一(yi)、發酵罐概述

發酵一(yi)般(ban)是指通過對各類微生物(或動植(zhi)物(wu)細(xi)胞)的(de)(de)(de)生(sheng)長培養(yang)和(he)化(hua)學變化(hua)，大量產(chan)生(sheng)和(he)積累專(zhuan)門的(de)(de)(de)代謝產(chan)物(wu)的(de)(de)(de)反應過程。因此發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)就是為微(wei)生(sheng)物(wu)的(de)(de)(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)過程完成提供場合和(he)條件(jian)的(de)(de)(de)罐(guan)(guan)(guan)(guan)。發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)根據(ju)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)產(chan)品或發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)菌(jun)種或發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)形式(shi)等的(de)(de)(de)不(bu)同，常(chang)見的(de)(de)(de)有(you)機械通風發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、厭氧發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、固體發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、液(ye)體發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、全自(zi)動發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、不(bu)銹(xiu)鋼發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、菌(jun)種發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、小型發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、啤酒發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、葡萄酒發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、食用菌(jun)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、二聯發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)、三聯發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)等。發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)具有(you)加熱(re)、冷卻、滅(mie)菌(jun)、恒溫等功能(neng)，能(neng)為微(wei)生(sheng)物(wu)生(sheng)長提供一(yi)個適宜的(de)(de)(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)環境(jing)，即適宜的(de)(de)(de)溫度和(he)壓(ya)力、營養(yang)。

發(fa)酵罐(guan)(guan)內的(de)培養基則(ze)為(wei)微(wei)生(sheng)物(wu)生(sheng)長(chang)提供了所需的(de)碳、氮、氧、生(sheng)長(chang)因(yin)子(zi)、水等。發(fa)酵罐(guan)(guan)罐(guan)(guan)體主要(yao)用來(lai)培養發(fa)酵各種(zhong)菌體和發(fa)酵各種(zhong)發(fa)酵制品的(de)。發(fa)酵罐(guan)(guan)具有自(zi)(zi)動(dong)控溫、自(zi)(zi)動(dong)調節(jie)pH、自(zi)(zi)動記錄(lu)數據(ju)、自(zi)(zi)動補料等功能，大大簡化了(le)操作，減少了(le)染菌的機會(hui)，是現代發酵設(she)備的主要生物反(fan)應(ying)器。

　　二、發酵罐產品主要(yao)用途

用于厭氣發酵(如(ru)生(sheng)產(chan)酒精(jing)、溶劑(ji))的(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐結構可以較(jiao)簡(jian)單。用(yong)于(yu)好氧發(fa)酵(jiao)(jiao)(如(ru)生(sheng)產(chan)抗生(sheng)素、氨基酸(suan)、有機酸(suan)、維生(sheng)素等)的(de)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐因需向罐中連(lian)續通(tong)入大(da)量無菌空氣，并為(wei)考慮通(tong)入空氣的(de)利用(yong)率，故在(zai)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐結構上較(jiao)為(wei)復雜，常(chang)用(yong)的(de)有機械(xie)攪拌式(shi)(shi)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐、鼓泡式(shi)(shi)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐和氣升式(shi)(shi)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐。

乳制品、酒類發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)過(guo)程是一個無(wu)(wu)(wu)菌、無(wu)(wu)(wu)污(wu)染的過(guo)程，發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐采用了無(wu)(wu)(wu)菌系統，避免和防止了空(kong)氣中微生(sheng)物的污(wu)染，大大延長了產(chan)品的保質期和產(chan)品的純正，罐體上(shang)特別設(she)計(ji)安裝了無(wu)(wu)(wu)菌呼吸氣孔或(huo)無(wu)(wu)(wu)菌正壓發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)系統。罐體上(shang)設(she)有米洛板或(huo)迷宮式夾(jia)套，可通(tong)入加(jia)熱(re)或(huo)冷(leng)卻介(jie)質來進行循環加(jia)熱(re)或(huo)冷(leng)卻。

發酵罐(guan)的容量由300-15000L多(duo)種不(bu)同規格。發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)按使用(yong)范圍(wei)可分為(wei)實驗室小(xiao)型發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)、中試生產發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)、大型發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)等(deng)。發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)廣泛(fan)應(ying)用(yong)于乳制(zhi)品(pin)、飲料(liao)、生物(wu)(wu)工程、制(zhi)藥、精細化工等(deng)行業，罐(guan)體(ti)(ti)設有夾層、保(bao)溫層、可加(jia)熱、冷卻(que)、保(bao)溫。罐(guan)體(ti)(ti)與上下填充頭(或(huo)錐形)均采用(yong)旋壓R角加(jia)工，罐(guan)內壁(bi)經(jing)鏡面拋光(guang)處理，無衛生死角，而全(quan)封(feng)閉設計確保(bao)物(wu)(wu)料(liao)始終處一無污染的狀態(tai)下混合、發(fa)酵(jiao)(jiao)，設備配備空氣(qi)呼吸孔(kong)，CIP清洗噴頭，人孔(kong)等(deng)裝置。

