發酵罐設備結構分析與應用

結構分析

• 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、雙層或三層夾套設計，夾套用于控溫，通入熱水、冷水或蒸汽維持微生物生長的最佳溫度。

• 攪拌系統：包含攪拌槳、攪拌軸、聯軸器、電機及變速器等。攪拌槳形式多樣，如平葉、彎葉、箭葉渦輪式、推進式等，不同形狀的槳葉產生的攪拌效果不同，以滿足各類發酵需求。通過攪拌，實現物料混合、溶氧傳遞、熱量分布均勻，防止微生物沉降、物料分層，保障發酵均一性。

• 通氣系統：由空氣過濾器、通氣管道、分布器構成。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；通氣管道將無菌空氣引入罐內；分布器如環形管、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：除夾套外，還配有溫度傳感器、控制器。傳感器實時監測罐內溫度，傳至控制器，與設定值比對后，控制器調控夾套中加熱或冷卻介質流量，精準控溫，精度可達 ±0.5 - 1℃。

• 消泡系統：發酵易產泡沫，消泡裝置有機械消泡（消泡槳）和化學消泡（添加消泡劑）。消泡槳安裝在攪拌軸上，隨攪拌轉動打碎泡沫；化學消泡是在泡沫過量時，從罐頂消泡劑添加口注入適量消泡劑。

• 進出料口及管道系統：罐體頂部設進料口，連接物料輸送管道，底部或側面有出料口，配閥門便于放料。管道材質依物料特性、發酵要求選不銹鋼、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。

材質選擇

• 接觸物料部分多采用 304、316 等不銹鋼，具優良耐腐蝕性、強度高、易清潔，能耐受發酵過程酸堿環境與反復清洗滅菌。非關鍵部件或外部支撐結構，在滿足強度下，可選碳鋼等成本較低材料，降低設備成本。

類型特點

• 機械攪拌式發酵罐：應用廣，攪拌充分、溶氧效果好、傳質傳熱佳，適用于抗生素、氨基酸、酶制劑等需高溶氧、混合精細的發酵；但能耗大，機械部件維修復雜，長期運行成本高。

• 氣升式發酵罐：靠通入氣體形成環流實現混合、傳質，結構簡單，無機械攪拌部件，能耗低、剪切力小，利于對剪切敏感微生物，常用于單細胞蛋白、有機酸發酵；缺點是溶氧調控較難，對通氣量要求高。

• 自吸式發酵罐：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

• 滅菌系統：多采用蒸汽濕熱滅菌，有連消塔 - 噴射器、分批滅菌鍋等設備與發酵罐連接，對罐體、管道、培養基等滅菌，防止雜菌污染。

• 冷卻系統：包含冷水機組、冷卻塔、循環泵等，為夾套提供穩定冷水，帶走發酵熱，維持溫度，冷卻能力依發酵規模、產熱速率配置。

• 檢測與控制系統：除溫度檢測外，還有溶氧、pH 值、壓力、液位等傳感器，數據實時反饋至中控系統，依工藝控制參數自動調節通氣量、攪拌轉速、補料量等，實現自動化精準發酵。

應用領域

• 食品工業：用于酸奶、酒類（啤酒、葡萄酒等）、調味品（醬油、醋）發酵，生產風味、質地產品，滿足消費需求，提升附加值。

• 生物醫藥：是抗生素（青霉素、頭孢菌素）、疫苗、重組蛋白、生物酶等藥品工業化生產關鍵設備，保障藥品供應，推動醫學進步。

• 生物化工：生產有機酸（檸檬酸、乳酸）、氨基酸（谷氨酸、賴氨酸）、生物燃料（乙醇、丁醇）等，部分替代化學合成，具環保、原料可再生優勢。

操作要點

• 設備安裝調試：安裝依說明書進行，保證罐體垂直、部件連接緊密、管道無應力；調試檢查攪拌、通氣、溫控等系統運行，校準傳感器，確保設備穩定運行。

• 接種與培養：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范圍，隨發酵進程按需調整。

• 過程監控與維護：持續監控參數，定期巡檢設備，及時處理泄漏、異常振動、部件磨損等問題，每批次發酵結束全面清洗、滅菌，為下次發酵做準備。