一、發酵(jiao)罐概(gai)述

發(fa)酵一般是指通過(guo)對(dui)各(ge)類微生(sheng)物(或動(dong)(dong)植(zhi)物細(xi)胞)的(de)(de)(de)生(sheng)長培養(yang)和化學(xue)變化，大量產生(sheng)和積累(lei)專門的(de)(de)(de)代謝產物的(de)(de)(de)反應過(guo)程(cheng)。因此發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)就是(shi)為(wei)微生(sheng)物的(de)(de)(de)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)過(guo)程(cheng)完成提供場合和條件的(de)(de)(de)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)。發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)根據(ju)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)產品或發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)(de)菌(jun)(jun)種或發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)形式(shi)等的(de)(de)(de)不同(tong)，常見的(de)(de)(de)有(you)機械通風發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、厭氧(yang)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、固(gu)體發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、液體發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、全自動(dong)(dong)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、不銹(xiu)鋼發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、菌(jun)(jun)種發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、小型發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、啤酒發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、葡萄酒發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、食用菌(jun)(jun)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、二(er)聯發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)、三聯發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)等。發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)罐(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)(guan)具有(you)加(jia)熱、冷(leng)卻、滅(mie)菌(jun)(jun)、恒(heng)溫等功(gong)能，能為(wei)微生(sheng)物生(sheng)長提供一(yi)個(ge)適宜的(de)(de)(de)發酵(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)環境(jing)，即適宜的(de)(de)(de)溫度和壓力、營(ying)養(yang)。

發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)罐內的培(pei)養基則(ze)為微生物生長提供了所需(xu)的碳、氮、氧、生長因(yin)子、水(shui)等。發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)罐罐體主要(yao)用來(lai)培(pei)養發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)各(ge)種(zhong)菌體和發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)各(ge)種(zhong)發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)制品的。發(fa)(fa)酵(jiao)(jiao)罐具有自動控溫、自動調節(jie)pH、自(zi)(zi)動記(ji)錄(lu)數據、自(zi)(zi)動補料等功(gong)能，大(da)(da)大(da)(da)簡化(hua)了(le)操作，減(jian)少了(le)染(ran)菌的(de)機(ji)會，是(shi)現代發(fa)酵設(she)備的(de)主要(yao)生物反(fan)應器。

　　二、發酵罐產品主要用途(tu)

用于厭氣發(fa)酵(如(ru)(ru)生(sheng)產(chan)酒(jiu)精、溶劑)的(de)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)結(jie)構(gou)可(ke)以較簡單。用(yong)于好氧發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)(如(ru)(ru)生(sheng)產(chan)抗生(sheng)素、氨基酸、有(you)機酸、維生(sheng)素等)的(de)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)因需向罐(guan)(guan)中連續通入(ru)大量無菌空(kong)氣(qi)(qi)，并為考慮(lv)通入(ru)空(kong)氣(qi)(qi)的(de)利用(yong)率，故在發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)結(jie)構(gou)上較為復雜(za)，常用(yong)的(de)有(you)機械(xie)攪拌式(shi)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)、鼓泡式(shi)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)和氣(qi)(qi)升式(shi)發(fa)(fa)(fa)酵(jiao)罐(guan)(guan)。

乳制品(pin)、酒類發(fa)酵(jiao)過程是一個(ge)無(wu)(wu)菌、無(wu)(wu)污染的(de)過程，發(fa)酵(jiao)罐采用(yong)了無(wu)(wu)菌系統(tong)，避免和防止了空氣(qi)中微生物的(de)污染，大(da)大(da)延長了產(chan)品(pin)的(de)保質(zhi)期和產(chan)品(pin)的(de)純正，罐體上(shang)特別設(she)(she)計安(an)裝了無(wu)(wu)菌呼(hu)吸氣(qi)孔(kong)或無(wu)(wu)菌正壓(ya)發(fa)酵(jiao)系統(tong)。罐體上(shang)設(she)(she)有米洛板或迷(mi)宮式夾(jia)套(tao)，可通入加熱(re)或冷卻介(jie)質(zhi)來進(jin)行循環加熱(re)或冷卻。

