发酵罐设备结构分析与应用

结构分析

• 罐体：主体部分，通常为圆柱形容器，底部呈碟形或锥形。圆柱形状利于均匀受力，碟形或锥形底方便排料与清洗，还能避免物料堆积。罐体有单层、双层或三层夹套设计，夹套用于控温，通入热水、冷水或蒸汽维持微生物生长的最佳温度。

• 搅拌系统：包含搅拌桨、搅拌轴、联轴器、电机及变速器等。搅拌桨形式多样，如平叶、弯叶、箭叶涡轮式、推进式等，不同形状的桨叶产生的搅拌效果不同，以满足各类发酵需求。通过搅拌，实现物料混合、溶氧传递、热量分布均匀，防止微生物沉降、物料分层，保障发酵均一性。

• 通气系统：由空气过滤器、通气管道、分布器构成。空气过滤器确保通入的空气无菌，多采用深层过滤、膜过滤技术；通气管道将无菌空气引入罐内；分布器如环形管、单孔或多孔管，位于罐底部，作用是把空气分散成微小气泡，增大气液接触面积，提升溶氧效率。

• 温度控制系统：除夹套外，还配有温度传感器、控制器。传感器实时监测罐内温度，传至控制器，与设定值比对后，控制器调控夹套中加热或冷却介质流量，精准控温，精度可达 ±0.5 - 1℃。

• 消泡系统：发酵易产泡沫，消泡装置有机械消泡（消泡桨）和化学消泡（添加消泡剂）。消泡桨安装在搅拌轴上，随搅拌转动打碎泡沫；化学消泡是在泡沫过量时，从罐顶消泡剂添加口注入适量消泡剂。

• 进出料口及管道系统：罐体顶部设进料口，连接物料输送管道，底部或侧面有出料口，配阀门便于放料。管道材质依物料特性、发酵要求选不锈钢、塑料等，要确保密封、无泄漏，管道布局兼顾操作便利性与清洁要求。

材质选择

• 接触物料部分多采用 304、316 等不锈钢，具优良耐腐蚀性、强度高、易清洁，能耐受发酵过程酸碱环境与反复清洗灭菌。非关键部件或外部支撑结构，在满足强度下，可选碳钢等成本较低材料，降低设备成本。

类型特点

• 机械搅拌式发酵罐：应用广，搅拌充分、溶氧效果好、传质传热佳，适用于抗生素、氨基酸、酶制剂等需高溶氧、混合精细的发酵；但能耗大，机械部件维修复杂，长期运行成本高。

• 气升式发酵罐：靠通入气体形成环流实现混合、传质，结构简单，无机械搅拌部件，能耗低、剪切力小，利于对剪切敏感微生物，常用于单细胞蛋白、有机酸发酵；缺点是溶氧调控较难，对通气量要求高。

• 自吸式发酵罐：利用特殊搅拌吸气装置，从罐外吸入空气，兼具搅拌与通气功能，节能、溶氧速率快，可减少空气净化成本；不过自吸装置加工精度高，易堵塞损坏，不适用于高黏度物料。

配套系统

• 灭菌系统：多采用蒸汽湿热灭菌，有连消塔 - 喷射器、分批灭菌锅等设备与发酵罐连接，对罐体、管道、培养基等灭菌，防止杂菌污染。

• 冷却系统：包含冷水机组、冷却塔、循环泵等，为夹套提供稳定冷水，带走发酵热，维持温度，冷却能力依发酵规模、产热速率配置。

• 检测与控制系统：除温度检测外，还有溶氧、pH 值、压力、液位等传感器，数据实时反馈至中控系统，依工艺控制参数自动调节通气量、搅拌转速、补料量等，实现自动化精准发酵。

应用领域

• 食品工业：用于酸奶、酒类（啤酒、葡萄酒等）、调味品（酱油、醋）发酵，生产风味、质地产品，满足消费需求，提升附加值。

• 生物医药：是抗生素（青霉素、头孢菌素）、疫苗、重组蛋白、生物酶等药品工业化生产关键设备，保障药品供应，推动医学进步。

• 生物化工：生产有机酸（柠檬酸、乳酸）、氨基酸（谷氨酸、赖氨酸）、生物燃料（乙醇、丁醇）等，部分替代化学合成，具环保、原料可再生优势。

操作要点

• 设备安装调试：安装依说明书进行，保证罐体垂直、部件连接紧密、管道无应力；调试检查搅拌、通气、温控等系统运行，校准传感器，确保设备稳定运行。

• 接种与培养：接种采用火焰接种、压差接种等无菌方式，初期控温、搅拌、通气在适宜微生物生长范围，随发酵进程按需调整。

• 过程监控与维护：持续监控参数，定期巡检设备，及时处理泄漏、异常振动、部件磨损等问题，每批次发酵结束全面清洗、灭菌，为下次发酵做准备。