發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用

結(jié)構(gòu)分析

• 罐體：主體部分，通常為圓柱形容器，底部呈碟形或錐形。圓柱形狀利于均勻受力，碟形或錐形底方便排料與清洗，還能避免物料堆積。罐體有單層、雙層或三層夾套設(shè)計(jì)，夾套用于控溫，通入熱水、冷水或蒸汽維持微生物生長(zhǎng)的最佳溫度。

• 攪拌系統(tǒng)：包含攪拌槳、攪拌軸、聯(lián)軸器、電機(jī)及變速器等。攪拌槳形式多樣，如平葉、彎葉、箭葉渦輪式、推進(jìn)式等，不同形狀的槳葉產(chǎn)生的攪拌效果不同，以滿足各類發(fā)酵需求。通過攪拌，實(shí)現(xiàn)物料混合、溶氧傳遞、熱量分布均勻，防止微生物沉降、物料分層，保障發(fā)酵均一性。

• 通氣系統(tǒng)：由空氣過濾器、通氣管道、分布器構(gòu)成。空氣過濾器確保通入的空氣無菌，多采用深層過濾、膜過濾技術(shù)；通氣管道將無菌空氣引入罐內(nèi)；分布器如環(huán)形管、單孔或多孔管，位于罐底部，作用是把空氣分散成微小氣泡，增大氣液接觸面積，提升溶氧效率。

• 溫度控制系統(tǒng)：除夾套外，還配有溫度傳感器、控制器。傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)溫度，傳至控制器，與設(shè)定值比對(duì)后，控制器調(diào)控夾套中加熱或冷卻介質(zhì)流量，精準(zhǔn)控溫，精度可達(dá) ±0.5 - 1℃。

• 消泡系統(tǒng)：發(fā)酵易產(chǎn)泡沫，消泡裝置有機(jī)械消泡（消泡槳）和化學(xué)消泡（添加消泡劑）。消泡槳安裝在攪拌軸上，隨攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)打碎泡沫；化學(xué)消泡是在泡沫過量時(shí)，從罐頂消泡劑添加口注入適量消泡劑。

• 進(jìn)出料口及管道系統(tǒng)：罐體頂部設(shè)進(jìn)料口，連接物料輸送管道，底部或側(cè)面有出料口，配閥門便于放料。管道材質(zhì)依物料特性、發(fā)酵要求選不銹鋼、塑料等，要確保密封、無泄漏，管道布局兼顧操作便利性與清潔要求。

材質(zhì)選擇

• 接觸物料部分多采用 304、316 等不銹鋼，具優(yōu)良耐腐蝕性、強(qiáng)度高、易清潔，能耐受發(fā)酵過程酸堿環(huán)境與反復(fù)清洗滅菌。非關(guān)鍵部件或外部支撐結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度下，可選碳鋼等成本較低材料，降低設(shè)備成本。

類型特點(diǎn)

• 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐：應(yīng)用廣，攪拌充分、溶氧效果好、傳質(zhì)傳熱佳，適用于抗生素、氨基酸、酶制劑等需高溶氧、混合精細(xì)的發(fā)酵；但能耗大，機(jī)械部件維修復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行成本高。

• 氣升式發(fā)酵罐：靠通入氣體形成環(huán)流實(shí)現(xiàn)混合、傳質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無機(jī)械攪拌部件，能耗低、剪切力小，利于對(duì)剪切敏感微生物，常用于單細(xì)胞蛋白、有機(jī)酸發(fā)酵；缺點(diǎn)是溶氧調(diào)控較難，對(duì)通氣量要求高。

• 自吸式發(fā)酵罐：利用特殊攪拌吸氣裝置，從罐外吸入空氣，兼具攪拌與通氣功能，節(jié)能、溶氧速率快，可減少空氣凈化成本；不過自吸裝置加工精度高，易堵塞損壞，不適用于高黏度物料。

配套系統(tǒng)

• 滅菌系統(tǒng)：多采用蒸汽濕熱滅菌，有連消塔 - 噴射器、分批滅菌鍋等設(shè)備與發(fā)酵罐連接，對(duì)罐體、管道、培養(yǎng)基等滅菌，防止雜菌污染。

• 冷卻系統(tǒng)：包含冷水機(jī)組、冷卻塔、循環(huán)泵等，為夾套提供穩(wěn)定冷水，帶走發(fā)酵熱，維持溫度，冷卻能力依發(fā)酵規(guī)模、產(chǎn)熱速率配置。

• 檢測(cè)與控制系統(tǒng)：除溫度檢測(cè)外，還有溶氧、pH 值、壓力、液位等傳感器，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至中控系統(tǒng)，依工藝控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料量等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精準(zhǔn)發(fā)酵。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 食品工業(yè)：用于酸奶、酒類（啤酒、葡萄酒等）、調(diào)味品（醬油、醋）發(fā)酵，生產(chǎn)風(fēng)味、質(zhì)地產(chǎn)品，滿足消費(fèi)需求，提升附加值。

• 生物醫(yī)藥：是抗生素（青霉素、頭孢菌素）、疫苗、重組蛋白、生物酶等藥品工業(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備，保障藥品供應(yīng)，推動(dòng)醫(yī)學(xué)進(jìn)步。

• 生物化工：生產(chǎn)有機(jī)酸（檸檬酸、乳酸）、氨基酸（谷氨酸、賴氨酸）、生物燃料（乙醇、丁醇）等，部分替代化學(xué)合成，具環(huán)保、原料可再生優(yōu)勢(shì)。

操作要點(diǎn)

• 設(shè)備安裝調(diào)試：安裝依說明書進(jìn)行，保證罐體垂直、部件連接緊密、管道無應(yīng)力；調(diào)試檢查攪拌、通氣、溫控等系統(tǒng)運(yùn)行，校準(zhǔn)傳感器，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

• 接種與培養(yǎng)：接種采用火焰接種、壓差接種等無菌方式，初期控溫、攪拌、通氣在適宜微生物生長(zhǎng)范圍，隨發(fā)酵進(jìn)程按需調(diào)整。

• 過程監(jiān)控與維護(hù)：持續(xù)監(jiān)控參數(shù)，定期巡檢設(shè)備，及時(shí)處理泄漏、異常振動(dòng)、部件磨損等問題，每批次發(fā)酵結(jié)束全面清洗、滅菌，為下次發(fā)酵做準(zhǔn)備。