一、發(fā)酵罐概述

發(fā)酵一般是指通過(guò)對各類(lèi)微生物(或動(dòng)植物細胞)的生長(cháng)培養和化學(xué)變化，大量產(chǎn)生和積累專(zhuān)門(mén)的代謝產(chǎn)物的反應過(guò)程。因此發(fā)酵罐就是為微生物的發(fā)酵過(guò)程完成提供場(chǎng)合和條件的罐。發(fā)酵罐根據發(fā)酵的產(chǎn)品或發(fā)酵的菌種或發(fā)酵形式等的不同，常見(jiàn)的有機械通風(fēng)發(fā)酵罐、厭氧發(fā)酵罐、固體發(fā)酵罐、液體發(fā)酵罐、全自動(dòng)發(fā)酵罐發(fā)酵罐、不銹鋼發(fā)酵罐、菌種發(fā)酵罐、小型發(fā)酵罐、啤酒發(fā)酵罐、葡萄酒發(fā)酵罐、食用菌發(fā)酵罐、二聯(lián)發(fā)酵罐、三聯(lián)發(fā)酵罐等。發(fā)酵罐具有加熱、冷卻、滅菌、恒溫等功能，能為微生物生長(cháng)提供一個(gè)適宜的發(fā)酵環(huán)境，即適宜的溫度和壓力、營(yíng)養。

發(fā)酵罐內的培養基則為微生物生長(cháng)提供了所需的碳、氮、氧、生長(cháng)因子、水等。發(fā)酵罐罐體主要用來(lái)培養發(fā)酵各種菌體和發(fā)酵各種發(fā)酵制品的。發(fā)酵罐具有自動(dòng)控溫、自動(dòng)調節pH、自動(dòng)記錄數據、自動(dòng)補料等功能，大大簡(jiǎn)化了操作，減少了染菌的機會(huì )，是現代發(fā)酵設備的主要生物反應器。

　　二、發(fā)酵罐產(chǎn)品主要用途

用于厭氣發(fā)酵(如生產(chǎn)酒精、溶劑)的發(fā)酵罐結構可以較簡(jiǎn)單。用于好氧發(fā)酵(如生產(chǎn)抗生素、氨基酸、有機酸、維生素等)的發(fā)酵罐因需向罐中連續通入大量無(wú)菌空氣，并為考慮通入空氣的利用率，故在發(fā)酵罐結構上較為復雜，常用的有機械攪拌式發(fā)酵罐、鼓泡式發(fā)酵罐和氣升式發(fā)酵罐。

乳制品、酒類(lèi)發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)無(wú)菌、無(wú)污染的過(guò)程，發(fā)酵罐采用了無(wú)菌系統，避免和防止了空氣中微生物的污染，大大延長(cháng)了產(chǎn)品的保質(zhì)期和產(chǎn)品的純正，罐體上特別設計安裝了無(wú)菌呼吸氣孔或無(wú)菌正壓發(fā)酵系統。罐體上設有米洛板或迷宮式夾套，可通入加熱或冷卻介質(zhì)來(lái)進(jìn)行循環(huán)加熱或冷卻。

發(fā)酵罐的容量由300-15000L多種不同規格。發(fā)酵罐按使用范圍可分為實(shí)驗室小型發(fā)酵罐、中試生產(chǎn)發(fā)酵罐、大型發(fā)酵罐等。發(fā)酵罐廣泛應用于乳制品、飲料、生物工程、制藥、精細化工等行業(yè)，罐體設有夾層、保溫層、可加熱、冷卻、保溫。罐體與上下填充頭(或錐形)均采用旋壓R角加工，罐內壁經(jīng)鏡面拋光處理，無(wú)衛生死角，而全封閉設計確保物料始終處一無(wú)污染的狀態(tài)下混合、發(fā)酵，設備配備空氣呼吸孔，CIP清洗噴頭，人孔等裝置。

三、發(fā)酵罐的分類(lèi)

發(fā)酵罐的分類(lèi)：按照發(fā)酵罐的設備，分為機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐和非機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐;按照微生物的生長(cháng)代謝需要，分為好氧型發(fā)酵罐和厭氣氧型發(fā)酵灌。發(fā)酵罐是一種對物料進(jìn)行機械攪拌與發(fā)酵的設備。該設備采用內循環(huán)方式，用攪拌槳分散和打碎氣泡，它溶氧速率高，混合效果好。罐體采用SUS304或316L進(jìn)口不銹鋼，罐內配有自動(dòng)噴淋清洗機頭，確保生產(chǎn)過(guò)程符合GMP要求。

四、發(fā)酵罐結構特征
　　1、發(fā)酵罐罐體材質(zhì)均采用高級不銹鋼材質(zhì)，內外表面均采用拋光處理，拋光精度Ra0.4,可防止物料粘壁，且易清洗；
　　2、攪拌系統采用三層六平葉發(fā)酵專(zhuān)用標準槳，無(wú)級調速，可實(shí)現發(fā)酵攪拌過(guò)程全自動(dòng)控制；
　　3、發(fā)酵罐采用在位高溫蒸汽滅菌，滅菌過(guò)程可實(shí)現自動(dòng)控制，滅菌溫度精確；
　　4、瑞士梅特勒PH電極及屏蔽導線(xiàn)，范圍在2~12PH，控制精度為±0.02PH；
　　5、自動(dòng)檢測泡沫，可添加消泡劑，靈敏度為100~10000；空氣流量控制可采用轉子流量計手動(dòng)調節，范圍為0~5000L/min；
　　6、補料系統可通過(guò)蠕動(dòng)泵自動(dòng)流加，范圍為0~5L/min,控制精度±2%。