發酵罐的容量由300-15000L多(duo)種不(bu)同規格。發(fa)(fa)酵(jiao)罐按使用范圍(wei)可分為(wei)實驗室小型發(fa)(fa)酵(jiao)罐、中試生(sheng)產發(fa)(fa)酵(jiao)罐、大型發(fa)(fa)酵(jiao)罐等(deng)(deng)。發(fa)(fa)酵(jiao)罐廣泛應用于乳制(zhi)品、飲料、生(sheng)物工程、制(zhi)藥、精細(xi)化(hua)工等(deng)(deng)行業，罐體設(she)有夾層、保溫層、可加熱(re)、冷卻、保溫。罐體與上下填充頭(或(huo)錐形)均采用旋壓(ya)R角加工，罐內壁經鏡面(mian)拋光處(chu)理，無衛生(sheng)死角，而全封閉設(she)計確保物料始終處(chu)一(yi)無污(wu)染(ran)的狀態下混合、發(fa)(fa)酵(jiao)，設(she)備配備空氣呼(hu)吸孔，CIP清洗(xi)噴頭，人孔等(deng)(deng)裝置。

三(san)、發酵罐的分類

發(fa)酵罐(guan)(guan)(guan)的分(fen)類：按照發(fa)酵罐(guan)(guan)(guan)的設(she)備，分(fen)為機械攪(jiao)拌通風發(fa)酵罐(guan)(guan)(guan)和非機械攪(jiao)拌通風發(fa)酵罐(guan)(guan)(guan);按(an)照微生物(wu)的(de)生長代謝(xie)需要(yao)，分為(wei)好(hao)(hao)氧型發酵(jiao)罐(guan)(guan)(guan)和(he)厭氣氧型發酵(jiao)灌。發酵(jiao)罐(guan)(guan)(guan)是(shi)一種對物(wu)料(liao)進行機械攪(jiao)拌與(yu)發酵(jiao)的(de)設備(bei)。該(gai)設備(bei)采用(yong)內循(xun)環(huan)方(fang)式，用(yong)攪(jiao)拌槳分散(san)和(he)打碎氣泡，它溶氧速(su)率高(gao)，混合效果好(hao)(hao)。罐(guan)(guan)(guan)體(ti)采用(yong)SUS304或316L進口不銹鋼，罐(guan)(guan)(guan)內配有自動噴淋(lin)清洗機頭，確保生產過程符合GMP要(yao)求。

四、發酵罐(guan)結(jie)構(gou)特(te)征(zheng)
　　1、發酵(jiao)罐罐體材質(zhi)均(jun)采(cai)用(yong)高級不銹鋼材質(zhi)，內(nei)外表面均(jun)采(cai)用(yong)拋(pao)光(guang)處理，拋(pao)光(guang)精度Ra0.4,可防止物料粘壁，且易清(qing)洗；
　　2、攪拌(ban)系(xi)統采(cai)用(yong)三(san)層六平葉發酵專用(yong)標(biao)準槳，無級調速(su)，可實(shi)現發酵攪拌(ban)過程(cheng)全自(zi)動(dong)控制(zhi)；
　　3、發(fa)酵罐采用(yong)在(zai)位高(gao)溫(wen)蒸汽滅(mie)菌，滅(mie)菌過(guo)程(cheng)可(ke)實現自動控制(zhi)，滅(mie)菌溫(wen)度精(jing)確；
　　4、瑞士梅特勒(le)PH電極(ji)及屏蔽導線，范圍在2~12PH，控制精度(du)為±0.02PH；
　　5、自(zi)動檢測泡(pao)沫，可添加消泡(pao)劑，靈敏度為100~10000；空氣(qi)流量控(kong)制可采(cai)用轉子流量計(ji)手動調節，范圍為0~5000L/min；
　　6、補料系統可通過蠕動泵自動流加，范圍(wei)為0~5L/min,控制(zhi)精度±2%。

五、發(fa)酵罐(guan)結構產品組成

　　(1)罐(guan)體

　　發酵(jiao)(jiao)罐(guan)的(de)罐(guan)體由筒體及橢(tuo)圓形或碟形封頭(tou)(tou)焊接(jie)(jie)而成，小型發酵(jiao)(jiao)罐(guan)封頭(tou)(tou)和筒體采(cai)用法蘭(lan)連接(jie)(jie)。罐(guan)頂裝有(you)視鏡(jing)及燈鏡(jing)，方便(bian)觀察罐(guan)內發酵(jiao)(jiao)狀(zhuang)態。在(zai)發酵(jiao)(jiao)罐(guan)的(de)罐(guan)頂上的(de)接(jie)(jie)管(guan)有(you)：進料(liao)管(guan)、補料(liao)管(guan)、排氣管(guan)、接(jie)(jie)種管(guan)和壓力表接(jie)(jie)管(guan)。在(zai)罐(guan)身上的(de)接(jie)(jie)管(guan)有(you)冷卻水(shui)進出管(guan)、進空氣管(guan)、取樣管(guan)、溫度(du)計管(guan)和測控儀(yi)表接(jie)(jie)口。