三、發酵罐的分類

發(fa)酵(jiao)罐的分類(lei)：按照發(fa)酵(jiao)罐的設(she)備，分為機械攪拌通風(feng)發(fa)酵(jiao)罐和(he)非機械攪拌通風(feng)發(fa)酵(jiao)罐;按(an)照微生(sheng)物的生(sheng)長代(dai)謝需要(yao)，分為(wei)好(hao)氧(yang)型(xing)發(fa)(fa)(fa)酵罐和厭氣氧(yang)型(xing)發(fa)(fa)(fa)酵灌(guan)。發(fa)(fa)(fa)酵罐是一種對物料進行(xing)機械攪(jiao)拌(ban)與發(fa)(fa)(fa)酵的設(she)備。該設(she)備采用(yong)(yong)內(nei)(nei)循環方(fang)式，用(yong)(yong)攪(jiao)拌(ban)槳分散(san)和打碎氣泡(pao)，它溶氧(yang)速率高，混合效果好(hao)。罐體采用(yong)(yong)SUS304或316L進口(kou)不銹(xiu)鋼，罐內(nei)(nei)配有自動噴淋清(qing)洗機頭，確保(bao)生(sheng)產(chan)過程符合GMP要(yao)求。

四、發(fa)酵罐結構(gou)特征
　　1、發酵罐(guan)罐(guan)體(ti)材質(zhi)均采(cai)用高級不(bu)銹鋼材質(zhi)，內(nei)外表(biao)面均采(cai)用拋(pao)光處理，拋(pao)光精度(du)Ra0.4,可防止(zhi)物料粘壁，且易(yi)清洗；
　　2、攪拌系統采用(yong)三(san)層六平葉發酵專用(yong)標(biao)準(zhun)槳，無級調速，可實現(xian)發酵攪拌過(guo)程全自動(dong)控制；
　　3、發酵(jiao)罐采用(yong)在位高溫蒸汽(qi)滅(mie)菌(jun)，滅(mie)菌(jun)過(guo)程可實現(xian)自動控(kong)制，滅(mie)菌(jun)溫度精(jing)確(que)；
　　4、瑞士梅(mei)特(te)勒PH電極及屏蔽導(dao)線，范圍在2~12PH，控制(zhi)精度(du)為±0.02PH；
　　5、自(zi)動檢測泡沫，可(ke)添(tian)加消泡劑(ji)，靈敏度為(wei)100~10000；空氣流量(liang)控(kong)制可(ke)采用轉(zhuan)子流量(liang)計(ji)手動調(diao)節(jie)，范圍為(wei)0~5000L/min；
　　6、補料(liao)系統可通過蠕動(dong)泵自動(dong)流加，范圍(wei)為0~5L/min,控制(zhi)精度±2%。

五、發酵罐結構產品(pin)組成

　　(1)罐(guan)體

　　發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)的(de)罐(guan)體(ti)(ti)由(you)筒體(ti)(ti)及(ji)橢圓(yuan)形或碟形封頭焊接而成，小型(xing)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)封頭和筒體(ti)(ti)采用(yong)法蘭連接。罐(guan)頂(ding)(ding)裝有視鏡及(ji)燈(deng)鏡，方便觀(guan)察(cha)罐(guan)內發(fa)酵(jiao)(jiao)狀態(tai)。在(zai)發(fa)酵(jiao)(jiao)罐(guan)的(de)罐(guan)頂(ding)(ding)上的(de)接管(guan)(guan)有：進料(liao)管(guan)(guan)、補料(liao)管(guan)(guan)、排氣管(guan)(guan)、接種管(guan)(guan)和壓力表接管(guan)(guan)。在(zai)罐(guan)身(shen)上的(de)接管(guan)(guan)有冷卻水進出管(guan)(guan)、進空氣管(guan)(guan)、取(qu)樣管(guan)(guan)、溫(wen)度計管(guan)(guan)和測(ce)控儀表接口。

　　(2)罐體(ti)的(de)尺寸比例

　　罐體各部分的(de)尺寸有一(yi)定(ding)的(de)比例(li)，發(fa)(fa)酵(jiao)罐一(yi)般由(you)于發(fa)(fa)酵(jiao)的(de)特殊需要(yao)一(yi)般為細長型(xing)，高度與直(zhi)徑之比一(yi)般為1.7~2.5左右。