五、發(fā)酵罐結構產(chǎn)品組成

　　(1)罐體

　　發(fā)酵罐的罐體由筒體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐封頭和筒體采用法蘭連接。罐頂裝有視鏡及燈鏡，方便觀(guān)察罐內發(fā)酵狀態(tài)。在發(fā)酵罐的罐頂上的接管有：進(jìn)料管、補料管、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、溫度計管和測控儀表接口。

　　(2)罐體的尺寸比例

　　罐體各部分的尺寸有一定的比例，發(fā)酵罐一般由于發(fā)酵的特殊需要一般為細長(cháng)型，高度與直徑之比一般為1.7~2.5左右。

　　(3)攪拌器

　　發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑的三倍。對于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌器。最下面一組攪拌器通常與風(fēng)管出口較接近為好，與罐底的距離C一般等于攪拌器直徑Di，但也不宜小于0.8Di，否則會(huì )影響液體的循環(huán)。

　　軸向式攪拌器：槳葉式、螺旋槳式

　　徑向式(渦輪式)攪拌器(Disc turbine)：平直葉、彎葉、箭葉

　　(4)擋板

　　擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體劇烈翻動(dòng)，增加溶解氧。

　　全擋板條件：是指在一定轉數下再增加罐內附件而軸功率仍保持不變。要達到全擋板條件必須滿(mǎn)足下式要求：

　　(5)消泡器

　　消泡器的作用是將泡沫打破。消泡器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(cháng)度約為罐徑的0.65倍。

　　(6)聯(lián)軸器

　　大型發(fā)酵罐攪拌軸較長(cháng)，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)軸器有鼓形及夾殼形兩種。小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接，軸的連接應垂直，中心線(xiàn)對正。

　　(7)軸承

　　為了減少震動(dòng)，中型發(fā)酵罐—般在罐內裝有底軸承，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能適當調節。罐內軸承不能加潤滑油，應采用液體潤滑的塑料軸瓦(如聚四氟乙烯等)，軸瓦與軸之間的間隙常取軸徑的0.4~0.7%。為了防止軸頸磨損，可以在與軸承接觸處的軸上增加一個(gè)軸套。

　　(8)變速裝置

　　試驗罐采用無(wú)級變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置，其中以三角皮帶變速傳動(dòng)較為簡(jiǎn)便。

　　(9)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，一般用機械式密封。

　　①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成，使旋轉軸達到密封的效果。

　　填料函式軸封的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單。主要缺點(diǎn)是：死角多，很難滅菌，容易滲漏及染菌;軸的磨損情況較嚴重;填料壓緊后摩擦功率消耗大;壽命短，經(jīng)常維修，耗工時(shí)多。

　　②端面式軸封又稱(chēng)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(xiàn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉動(dòng)而達到密封。

　　(10)發(fā)酵罐的換熱裝置

　　①夾套式換熱裝置

　　這種裝置多應用于容積較小的發(fā)酵罐;夾套的高度比靜止液面高度稍高即可。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單;加工容易，罐內無(wú)冷卻設備，死角少，容易進(jìn)行清潔滅菌工作，有利于發(fā)酵。其缺點(diǎn) 是：傳熱壁較厚，冷卻水流速低，發(fā)酵時(shí)降溫效果差。

　　②豎式蛇管換熱裝置

　　這種裝置是豎式的蛇管分組安裝于發(fā)酵罐內，有四組、六組或八組不等，根據管的直徑大小而定，容積5 立方米 以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是：冷卻水在管內的流速大;傳熱系數高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區，水的用量較少。但是氣溫高的地區，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵時(shí)降溫困難，發(fā)酵溫度經(jīng)常超過(guò)40℃， 影響發(fā)酵產(chǎn)率，因此應采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻，這樣就增加了設備投資及生產(chǎn)成本。此外，彎曲位置比較容易蝕穿。

　　③豎式列管(排管)換熱裝置

　　這種裝置是以列管形式分組對稱(chēng)裝于發(fā)酵罐內。其優(yōu)點(diǎn)是：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區。這種裝置的缺點(diǎn)是：傳熱系數較蛇管低，用水量較大。

　　　　　　
六、發(fā)酵罐技術(shù)參數

七、發(fā)酵罐質(zhì)量標準

　　設計、制造、檢驗、驗收執行：
　　1、《中華人民共和國特種設備安全法》
　　2、SFDA 《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規范》
　　3、TSG21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監察規程》
　　4、GB150—2011《壓力容器》
　　5、NB/T47015—2011《壓力容器焊接規程》
　　6、NB/T47013—2015《承壓設備無(wú)損檢測》
　　7、HG/T20584—2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》