　　(2)罐(guan)體的尺(chi)寸比例

　　罐體各部分的尺寸(cun)有(you)一(yi)定的比例，發(fa)酵(jiao)罐一(yi)般(ban)(ban)由于(yu)發(fa)酵(jiao)的特殊需要(yao)一(yi)般(ban)(ban)為細長(chang)型，高度與(yu)直(zhi)徑之(zhi)比一(yi)般(ban)(ban)為1.7~2.5左右。

　　(3)攪拌器(qi)

　　發酵罐通常裝有兩組(zu)(zu)攪拌器，兩組(zu)(zu)攪拌器的間距(ju)S約為攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)直徑(jing)的(de)三(san)倍(bei)。對(dui)于(yu)大(da)型發(fa)酵(jiao)罐以及液(ye)體深(shen)度HL較高的(de)，可安裝三(san)組(zu)或三(san)組(zu)以上的(de)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)。最下面(mian)一組(zu)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)通常與風(feng)管出口較接近為好，與罐底的(de)距離(li)C一般(ban)等于(yu)攪(jiao)(jiao)(jiao)拌(ban)器(qi)直徑(jing)Di，但也不(bu)宜小于(yu)0.8Di，否則會影響液(ye)體的(de)循環。

　　軸向式(shi)攪拌器：槳葉(xie)式(shi)、螺旋槳式(shi)

　　徑向(xiang)式(渦輪式)攪拌(ban)器(Disc turbine)：平直葉(xie)、彎葉(xie)、箭葉(xie)

　　(4)擋板

　　擋(dang)板(ban)的(de)(de)作用是(shi)改變液流(liu)的(de)(de)方向(xiang)，由徑向(xiang)流(liu)改為軸向(xiang)流(liu)，促使(shi)液體(ti)劇烈翻動，增加溶解氧。

　　全擋板條(tiao)件：是指在一定轉數下再增加(jia)罐內附件而軸功率仍保持不(bu)變(bian)。要(yao)達到全擋板條(tiao)件必須滿(man)足(zu)下式要(yao)求(qiu)：

　　(5)消泡器

　　消泡(pao)器(qi)的(de)作用是將(jiang)泡(pao)沫打破。消泡(pao)器(qi)常(chang)用的(de)形式有鋸(ju)齒(chi)式、梳(shu)狀式及孔(kong)(kong)板(ban)式。孔(kong)(kong)板(ban)式的(de)孔(kong)(kong)徑約(yue)10~20毫(hao)米。消泡器的長度約為罐徑的0.65倍。

　　(6)聯(lian)軸(zhou)器

　　大型發酵(jiao)罐攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸(zhou)(zhou)(zhou)較長(chang)，常分(fen)為二至三段(duan)，用聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器使(shi)上下攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸(zhou)(zhou)(zhou)成牢固的(de)剛(gang)性聯接(jie)。常用的(de)聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器有鼓形(xing)及夾(jia)殼形(xing)兩(liang)種。小型的(de)發酵(jiao)罐可(ke)采用法蘭將攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸(zhou)(zhou)(zhou)連接(jie)，軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)連接(jie)應垂直(zhi)，中心線(xian)對正。

　　(7)軸承

　　為了減少震動(dong)，中型(xing)發(fa)酵罐—般在(zai)罐內裝(zhuang)有(you)底軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)，而大(da)型(xing)發酵罐裝(zhuang)有(you)中間軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)，底軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)和中間軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)的(de)水平位(wei)置應能適當調節。罐內軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)不能加潤滑油，應采(cai)用液體潤滑的(de)塑料軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)瓦(如聚四氟(fu)乙烯(xi)等)，軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)瓦與軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)之(zhi)間的(de)間隙(xi)常取軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)徑的(de)0.4~0.7%。為了防止軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸磨損，可以(yi)在(zai)與軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)接觸(chu)處的(de)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)上增加一個軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)套。

　　(8)變速裝置

　　試驗罐采用無級變速(su)裝置(zhi)。發酵罐常用的變速(su)裝置(zhi)有三(san)角(jiao)皮帶傳(chuan)動，圓柱(zhu)或螺旋圓錐齒(chi)輪(lun)減速(su)裝置(zhi)，其中以三(san)角(jiao)皮帶變速(su)傳(chuan)動較(jiao)為簡(jian)便。

　　(9)軸封

　　軸封的作用是使(shi)罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密(mi)封，防(fang)止(zhi)泄漏(lou)和污染雜菌。常用的軸封有(you)填(tian)料函和端面軸封兩種，一(yi)般用機械(xie)式密(mi)封。