　　(3)攪拌器(qi)

　　發酵(jiao)罐通常裝有兩組(zu)攪拌器，兩組(zu)攪拌器的間距(ju)S約為攪(jiao)拌器(qi)直徑的(de)(de)(de)三(san)倍(bei)。對于大型發酵罐以及液體深度HL較(jiao)高的(de)(de)(de)，可安(an)裝(zhuang)三(san)組(zu)或三(san)組(zu)以上的(de)(de)(de)攪(jiao)拌器(qi)。最下面一組(zu)攪(jiao)拌器(qi)通常(chang)與風(feng)管出口(kou)較(jiao)接近為好，與罐底(di)的(de)(de)(de)距(ju)離C一般等于攪(jiao)拌器(qi)直徑Di，但也(ye)不宜小于0.8Di，否(fou)則會影(ying)響(xiang)液體的(de)(de)(de)循環。

　　軸向式(shi)攪拌器：槳葉式(shi)、螺(luo)旋槳式(shi)

　　徑向式(shi)(渦輪式)攪拌器(qi)(Disc turbine)：平直(zhi)葉(xie)、彎葉(xie)、箭葉(xie)

　　(4)擋板

　　擋板的作用是改變液(ye)流(liu)的方(fang)向(xiang)，由(you)徑(jing)向(xiang)流(liu)改為軸向(xiang)流(liu)，促(cu)使(shi)液(ye)體劇烈翻動，增加溶解氧。

　　全擋板(ban)條件：是指在(zai)一定(ding)轉數下再增加罐內附件而(er)軸功率仍保持不變。要(yao)達到全擋板(ban)條件必(bi)須(xu)滿足(zu)下式要(yao)求：

　　(5)消泡器

　　消(xiao)泡器的(de)作用(yong)是將(jiang)泡沫打破。消(xiao)泡器常用(yong)的(de)形(xing)式(shi)(shi)(shi)有鋸齒式(shi)(shi)(shi)、梳狀式(shi)(shi)(shi)及孔(kong)(kong)板式(shi)(shi)(shi)。孔(kong)(kong)板式(shi)(shi)(shi)的(de)孔(kong)(kong)徑約10~20毫米。消泡器的長度約為罐(guan)徑的0.65倍(bei)。

　　(6)聯軸(zhou)器

　　大型(xing)發酵(jiao)罐攪拌軸(zhou)較(jiao)長，常分為二至(zhi)三段，用(yong)(yong)(yong)聯(lian)軸(zhou)器(qi)使上下攪拌軸(zhou)成(cheng)牢固的(de)剛(gang)性聯(lian)接。常用(yong)(yong)(yong)的(de)聯(lian)軸(zhou)器(qi)有鼓形及夾殼形兩種(zhong)。小型(xing)的(de)發酵(jiao)罐可采用(yong)(yong)(yong)法蘭將(jiang)攪拌軸(zhou)連(lian)接，軸(zhou)的(de)連(lian)接應垂直，中心線對正(zheng)。

　　(7)軸承

　　為了減少(shao)震動(dong)，中型發酵罐—般在(zai)罐內(nei)裝有底軸(zhou)(zhou)承(cheng)，而大型發酵(jiao)罐裝有中(zhong)間(jian)軸(zhou)(zhou)承(cheng)，底軸(zhou)(zhou)承(cheng)和中(zhong)間(jian)軸(zhou)(zhou)承(cheng)的(de)水平位置應能適(shi)當調節。罐內(nei)軸(zhou)(zhou)承(cheng)不(bu)能加(jia)(jia)潤(run)滑油(you)，應采用液體(ti)潤(run)滑的(de)塑料軸(zhou)(zhou)瓦(如聚四氟乙烯等)，軸(zhou)(zhou)瓦與(yu)軸(zhou)(zhou)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隙(xi)常(chang)取軸(zhou)(zhou)徑的(de)0.4~0.7%。為了防止軸(zhou)(zhou)頸磨損，可(ke)以在(zai)與(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)接觸處的(de)軸(zhou)(zhou)上(shang)增加(jia)(jia)一個軸(zhou)(zhou)套。

　　(8)變速裝置

　　試驗罐(guan)采用(yong)無級變速(su)裝(zhuang)置(zhi)。發酵罐(guan)常用(yong)的(de)變速(su)裝(zhuang)置(zhi)有(you)三角皮帶傳動(dong)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速(su)裝(zhuang)置(zhi)，其中以三角皮帶變速(su)傳動(dong)較為(wei)簡便。

　　(9)軸封

　　軸封(feng)的作用是使罐(guan)頂或罐(guan)底與軸之(zhi)間的縫(feng)隙加(jia)以密(mi)封(feng)，防止泄(xie)漏和污染雜菌。常用的軸封(feng)有填料函和端面軸封(feng)兩種，一般用機械式密(mi)封(feng)。

