一、發酵(jiao)罐概述

發酵一般是(shi)指(zhi)通過對各類微生物(或動(dong)植物(wu)(wu)細胞)的(de)(de)生長培養和(he)(he)化學變化，大量產(chan)生和(he)(he)積(ji)累(lei)專(zhuan)門的(de)(de)代謝產(chan)物(wu)(wu)的(de)(de)反應(ying)過程。因此(ci)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)就是為微(wei)(wei)生物(wu)(wu)的(de)(de)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)過程完成(cheng)提供場合和(he)(he)條件的(de)(de)罐(guan)。發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)根(gen)據發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)產(chan)品或發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)菌(jun)種(zhong)或發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)形式等的(de)(de)不同，常見的(de)(de)有機械通風發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、厭氧發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、固(gu)體發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、液體發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、全自(zi)動(dong)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、不銹(xiu)鋼發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、菌(jun)種(zhong)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、小型發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、啤酒發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、葡萄酒發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、食用(yong)菌(jun)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、二(er)聯(lian)(lian)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)、三聯(lian)(lian)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)等。發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)具有加熱、冷卻、滅菌(jun)、恒(heng)溫等功(gong)能，能為微(wei)(wei)生物(wu)(wu)生長提供一個適宜(yi)的(de)(de)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)(jiao)環境，即適宜(yi)的(de)(de)溫度和(he)(he)壓力(li)、營養。

發(fa)酵罐內的培養基則(ze)為(wei)微生物生長(chang)提供了所需(xu)的碳、氮、氧、生長(chang)因子、水等。發(fa)酵罐罐體(ti)主要用來培養發(fa)酵各種菌(jun)體(ti)和發(fa)酵各種發(fa)酵制品的。發(fa)酵罐具有(you)自動控溫、自動調節pH、自動(dong)記錄數據、自動(dong)補料等功能，大(da)大(da)簡化了(le)操作，減少了(le)染菌的(de)機會(hui)，是現代(dai)發酵設備的(de)主(zhu)要生物(wu)反應器。

　　二、發酵罐產品(pin)主要(yao)用途

用于(yu)厭氣發酵(如生(sheng)(sheng)產酒精、溶劑)的(de)發(fa)酵(jiao)罐(guan)結構可(ke)以較簡單。用于好氧發(fa)酵(jiao)(如生(sheng)(sheng)產抗生(sheng)(sheng)素、氨基酸、有(you)機酸、維生(sheng)(sheng)素等)的(de)發(fa)酵(jiao)罐(guan)因需向罐(guan)中連續通入大量無菌空氣(qi)(qi)，并為考慮通入空氣(qi)(qi)的(de)利用率，故在(zai)發(fa)酵(jiao)罐(guan)結構上較為復雜，常用的(de)有(you)機械攪拌式發(fa)酵(jiao)罐(guan)、鼓(gu)泡式發(fa)酵(jiao)罐(guan)和氣(qi)(qi)升式發(fa)酵(jiao)罐(guan)。

乳(ru)制(zhi)品、酒類發(fa)酵過程(cheng)是一個(ge)無(wu)菌(jun)、無(wu)污(wu)染(ran)的過程(cheng)，發(fa)酵罐采(cai)用了(le)無(wu)菌(jun)系統(tong)，避免和防止了(le)空氣中微生物的污(wu)染(ran)，大大延長了(le)產品的保質期和產品的純正(zheng)，罐體(ti)上(shang)特別設計安裝(zhuang)了(le)無(wu)菌(jun)呼吸氣孔或無(wu)菌(jun)正(zheng)壓發(fa)酵系統(tong)。罐體(ti)上(shang)設有米洛板或迷宮式夾(jia)套，可通(tong)入加熱或冷卻介質來(lai)進(jin)行(xing)循環加熱或冷卻。

發酵罐的容量由300-15000L多種不同規格。發(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)按(an)使用(yong)(yong)范(fan)圍可分為(wei)實(shi)驗室小型(xing)發(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)、中試生產發(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)、大型(xing)發(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)等。發(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)廣泛應用(yong)(yong)于(yu)乳(ru)制品(pin)、飲料(liao)、生物(wu)工程、制藥、精細化工等行(xing)業，罐(guan)(guan)體(ti)設有夾層(ceng)、保(bao)溫(wen)層(ceng)、可加(jia)熱(re)、冷卻、保(bao)溫(wen)。罐(guan)(guan)體(ti)與上(shang)下填充(chong)頭(或錐形)均采用(yong)(yong)旋(xuan)壓(ya)R角加(jia)工，罐(guan)(guan)內壁經鏡面拋光處理，無衛(wei)生死(si)角，而(er)全封閉(bi)設計(ji)確(que)保(bao)物(wu)料(liao)始終處一無污(wu)染的狀態(tai)下混合、發(fa)(fa)酵(jiao)，設備配備空氣呼吸孔(kong)，CIP清洗噴頭，人孔(kong)等裝(zhuang)置。

