發(fā)酵罐重要的清洗工作
發(fā)酵罐的清洗工作比較重要,我們也在不斷努力改進(jìn)發(fā)酵罐的清洗技術(shù),以求更好的讓發(fā)酵罐為我們工作。
現(xiàn)代化啤酒廠采用最普遍的清洗方式是原位清洗(cleaninginplace,簡(jiǎn)稱CIP),即在密閉條件下,不拆動(dòng)設(shè)備的零部件或管件,對(duì)設(shè)備及管路進(jìn)行清洗及滅菌的方法i。
像發(fā)酵罐這樣的設(shè)備,不可能用充滿清洗液的方式清洗。發(fā)酵罐的原位清洗是通過(guò)洗滌器循環(huán)進(jìn)行的。洗滌器有固定洗球型和旋轉(zhuǎn)噴射型兩種型式,通過(guò)洗滌器把清洗液噴射到罐體內(nèi)表面,然后清洗液沿罐壁向下流淌,一般情況下,清洗液會(huì)形成一層薄膜附著在罐壁上。這樣機(jī)械作用的效果很小,清洗效果主要靠清洗劑的化學(xué)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
固定洗球型洗滌器的作用半徑為2m,對(duì)于臥式發(fā)酵罐就必須安裝多個(gè)洗滌器,洗液在洗滌器噴咀出口的壓力應(yīng)為0.2~0.3 MPa;對(duì)于立式發(fā)酵罐和壓力測(cè)量點(diǎn)在洗滌泵出口的情況,不僅要考慮管路阻力造成的壓力損耗,還要考慮高度對(duì)清洗壓力的影響。
壓力太低時(shí),洗滌器的作用半徑小,流量不夠,噴射的清洗液不能布滿罐壁;而壓力太高時(shí),清洗液會(huì)形成霧狀,不能形成沿罐壁向下流動(dòng)的水膜,或者噴射的清洗液被罐壁反彈回來(lái),降低了清洗效果。
在被清洗設(shè)備較臟和發(fā)酵罐罐體直徑較大(d>2 m)時(shí),一般采用旋轉(zhuǎn)噴射型洗滌器,通過(guò)增加洗滌器出口壓力(0.3~0.7 MPa),來(lái)加大洗滌半徑,增強(qiáng)沖洗的機(jī)械作用,增加去垢效果。與球型洗滌器相比,旋轉(zhuǎn)噴射型洗滌器可以采用較低的清洗液流量。由于沖洗介質(zhì)通過(guò)時(shí),洗滌器利用流體的反沖力進(jìn)行旋轉(zhuǎn),沖洗和流空交替進(jìn)行,從而提高了清洗效果。
經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐與改進(jìn),我們認(rèn)為發(fā)酵罐的原位清洗技術(shù)是比較合適的,能夠滿足發(fā)酵罐的清洗要求。
發(fā)酵罐攪拌時(shí)需要注意的措施
發(fā)酵罐中攪拌的主要作用是混合和傳質(zhì),即使空氣分散成氣泡,與發(fā)酵液充分混合,打破氣泡,增加氣液界面,獲得所需的溶解氧速率,使細(xì)胞懸浮和分散。在發(fā)酵系統(tǒng)中保持適當(dāng)?shù)臍?液-固(池)三相混合和傳質(zhì)強(qiáng)化傳熱。因此,攪拌器的設(shè)計(jì)應(yīng)使發(fā)酵液具有足夠的徑向流動(dòng)和適度的軸向運(yùn)動(dòng)。
渦輪攪拌器主要用于發(fā)酵罐。渦輪攪拌器有三種類型:平葉片、曲葉片和箭頭葉片。渦輪攪拌器軸向混合不良,微生物發(fā)酵罐,攪拌強(qiáng)度隨距攪拌軸距離的增加而降低。當(dāng)培養(yǎng)基較厚時(shí),混合效果降低。為了加強(qiáng)軸向混合,渦輪和推進(jìn)葉輪可以一起使用。本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用渦輪攪拌器。
擋板的作用是防止在液面中心產(chǎn)生渦流,增強(qiáng)湍流和溶解氧的傳質(zhì)。擋板的高度從罐底上升到設(shè)計(jì)液位。當(dāng)采用管中管冷卻時(shí),可以用管中管冷卻代替擋板,不需要安裝擋板,本設(shè)計(jì)中不需要安裝擋板。當(dāng)發(fā)酵罐的攪拌軸較長(zhǎng)時(shí),通常通過(guò)耦合將其分成兩到三段。
第i一聯(lián)軸器的安裝位置可以設(shè)置在小發(fā)酵罐頂部外的機(jī)械密封的上部,但大發(fā)酵罐將置于罐內(nèi)的機(jī)械密封之下,上軸一般由不銹鋼制成。該設(shè)計(jì)將置于罐內(nèi)的機(jī)械密封下,材料為16MnR不銹鋼,軸由45碳鋼制成。
發(fā)酵罐攪拌軸為超長(zhǎng)軸,常安裝底軸承和中間軸承,防止軸擺動(dòng)。小型發(fā)酵罐由拉桿控制,大型發(fā)酵罐由桁架固定。本設(shè)計(jì)采用推力滑動(dòng)軸系統(tǒng)。
發(fā)酵罐氣體分布器的使用
發(fā)酵罐根據(jù)發(fā)酵過(guò)程中耗氧量大小判斷是否采用氣體分布器,如果發(fā)酵過(guò)程耗氧較低,甚至緊靠氣泡翻動(dòng)就可以保持一定溶氧時(shí),可通過(guò)空氣分布器來(lái)減小進(jìn)入培養(yǎng)液中氣泡的直徑,這樣在一定程度上提高了溶氧量,達(dá)到節(jié)能和滿足供氧需求的目的。而發(fā)酵過(guò)程中耗氧較大時(shí),氣液接觸表面的增加更需要通過(guò)強(qiáng)制剪切破碎來(lái)實(shí)現(xiàn)??諝鈿馀莸钠茡p主要依靠攪拌器的剪切破碎作用,因此,多孔分布器對(duì)氧的傳遞效果并沒(méi)有明顯提高。相反還造成不必要的阻力損失,而且物料易堵塞小孔,引發(fā)滅菌不完全而增加染菌機(jī)會(huì)。
氣體分布器是將大股的圓柱空氣流分成很多細(xì)股的空氣流,在下層攪拌器正下方噴出,被下層圓弧渦輪漿攪拌破損成更小氣泡和培養(yǎng)基充分混合而設(shè)計(jì)的。開孔直徑隨單臺(tái)罐體積的增大相應(yīng)增大,一般由φ10mm增大到φ60 mm為宜。故部分廠家不采用氣體分布器,而采用管口朝下的單孔管,以避免固體物料在管口聚積。而部分廠家采用環(huán)形多孔分布器,其環(huán)形圓管中心線圓直徑ds=(0.67~0.8)d,環(huán)管直徑和進(jìn)罐空氣管直徑相同。分布器置于罐底底層攪拌器正下方,其環(huán)管中心線距罐底距離為 D/8。環(huán)管上半圓中心線上均布很多小孔,開孔總面積為進(jìn)氣管圓截面積的1.0~1.2倍。
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