蒸汽灭菌发酵罐

　　一、蒸汽灭菌发酵罐的定义：

　　蒸汽灭菌发酵罐就是常说的生物反应器，是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，蒸汽灭菌发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统; 不锈钢发酵罐是为发酵生产中的重要设备，是化工、食品等行业发酵制品*的设备。平时说的发酵主要是指工业发酵，泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气(有氧)培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。因此，发酵罐也就是生物发酵反应的场所。

　　二、蒸汽灭菌发酵罐的组成：

　　蒸汽灭菌发酵罐的种类很多，常见的有(1)机械搅拌发酵罐(2)气升式发酵罐(3)自吸式发酵罐(4)伍式发酵罐(5)文氏管发酵罐。机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂常用类型。机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，其主要部件包括：罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等。

　　(1)罐体：发酵罐的罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐配备快开人孔及清洗用的快开手孔。罐顶还装有视镜及灯镜。在发酵罐的罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表、安全阀等接管。在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和pH、DO电极接口。

　　(2)罐体的尺寸比例：罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7~4左右。发酵罐通常装有两组搅拌器，，大型发酵罐以及高径比大的，可安装三组或三组以上的搅拌器。

　　(3)搅拌器： 搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。搅拌器有轴向式(桨叶式、螺旋式)和径向式(涡轮式：平直叶、弯叶、箭叶)两种。

　　(4)挡板：挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。发酵罐一般设置4-6块挡板。

　　(5)消泡器：消泡器的作用是将泡沫打破。消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。消泡器的长度约为罐径的0.65倍。

　　(6)联轴器：大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。

　　(7)轴承：为了减少震动，中型发酵罐—般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)，轴瓦与 轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7%。为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。

　　(8)变速装置：试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。

　　(9)轴封：轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。

　　(10)发酵罐的换热装置：①夹套式换热装置 ：这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐;夹套的高度比静止液面高度稍高即可。

　　②竖式蛇管换热装置 ：这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，根据管的直径大小而定，容积5 m³ 以上的发酵罐多用这种换热装置。这种装置的优点是：冷却水在管内的流速大;传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发酵温度经常超过40℃， 影响发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，这样就增加了设备投资及生产成本。此外，弯曲位置比较容易蚀穿。 ③竖式列管(排管)换热装置： 这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。其优点是：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区。这种装置的缺点是：传热系数较蛇管低，用水量较大。

　　三、蒸汽灭菌发酵罐的功能：

　　蒸汽灭菌发酵罐具有加热、冷却、灭菌、恒温等功能，能为微生物生长提供一个微环境，即适宜的温度和压力。发酵罐内的介质则为微生物生长提供了微生物生长所需的碳、氮、氧、生长因子、水等。发酵罐罐体主要用来培养发酵各种菌体和发酵各种发酵制品的。发酵罐具有自动控温、自动调节pH、自动记录数据、自动补料等功能，大大简化了操作，减少了染菌的机会，是现代发酵设备的主要生物反应器。

　　四、蒸汽灭菌发酵罐结构特性：

　　(1)蒸汽灭菌发酵罐具有适宜的径高比;发酵罐的高度与直径之比一般为1.7~4倍左右，罐身越长，氧的利用率较高，传热系数越好。

　　(2)蒸汽灭菌发酵罐能承受一定压力，属于压力容器;

　　(3)蒸汽灭菌发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧;

　　(4)蒸汽灭菌发酵罐具有足够的冷却面积;

　　(5)蒸汽灭菌发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能*，避免染菌;

　　(6)搅拌器的轴封严密，以减少泄漏。

　　(7)内罐体镜面抛光Ra≤0.4，卫生*。外罐体2B、拉丝处理。

　　(8)管口采用拉伸翻边工艺圆弧过渡，光滑易清洗*，保证生产过程的可靠性、稳定性、符合GMP 的要求。

　　五、发酵罐的管口配置：

　　蒸汽灭菌发酵罐罐体配有人孔、火焰接种口、进料口、出料口、视镜、射灯、呼吸口、CIP(配卫生万向清洗球)、SIP口、无菌取样口、PH计接口(支持SIP)、DO检测口、温度表、温度传感器、冷热介质进出口等工艺管口。

　　蒸汽灭菌发酵罐设计选型时需明确发酵温度、发酵时间、发酵菌种或者其特性、发酵是否需要自动调节pH、对溶氧的要求、对搅拌的要求、对补料的要求等，详细可电询。