　　①填料函(han)式軸封是由填料箱體(ti)，填料底(di)襯(chen)套，填料壓(ya)(ya)蓋和(he)壓(ya)(ya)緊螺栓(shuan)等零件構成，使(shi)旋轉軸達(da)到(dao)密(mi)封的效(xiao)果。

　　填料函(han)式軸封的優點是(shi)結構簡(jian)單。主要(yao)缺(que)點是(shi)：死角(jiao)多，很難滅(mie)菌，容(rong)易滲漏及染菌;軸(zhou)的磨(mo)損情況(kuang)較嚴重;填料(liao)壓緊后(hou)摩擦功(gong)率消(xiao)耗(hao)(hao)大;壽命(ming)短，經常(chang)維(wei)修，耗(hao)(hao)工時多。

　　②端(duan)面式軸(zhou)封(feng)又稱機械軸(zhou)封(feng)。密(mi)封(feng)作用是靠(kao)彈(dan)性元件(彈(dan)簧(huang)、波紋管等)的壓力使垂直于軸(zhou)線的動環和靜環光滑表(biao)面緊密(mi)地相互貼(tie)合，并(bing)作相對轉動而達到密(mi)封(feng)。

　　(10)發酵罐(guan)的換熱裝(zhuang)置

　　①夾套(tao)式換(huan)熱裝置

　　這(zhe)種(zhong)裝置多應用于容積較小的發酵罐;夾套的高(gao)度比靜止液(ye)面高(gao)度稍(shao)高(gao)即可(ke)。這種裝(zhuang)置(zhi)的優點是：結(jie)構簡(jian)單;加工容(rong)易，罐內無冷(leng)卻設備(bei)，死(si)角(jiao)少，容(rong)易進行清潔滅菌(jun)工作，有利于發酵(jiao)。其(qi)缺點 是：傳熱壁較厚，冷(leng)卻水流速低，發酵(jiao)時降溫(wen)效果差。

　　②豎式蛇管(guan)換(huan)熱裝置

　　這種裝置(zhi)是(shi)豎式(shi)的(de)蛇管(guan)分(fen)組(zu)(zu)安裝于發(fa)酵罐內，有四組(zu)(zu)、六(liu)組(zu)(zu)或(huo)八組(zu)(zu)不等，根據(ju)管(guan)的(de)直徑大(da)小而定，容(rong)積5 立方米(mi) 以(yi)上的(de)發(fa)酵罐多用這種(zhong)換熱(re)(re)裝置(zhi)。這種(zhong)裝置(zhi)的(de)優(you)點是：冷卻(que)水在管(guan)內的(de)流速大;傳熱(re)(re)系(xi)數(shu)高(gao)。這種(zhong)冷卻(que)裝置(zhi)適用于冷卻(que)用水溫(wen)度較低(di)的(de)地區，水的(de)用量較少。但(dan)是氣(qi)溫(wen)高(gao)的(de)地區，冷卻(que)用水溫(wen)度較高(gao)，則(ze)發(fa)酵時降溫(wen)困難(nan)，發(fa)酵溫(wen)度經常超過40℃， 影響發(fa)酵產率，因此應采用冷凍鹽水或冷凍水冷卻(que)，這樣就增(zeng)加了設備投資(zi)及生產成本(ben)。此外，彎曲位(wei)置(zhi)比較容易蝕穿。

　　③豎(shu)式列管(guan)(排(pai)管(guan))換熱(re)裝置

　　這種裝置是以列管(guan)形式分組對(dui)稱裝于發酵罐內(nei)。其優點是：加工方(fang)便，適(shi)用于氣(qi)溫較高，水源(yuan)充足的地區。這種裝置的缺點是：傳熱(re)系數較蛇管(guan)低，用水量較大。

　　　　　　
六、發酵罐技術(shu)參數

七、發酵(jiao)罐質量標準

　　設計、制造、檢驗、驗收執行：
　　1、《中華(hua)人民共(gong)和國特(te)種設備安(an)全(quan)法》
　　2、SFDA 《藥品生產質量管理(li)規范(fan)》
　　3、TSG21—2016《固定式壓力容(rong)器(qi)安(an)全(quan)技術監察規程(cheng)》
　　4、GB150—2011《壓力容器》
　　5、NB/T47015—2011《壓力容器焊接規(gui)程》
　　6、NB/T47013—2015《承(cheng)壓設備無(wu)損檢測》
　　7、HG/T20584—2011《鋼制(zhi)化工(gong)容器制(zhi)造技術要求(qiu)》