三、發(fa)酵罐的分類

發(fa)酵罐(guan)的分類：按照(zhao)發(fa)酵罐(guan)的設(she)備，分為機械攪拌(ban)通(tong)風發(fa)酵罐(guan)和(he)非機械攪拌(ban)通(tong)風發(fa)酵罐(guan);按照微生物的(de)生長代(dai)謝需要(yao)，分(fen)為好(hao)氧型發酵罐(guan)和(he)(he)厭氣氧型發酵灌(guan)。發酵罐(guan)是一種(zhong)對物料(liao)進行機(ji)械攪拌與(yu)發酵的(de)設備(bei)。該(gai)設備(bei)采(cai)用(yong)內循(xun)環方式(shi)，用(yong)攪拌槳分(fen)散和(he)(he)打碎氣泡，它(ta)溶(rong)氧速率(lv)高，混合效果好(hao)。罐(guan)體采(cai)用(yong)SUS304或(huo)316L進口不銹鋼(gang)，罐(guan)內配有自動噴淋清洗機(ji)頭，確保(bao)生產過程符(fu)合GMP要(yao)求。

四、發(fa)酵(jiao)罐結構(gou)特征(zheng)
　　1、發酵罐罐體材質均(jun)采用高(gao)級(ji)不銹鋼材質，內(nei)外表面均(jun)采用拋光(guang)處理，拋光(guang)精(jing)度Ra0.4,可防(fang)止物料粘壁，且易(yi)清洗；
　　2、攪拌系統采用三(san)層六平葉發(fa)酵專用標準槳，無級調速，可實現發(fa)酵攪拌過程全自動控制(zhi)；
　　3、發酵罐采用在(zai)位(wei)高溫(wen)蒸汽滅(mie)菌(jun)，滅(mie)菌(jun)過程(cheng)可實現自動控(kong)制(zhi)，滅(mie)菌(jun)溫(wen)度精確；
　　4、瑞士梅特勒PH電極及屏蔽導線，范圍在2~12PH，控制精度為(wei)±0.02PH；
　　5、自動(dong)(dong)檢測泡(pao)沫，可(ke)添(tian)加消泡(pao)劑，靈敏(min)度為(wei)100~10000；空氣(qi)流量控(kong)制可(ke)采用轉(zhuan)子流量計(ji)手動(dong)(dong)調節(jie)，范圍為(wei)0~5000L/min；
　　6、補料系統(tong)可通(tong)過蠕動泵自動流加，范圍為0~5L/min,控(kong)制精度±2%。

五、發酵(jiao)罐結(jie)構(gou)產(chan)品(pin)組(zu)成

　　(1)罐體

　　發酵罐(guan)(guan)的罐(guan)(guan)體由(you)筒體及橢圓形或(huo)碟形封頭焊接(jie)而成，小(xiao)型發酵罐(guan)(guan)封頭和筒體采用法蘭連接(jie)。罐(guan)(guan)頂(ding)裝有視鏡(jing)及燈(deng)鏡(jing)，方便觀察罐(guan)(guan)內發酵狀態。在發酵罐(guan)(guan)的罐(guan)(guan)頂(ding)上的接(jie)管(guan)有：進(jin)料(liao)管(guan)、補(bu)料(liao)管(guan)、排氣(qi)管(guan)、接(jie)種管(guan)和壓力表(biao)(biao)接(jie)管(guan)。在罐(guan)(guan)身上的接(jie)管(guan)有冷卻水進(jin)出管(guan)、進(jin)空氣(qi)管(guan)、取樣(yang)管(guan)、溫度計管(guan)和測(ce)控(kong)儀表(biao)(biao)接(jie)口。

　　(2)罐體的尺寸比例(li)

　　罐體各部(bu)分(fen)的尺寸有一(yi)定的比例(li)，發酵罐一(yi)般(ban)由于發酵的特殊需(xu)要一(yi)般(ban)為細長型，高度與直徑之比一(yi)般(ban)為1.7~2.5左(zuo)右。

