蒸汽滅菌發(fā)酵罐

　　一、蒸汽滅菌發(fā)酵罐的定義：

　　蒸汽滅菌發(fā)酵罐就是常說的生物反應(yīng)器，是為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。對于某些工藝來說，蒸汽滅菌發(fā)酵罐是個密閉容器，同時附帶精密控制系統(tǒng); 不銹鋼發(fā)酵罐是為發(fā)酵生產(chǎn)中的重要設(shè)備，是化工、食品等行業(yè)發(fā)酵制品*的設(shè)備。平時說的發(fā)酵主要是指工業(yè)發(fā)酵，泛指利用生物細胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣(有氧)培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品即有細胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細胞、酶等。因此，發(fā)酵罐也就是生物發(fā)酵反應(yīng)的場所。

　　二、蒸汽滅菌發(fā)酵罐的組成：

　　蒸汽滅菌發(fā)酵罐的種類很多，常見的有(1)機械攪拌發(fā)酵罐(2)氣升式發(fā)酵罐(3)自吸式發(fā)酵罐(4)伍式發(fā)酵罐(5)文氏管發(fā)酵罐。機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型。機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐是一種密封式受壓設(shè)備，其主要部件包括：罐身、軸封、消泡器、攪拌器、聯(lián)軸器、中間軸承、擋板、空氣分布管、換熱裝置和人孔以及管路等。

　　(1)罐體：發(fā)酵罐的罐體由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，小型發(fā)酵罐罐頂和罐身采用法蘭連接，材料一般為不銹鋼。為了便于清洗，小型發(fā)酵罐頂設(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐配備快開人孔及清洗用的快開手孔。罐頂還裝有視鏡及燈鏡。在發(fā)酵罐的罐頂上的接管有：進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表、安全閥等接管。在罐身上的接管有冷卻水進出管、進空氣管、取樣管、溫度計管和pH、DO電極接口。

　　(2)罐體的尺寸比例：罐體各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度與直徑之比一般為1.7~4左右。發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，，大型發(fā)酵罐以及高徑比大的，可安裝三組或三組以上的攪拌器。

　　(3)攪拌器： 攪拌器的作用是打碎氣泡，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于發(fā)酵液中。攪拌器有軸向式(槳葉式、螺旋式)和徑向式(渦輪式：平直葉、彎葉、箭葉)兩種。

　　(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，增加溶解氧。發(fā)酵罐一般設(shè)置4-6塊擋板。

　　(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，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(yīng)垂直，中心線對正。

　　(7)軸承：為了減少震動，中型發(fā)酵罐—般在罐內(nèi)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(yīng)能適當(dāng)調(diào)節(jié)。罐內(nèi)軸承不能加潤滑油，應(yīng)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軸套。

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

　　(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。

　　(10)發(fā)酵罐的換熱裝置：①夾套式換熱裝置 ：這種裝置多應(yīng)用于容積較小的發(fā)酵罐、種子罐;夾套的高度比靜止液面高度稍高即可。

　?、谪Q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(nèi)，有四組、六組或八組不等，根據(jù)管的直徑大小而定，容積5 m³ 以上的發(fā)酵罐多用這種換熱裝置。這種裝置的優(yōu)點是：冷卻水在管內(nèi)的流速大;傳熱系數(shù)高。這種冷卻裝置適用于冷卻用水溫度較低的地區(qū)，水的用量較少。但是氣溫高的地區(qū)，冷卻用水溫度較高，則發(fā)酵時降溫困難，發(fā)酵溫度經(jīng)常超過40℃， 影響發(fā)酵產(chǎn)率，因此應(yīng)采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻，這樣就增加了設(shè)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裝于發(fā)酵罐內(nèi)。其優(yōu)點是：加工方便，適用于氣溫較高，水源充足的地區(qū)。這種裝置的缺點是：傳熱系數(shù)較蛇管低，用水量較大。

　　三、蒸汽滅菌發(fā)酵罐的功能：

　　蒸汽滅菌發(fā)酵罐具有加熱、冷卻、滅菌、恒溫等功能，能為微生物生長提供一個微環(huán)境，即適宜的溫度和壓力。發(fā)酵罐內(nèi)的介質(zhì)則為微生物生長提供了微生物生長所需的碳、氮、氧、生長因子、水等。發(fā)酵罐罐體主要用來培養(yǎng)發(fā)酵各種菌體和發(fā)酵各種發(fā)酵制品的。發(fā)酵罐具有自動控溫、自動調(diào)節(jié)pH、自動記錄數(shù)據(jù)、自動補料等功能，大大簡化了操作，減少了染菌的機會，是現(xiàn)代發(fā)酵設(shè)備的主要生物反應(yīng)器。

　　四、蒸汽滅菌發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)特性：

　　(1)蒸汽滅菌發(fā)酵罐具有適宜的徑高比;發(fā)酵罐的高度與直徑之比一般為1.7~4倍左右，罐身越長，氧的利用率較高，傳熱系數(shù)越好。

　　(2)蒸汽滅菌發(fā)酵罐能承受一定壓力，屬于壓力容器;

　　(3)蒸汽滅菌發(fā)酵罐的攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合，保證發(fā)酵液必須的溶解氧;

　　(4)蒸汽滅菌發(fā)酵罐具有足夠的冷卻面積;

　　(5)蒸汽滅菌發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌能*，避免染菌;

　　(6)攪拌器的軸封嚴密，以減少泄漏。

　　(7)內(nèi)罐體鏡面拋光Ra≤0.4，衛(wèi)生*。外罐體2B、拉絲處理。

　　(8)管口采用拉伸翻邊工藝圓弧過渡，光滑易清洗*，保證生產(chǎn)過程的可靠性、穩(wěn)定性、符合GMP 的要求。

　　五、發(fā)酵罐的管口配置：

　　蒸汽滅菌發(fā)酵罐罐體配有人孔、火焰接種口、進料口、出料口、視鏡、射燈、呼吸口、CIP(配衛(wèi)生萬向清洗球)、SIP口、無菌取樣口、PH計接口(支持SIP)、DO檢測口、溫度表、溫度傳感器、冷熱介質(zhì)進出口等工藝管口。

　　蒸汽滅菌發(fā)酵罐設(shè)計選型時需明確發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、發(fā)酵菌種或者其特性、發(fā)酵是否需要自動調(diào)節(jié)pH、對溶氧的要求、對攪拌的要求、對補料的要求等，詳細可電詢。