣泡直徑與風量有關(guān)，而與噴口直徑無關(guān)，所以單管的分布裝置的分布效果并不低于環(huán)形管。
7.軸封
軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種，如圖6-4，6-5所示。
填料函式軸封是由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓等零件構(gòu)成，使旋轉(zhuǎn)軸達到密封的效果。
填料室的寬度可根據(jù)轉(zhuǎn)軸的直徑?jīng)Q定，其寬度為
S=(1.4～2)yd(毫米)
式中d一為轉(zhuǎn)軸直徑(毫米)
填料室的高度為H=4S～6S(毫米)
填料函式軸封的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單。主要缺點是:(1)死角多，很難******滅菌，容易滲漏及染菌;(2)軸的唐損情況較嚴重:(3)填料壓緊后摩擦功率消耗大:(4)壽命短，經(jīng)常維修，耗工時多。因此目前多采用端面式軸封。
端面式軸封又稱機械軸封。密封作用是靠彈性元件(彈簧、波紋管等)的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，井作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。
端面式軸封的優(yōu)點是。(1)清潔(2)密封可常，在一個較長的使用期中，不會
3一質(zhì)合金4彈簧5-0形圓
漏或很少泄漏:(3)無死角，可以防止雜菌污!(4)使用壽命長，質(zhì)量好的可用2～5年不需要維修;(5)摩擦功率耗損小，一般為填料密封的10～50％(6)軸或軸套不
E比，為通風
受磨損;(7)它對軸的精度和光潔度沒有填料密封要求那么嚴格，對軸的動做性小。因此在工廠得到廣泛應(yīng)，但是結(jié)構(gòu)比填料密封復(fù)雜，裝訴不便，對動環(huán)及靜環(huán)的分布裝表面光潔度及平直度要求高，否則容易泄漏。端面軸封安裝好后，通過試運轉(zhuǎn)，可提高
密封性。兩個端面接觸的密封構(gòu)件之一為硬質(zhì)合金(也有用青銅或不銹鋼，但較易豳損如高硅鑄鐵、金屬碳化鎢等;另一種為軟質(zhì)耐磨材料，如不透性石墨，一般作為靜環(huán)兩接觸面的密封需要有一定的壓力，******由彈簧來******這種壓力的叫做不平衡型，利用罐內(nèi)壓力來抵消本身的壓力而僅由彈簧產(chǎn)生密封壓力的叫做平衡型。平衡型端面軸封使用的壓力比不平衡型大，因為發(fā)酵罐的操作壓力一般為≤2.5大氣壓，所以一般采用不。
若攪拌軸裝于罐底，則密封要求高，應(yīng)選用雙端面軸封。雙端面軸封裝置如圖6-6所示。其主要部件是冷卻(殺菌)夾套，密封油框，O型密封圈，靜環(huán)(浸酚醒樹脂石墨)，動環(huán)(不銹鋼、磯化硅等)，彈簧，彈簧座。為了防止料液往密封油框內(nèi)診透，油框內(nèi)油壓力應(yīng)較料液壓力
現(xiàn)將端面軸封的基本構(gòu)件分別討論如下
(1)動環(huán)和靜環(huán)由動環(huán)和靜環(huán)所組成的摩擦付是機械密封***重要的元件。動環(huán)和靜環(huán)是在介質(zhì)中作相對旋轉(zhuǎn)摩擦滑動，由于摩擦生熱、磨損和泄漏等現(xiàn)象，因此摩擦付設(shè)計應(yīng)使密封在給定的條件下，工作負荷***輕，密封效果******，使用壽命***長。設(shè)計選擇時必須考慮下面幾方面:
對動靜環(huán)材料的要求具有耐磨性，摩擦系數(shù)小，導熱性能好，結(jié)構(gòu)緊密，孔險率小。動環(huán)的硬度應(yīng)比靜環(huán)大。動環(huán)的材料可用鑄鐵、硬質(zhì)合金、高合金鋼管等，在有腐蝕介質(zhì)的條件下可用不銹鋼、或不銹鋼表面堆焊硬質(zhì)合金、陶瓷等。靜環(huán)***常用浸
石墨或填充聚四氟乙烯。
②對動靜環(huán)表面直徑及寬度的要求摩擦付端面直徑應(yīng)盡量小，以降低摩擦付摩擦升溫。端面寬度太大，會導致冷卻、潤滑效果降低，端面平直度難******，容易產(chǎn)生泄漏。但端面寬度過窄，強度不夠。所以靜環(huán)的寬度不宜超過6毫米，一般取36毫米，
軸徑d＜30毫米，取寬度為3毫米;d=40～65毫米，取寬度為5毫米;d=80～110
毫米，取寬度為6毫米。
③端面比壓的確定及彈簧壓緊力計算端面比壓是密封和耐磨性能的重要指標，選用密封所允許的***小端面比壓，對提高使用壽命有利。端面比壓過大，將造成摩擦面發(fā)熱，磨損加刷，功率消耗增加;比壓過小，易于泄漏，密封破壞。所以端面比壓不能小于端面間隙膜壓力，否則密封面會打開。對于裝在罐內(nèi)的內(nèi)置式端面軸封的端面比壓，在一般情況下為3～6大氣壓，弾簧比壓(彈簧作用力與密封面面積之比)為0.5
2.5大氣壓，外置式弾簧比壓比介質(zhì)壓カ大2～3大氣壓，在密封介質(zhì)為氣體的情況下，
端面比壓一般取得較小，但應(yīng)大于1大氣壓。圖6-7表示端面軸封的接觸面寬度b上，
介質(zhì)壓力分布的情況，越是靠軸旁，介質(zhì)壓力越大，向外介質(zhì)壓力逐漸減小，至接觸面***外端壓力等于零。AC線是因介質(zhì)粘度不同而形成的向上或向下彎的一曲線。計算時
般可把它當作直線，于是端面間介質(zhì)產(chǎn)生的壓力Po=0.5P(P為介質(zhì)壓力，大氣壓)。
介質(zhì)的推力R=0.5P4(A為端面的接觸面積，厘米2)。略去零件的自重及摩擦力，那
未所嘗強答的壓豎力