　　(3)攪拌器

　　發酵罐通常(chang)裝有兩(liang)組攪(jiao)拌器，兩(liang)組攪(jiao)拌器的間距(ju)S約為攪拌器(qi)直徑(jing)的(de)(de)三倍(bei)。對(dui)于大型發酵(jiao)罐以及液體(ti)深度HL較高(gao)的(de)(de)，可(ke)安裝三組(zu)或三組(zu)以上的(de)(de)攪拌器(qi)。最下面一(yi)組(zu)攪拌器(qi)通常與風管出口(kou)較接(jie)近為好，與罐底(di)的(de)(de)距(ju)離C一(yi)般等于攪拌器(qi)直徑(jing)Di，但也不宜小(xiao)于0.8Di，否(fou)則(ze)會影響液體(ti)的(de)(de)循環。

　　軸向式攪拌器(qi)：槳(jiang)葉式、螺旋(xuan)槳(jiang)式

　　徑向式(渦輪式)攪拌器(Disc turbine)：平直葉(xie)、彎葉(xie)、箭葉(xie)

　　(4)擋板(ban)

　　擋板的作(zuo)用是改變液(ye)(ye)流的方向(xiang)，由徑向(xiang)流改為軸向(xiang)流，促使液(ye)(ye)體(ti)劇(ju)烈翻動，增加溶解(jie)氧。

　　全擋板條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)：是指在一定(ding)轉數下(xia)再增加罐(guan)內附(fu)件(jian)(jian)而(er)軸(zhou)功率仍(reng)保(bao)持不(bu)變。要達(da)到全擋板條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)必須滿足下(xia)式要求：

　　(5)消泡器

　　消(xiao)泡器(qi)的作用是將泡沫打破。消(xiao)泡器(qi)常用的形(xing)式有鋸齒式、梳狀式及孔板(ban)式。孔板(ban)式的孔徑約10~20毫米(mi)。消泡器的長度約(yue)為(wei)罐(guan)徑的0.65倍(bei)。

　　(6)聯軸(zhou)器(qi)

　　大型(xing)發(fa)(fa)酵罐(guan)(guan)攪(jiao)拌軸(zhou)(zhou)(zhou)較長(chang)，常分為(wei)二至三段，用聯(lian)軸(zhou)(zhou)(zhou)器使上下攪(jiao)拌軸(zhou)(zhou)(zhou)成牢固的(de)(de)剛(gang)性聯(lian)接(jie)(jie)。常用的(de)(de)聯(lian)軸(zhou)(zhou)(zhou)器有鼓形(xing)(xing)及夾殼形(xing)(xing)兩種。小型(xing)的(de)(de)發(fa)(fa)酵罐(guan)(guan)可采用法蘭將(jiang)攪(jiao)拌軸(zhou)(zhou)(zhou)連(lian)接(jie)(jie)，軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)連(lian)接(jie)(jie)應(ying)垂直，中心線對正。

　　(7)軸(zhou)承

　　為了(le)減少震動，中型(xing)發(fa)酵罐—般(ban)在罐內裝(zhuang)有(you)底軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)，而大型(xing)發酵罐裝(zhuang)有(you)中(zhong)間(jian)(jian)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)，底軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)和中(zhong)間(jian)(jian)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)(de)水(shui)平位(wei)置應能(neng)(neng)適當(dang)調節。罐內軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)不(bu)能(neng)(neng)加潤滑油(you)，應采用液體潤滑的(de)(de)塑料軸(zhou)(zhou)瓦(如聚四氟乙(yi)烯等)，軸(zhou)(zhou)瓦與(yu)軸(zhou)(zhou)之間(jian)(jian)的(de)(de)間(jian)(jian)隙常取(qu)軸(zhou)(zhou)徑的(de)(de)0.4~0.7%。為了防止軸(zhou)(zhou)頸(jing)磨損，可以在與(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)接觸處(chu)的(de)(de)軸(zhou)(zhou)上增加一個軸(zhou)(zhou)套。

　　(8)變速(su)裝置

　　試驗罐(guan)采用無級變速(su)(su)裝置。發酵(jiao)罐(guan)常用的變速(su)(su)裝置有(you)三角皮帶傳(chuan)動，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速(su)(su)裝置，其中以三角皮帶變速(su)(su)傳(chuan)動較為簡便。

　　(9)軸封

　　軸封的作用是使罐(guan)頂(ding)或罐(guan)底與軸之(zhi)間的縫隙加以密封，防止泄漏和(he)污染雜菌(jun)。常用的軸封有填料函和(he)端面軸封兩種，一般用機械式密封。