　　①填(tian)料(liao)函式(shi)軸封是由填(tian)料(liao)箱體，填(tian)料(liao)底襯套，填(tian)料(liao)壓(ya)蓋和壓(ya)緊螺栓等(deng)零件構成，使旋轉軸達(da)到密封的效果。

　　填料函(han)式軸(zhou)封的優(you)點(dian)是(shi)結構簡(jian)單。主要缺點(dian)是(shi)：死角多，很難滅菌，容易滲漏及染菌;軸的(de)磨損情況較嚴重;填料(liao)壓(ya)緊后摩擦功率消耗(hao)大;壽命短(duan)，經常維修(xiu)，耗(hao)工時多(duo)。

　　②端面(mian)式軸(zhou)封(feng)(feng)又稱機(ji)械(xie)軸(zhou)封(feng)(feng)。密封(feng)(feng)作(zuo)用是靠彈性元件(彈簧、波紋管等(deng))的(de)壓力使垂直(zhi)于軸(zhou)線的(de)動環(huan)和靜環(huan)光滑表面(mian)緊密地相(xiang)互貼合，并作(zuo)相(xiang)對轉動而達到(dao)密封(feng)(feng)。

　　(10)發酵罐的換熱裝置

　　①夾套式換熱(re)裝置

　　這種裝置多(duo)應用于容積較小的發酵罐(guan);夾套的(de)(de)高度(du)比靜止(zhi)液面高度(du)稍高即可。這種裝置的(de)(de)優點是：結構簡(jian)單;加工容易，罐內無冷卻設備(bei)，死(si)角少，容易進行清潔滅菌(jun)工作，有利于發酵。其(qi)缺點 是：傳熱(re)壁較厚，冷卻水(shui)流速低，發酵時降溫效果差。

　　②豎式(shi)蛇管換熱裝置

　　這種(zhong)裝置是豎式的(de)蛇(she)管(guan)分組(zu)安裝于發酵(jiao)罐內，有四組(zu)、六組(zu)或八組(zu)不等(deng)，根(gen)據管(guan)的(de)直徑大小而定，容(rong)積5 立方米 以上的(de)發(fa)酵(jiao)罐多用這種換熱裝置。這種裝置的(de)優(you)點是(shi)：冷(leng)(leng)卻水(shui)(shui)(shui)(shui)在管內的(de)流速大;傳(chuan)熱系數高。這種冷(leng)(leng)卻裝置適(shi)用于冷(leng)(leng)卻用水(shui)(shui)(shui)(shui)溫度(du)較(jiao)(jiao)低的(de)地區(qu)，水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)用量較(jiao)(jiao)少。但是(shi)氣溫高的(de)地區(qu)，冷(leng)(leng)卻用水(shui)(shui)(shui)(shui)溫度(du)較(jiao)(jiao)高，則發(fa)酵(jiao)時降溫困難，發(fa)酵(jiao)溫度(du)經(jing)常超過40℃， 影響(xiang)發(fa)酵(jiao)產率，因此應采用冷(leng)(leng)凍(dong)鹽水(shui)(shui)(shui)(shui)或(huo)冷(leng)(leng)凍(dong)水(shui)(shui)(shui)(shui)冷(leng)(leng)卻，這樣就增(zeng)加了設備(bei)投資及生產成本。此外，彎(wan)曲位置比較(jiao)(jiao)容易蝕穿。

　　③豎式列管(排(pai)管)換熱裝置

　　這種裝置是以列(lie)管形式(shi)分組對稱裝于發酵罐(guan)內。其優(you)點是：加工方便，適用于氣溫較(jiao)高，水(shui)(shui)源(yuan)充足的(de)地區。這種裝置的(de)缺點是：傳熱系數較(jiao)蛇(she)管低，用水(shui)(shui)量(liang)較(jiao)大(da)。

　　　　　　
六、發酵罐技術參數

七、發酵罐質量標準(zhun)

　　設計(ji)、制(zhi)造、檢驗、驗收執行：
　　1、《中華人民共(gong)和(he)國特種設備安全法》
　　2、SFDA 《藥品生產質量管理規范》
　　3、TSG21—2016《固定式(shi)壓力容器安(an)全技術(shu)監察(cha)規(gui)程》
　　4、GB150—2011《壓(ya)力容器(qi)》
　　5、NB/T47015—2011《壓力容器焊接規程(cheng)》
　　6、NB/T47013—2015《承壓設備(bei)無損檢測(ce)》
　　7、HG/T20584—2011《鋼制化工容(rong)器制造技術要求》