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技術(shù)文章

發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用

閱讀:208          發(fā)布時間:2025-4-18

發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用

發(fā)酵罐是工業(yè)發(fā)酵過程中的核心設(shè)備,為微生物生長和代謝產(chǎn)物生成提供適宜環(huán)境,以下從結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、類型、配套系統(tǒng)、應(yīng)用領(lǐng)域及操作要點幾方面詳細(xì)介紹:


結(jié)構(gòu)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(shè)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(tǒng):包含攪拌槳、攪拌軸、聯(lián)軸器、電機(jī)及變速器等。攪拌槳形式多樣,如平葉、彎葉、箭葉渦輪式、推進(jìn)式等,不同形狀的槳葉產(chǎn)生的攪拌效果不同,以滿足各類發(fā)酵需求。通過攪拌,實現(xiàn)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(fā)酵均一性。

  • 通氣系統(tǒng):由空氣過濾器、通氣管道、分布器構(gòu)成??諝膺^濾器確保通入的空氣無菌,多采用深層過濾、膜過濾技術(shù);通氣管道將無菌空氣引入罐內(nèi);分布器如環(huán)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(tǒng):除夾套外,還配有溫度傳感器、控制器。傳感器實時監(jiān)測罐內(nèi)溫度,傳至控制器,與設(shè)定值比對后,控制器調(diào)控夾套中加熱或冷卻介質(zhì)流量,精準(zhǔn)控溫,精度可達(dá) ±0.5 - 1℃。

  • 消泡系統(tǒng):發(fā)酵易產(chǎn)泡沫,消泡裝置有機(jī)械消泡(消泡槳)和化學(xué)消泡(添加消泡劑)。消泡槳安裝在攪拌軸上,隨攪拌轉(zhuǎn)動打碎泡沫;化學(xué)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(jìn)出料口及管道系統(tǒng):罐體頂部設(shè)進(jìn)料口,連接物料輸送管道,底部或側(cè)面有出料口,配閥門便于放料。管道材質(zhì)依物料特性、發(fā)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(zhì)選擇

  • 接觸物料部分多采用 304、316 等不銹鋼,具優(yōu)良耐腐蝕性、強(qiáng)度高、易清潔,能耐受發(fā)酵過程酸堿環(huán)境與反復(fù)清洗滅菌。非關(guān)鍵部件或外部支撐結(jié)構(gòu),在滿足強(qiáng)度下,可選碳鋼等成本較低材料,降低設(shè)備成本。


類型特點

  • 機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐:應(yīng)用廣,攪拌充分、溶氧效果好、傳質(zhì)傳熱佳,適用于抗生素、氨基酸、酶制劑等需高溶氧、混合精細(xì)的發(fā)酵;但能耗大,機(jī)械部件維修復(fù)雜,長期運(yùn)行成本高。

  • 氣升式發(fā)酵罐:靠通入氣體形成環(huán)流實現(xiàn)混合、傳質(zhì),結(jié)構(gòu)簡單,無機(jī)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(xì)胞蛋白、有機(jī)酸發(fā)酵;缺點是溶氧調(diào)控較難,對通氣量要求高。

  • 自吸式發(fā)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(jié)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(tǒng)

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

  • 冷卻系統(tǒng):包含冷水機(jī)組、冷卻塔、循環(huán)泵等,為夾套提供穩(wěn)定冷水,帶走發(fā)酵熱,維持溫度,冷卻能力依發(fā)酵規(guī)模、產(chǎn)熱速率配置。

  • 檢測與控制系統(tǒng):除溫度檢測外,還有溶氧、pH 值、壓力、液位等傳感器,數(shù)據(jù)實時反饋至中控系統(tǒng),依工藝控制參數(shù)自動調(diào)節(jié)通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、補(bǔ)料量等,實現(xiàn)自動化精準(zhǔn)發(fā)酵。


應(yīng)用領(lǐng)域

  • 食品工業(yè):用于酸奶、酒類(啤酒、葡萄酒等)、調(diào)味品(醬油、醋)發(fā)酵,生產(chǎn)風(fēng)味、質(zhì)地產(chǎn)品,滿足消費(fèi)需求,提升附加值。

  • 生物醫(yī)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(yè)化生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備,保障藥品供應(yīng),推動醫(yī)學(xué)進(jìn)步。

  • 生物化工:生產(chǎn)有機(jī)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(xué)合成,具環(huán)保、原料可再生優(yōu)勢。


操作要點

  • 設(shè)備安裝調(diào)試:安裝依說明書進(jìn)行,保證罐體垂直、部件連接緊密、管道無應(yīng)力;調(diào)試檢查攪拌、通氣、溫控等系統(tǒng)運(yùn)行,校準(zhǔn)傳感器,確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

  • 接種與培養(yǎng):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(fā)酵進(jìn)程按需調(diào)整。

  • 過程監(jiān)控與維護(hù):持續(xù)監(jiān)控參數(shù),定期巡檢設(shè)備,及時處理泄漏、異常振動、部件磨損等問題,每批次發(fā)酵結(jié)束全面清洗、滅菌,為下次發(fā)酵做準(zhǔn)備。


發(fā)酵罐設(shè)備結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用

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