　　①填(tian)(tian)(tian)料函式軸封(feng)是(shi)由填(tian)(tian)(tian)料箱體，填(tian)(tian)(tian)料底襯(chen)套(tao)，填(tian)(tian)(tian)料壓蓋和(he)壓緊螺栓等零件構成(cheng)，使旋轉軸達到(dao)密封(feng)的效(xiao)果。

　　填料函式(shi)軸(zhou)封的優點是結構簡單。主(zhu)要缺點是：死角多，很難滅菌，容易(yi)滲漏及染菌;軸(zhou)的磨損情況較嚴重(zhong);填料壓緊后摩擦功率消耗大;壽命(ming)短，經常維修，耗工時(shi)多(duo)。

　　②端(duan)面式軸封又(you)稱(cheng)機械(xie)軸封。密(mi)封作用是靠彈(dan)(dan)性元(yuan)件(彈(dan)(dan)簧、波(bo)紋管等(deng))的壓力使垂直于軸線(xian)的動(dong)環(huan)和靜環(huan)光滑表面緊密(mi)地相互貼合，并作相對轉動(dong)而達(da)到密(mi)封。

　　(10)發酵罐的(de)換熱(re)裝置(zhi)

　　①夾套式換熱裝置

　　這種裝置多應(ying)用(yong)于容積(ji)較小的發酵罐;夾(jia)套的高(gao)(gao)度比靜止液面(mian)高(gao)(gao)度稍高(gao)(gao)即可。這種裝置的優(you)點是：結構簡單;加工容(rong)易，罐內無冷(leng)卻設(she)備，死角少(shao)，容(rong)易進行清潔滅菌工作，有利于發(fa)酵(jiao)。其缺點 是：傳熱(re)壁較(jiao)厚，冷(leng)卻水流速低(di)，發(fa)酵(jiao)時降溫效果差。

　　②豎(shu)式(shi)蛇管(guan)換熱裝置

　　這種(zhong)裝置是豎式的蛇管分組安裝于(yu)發酵罐內，有四組、六組或八組不等(deng)，根據管的直徑(jing)大小而定，容積(ji)5 立方米(mi) 以(yi)上的(de)(de)發酵罐(guan)多用這(zhe)(zhe)種換熱裝置(zhi)。這(zhe)(zhe)種裝置(zhi)的(de)(de)優(you)點是：冷(leng)(leng)卻(que)(que)水在(zai)管內的(de)(de)流速大;傳(chuan)熱系數高(gao)。這(zhe)(zhe)種冷(leng)(leng)卻(que)(que)裝置(zhi)適(shi)用于冷(leng)(leng)卻(que)(que)用水溫(wen)度(du)較(jiao)(jiao)低的(de)(de)地(di)區，水的(de)(de)用量較(jiao)(jiao)少。但是氣溫(wen)高(gao)的(de)(de)地(di)區，冷(leng)(leng)卻(que)(que)用水溫(wen)度(du)較(jiao)(jiao)高(gao)，則(ze)發酵時(shi)降溫(wen)困難，發酵溫(wen)度(du)經常超過40℃， 影(ying)響發酵產率(lv)，因(yin)此(ci)應采(cai)用冷(leng)(leng)凍鹽水或冷(leng)(leng)凍水冷(leng)(leng)卻(que)(que)，這(zhe)(zhe)樣就增加了設備投資(zi)及生產成本。此(ci)外(wai)，彎曲(qu)位置(zhi)比較(jiao)(jiao)容易(yi)蝕穿。

　　③豎式(shi)列管(排管)換(huan)熱裝置

　　這種裝置是(shi)以列(lie)管形式分組對稱裝于(yu)發酵罐內。其優點是(shi)：加工(gong)方便，適用于(yu)氣(qi)溫較高，水源充足的(de)地區。這種裝置的(de)缺點是(shi)：傳(chuan)熱系數較蛇管低(di)，用水量較大。

　　　　　　
六、發酵(jiao)罐技(ji)術(shu)參數(shu)

七、發(fa)酵罐質(zhi)量標(biao)準

　　設計、制造、檢驗、驗收執行(xing)：
　　1、《中華人民共和國特種設備(bei)安(an)全法》
　　2、SFDA 《藥(yao)品生產質量(liang)管(guan)理規范》
　　3、TSG21—2016《固定式壓力容器安(an)全(quan)技術監察規程》
　　4、GB150—2011《壓力容(rong)器(qi)》
　　5、NB/T47015—2011《壓力容器(qi)焊(han)接規程》
　　6、NB/T47013—2015《承壓設備無損(sun)檢測》
　　7、HG/T20584—2011《鋼制化工容(rong)器制造(zao)技術要(yao)求》