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發(fā)酵罐的操作使用優(yōu)勢(shì)及機(jī)械方面使用操作
發(fā)酵罐也是應(yīng)用廣泛的生物反應(yīng)設(shè)備。這類反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。氣升式反應(yīng)器有多種類型，常見(jiàn)的有氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等，生物工業(yè)已經(jīng)大量應(yīng)用的氣升式發(fā)酵罐有氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐。
而發(fā)酵罐則是原始的通氣發(fā)酵罐，當(dāng)然鼓泡式反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有設(shè)置導(dǎo)流筒，故未控制液體的主體定向流動(dòng)?，F(xiàn)以氣升環(huán)流式反應(yīng)器為例說(shuō)明其工作原理。前面已經(jīng)簡(jiǎn)單提到氣升環(huán)式反應(yīng)器的特點(diǎn)，由于氣升環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有攪拌器，并且有定向循環(huán)流動(dòng)，故具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，下面具體說(shuō)明。
1、反應(yīng)溶液分布均勻：氣液固三相的均勻混合與溶液成分的混合分散良好是生物反應(yīng)器的普遍要求，因其流動(dòng)、混合與停留時(shí)間分布均受到影響。對(duì)許多間歇或連續(xù)加料的通氣發(fā)酵，基質(zhì)和溶氧盡可能均勻分散，以保證其基質(zhì)在發(fā)酵罐內(nèi)各處的濃度都落在0.1％～1％范圍內(nèi)，溶解氧為10％一30％。這對(duì)需氧生物細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)物生成有利。此外，還需避免發(fā)酵罐液面生成穩(wěn)定的泡沫層，以免生物細(xì)胞積聚于上而受損害甚至死亡。還有培養(yǎng)基成分尤其是有淀粉類易沉降的顆粒物料，更應(yīng)能懸浮分散。氣升環(huán)流反應(yīng)器能很好地滿足這些要求。
2、較高的溶氧速率和溶氧效率：氣升式反應(yīng)器有較高的氣含率和比氣液接觸介面，因而有高傳質(zhì)速率和溶氧效率，體積溶氧效率通常比機(jī)械攪拌罐高，kLd可達(dá)2000h，且溶氧功耗相對(duì)低。
3、剪切力小，對(duì)生物細(xì)胞損傷?。河捎跉馍椒磻?yīng)器沒(méi)有機(jī)械攪拌葉輪，故對(duì)細(xì)胞的剪切損傷可減至低，尤其適合植物細(xì)胞及組織的培養(yǎng)。
4、傳熱良好：好氣發(fā)酵均產(chǎn)生大量的發(fā)酵熱，如酵母培養(yǎng)旺盛期發(fā)酵熱高達(dá)3.0～4.0×105kJ／(m.h)，而傳熱溫差則只有幾度(℃)，尤其夏季，若使用非冷凍水，則只有3-10℃左右，故需很大的換熱面積與傳熱系數(shù)。發(fā)酵罐因液體綜合循環(huán)速率高，同時(shí)便于在外循環(huán)管路上加裝換熱器，以保證除去發(fā)酵熱以控制適宜的發(fā)酵溫度。
滅菌時(shí)至少要求兩人在場(chǎng)，一人負(fù)責(zé)操作各種閥門(mén)，另一人負(fù)責(zé)觀察報(bào)告各項(xiàng)參數(shù)。確認(rèn)各閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)后，打開(kāi)蒸汽發(fā)生器進(jìn)水閥，啟動(dòng)蒸氣發(fā)生器，蒸氣發(fā)生器開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)水，此時(shí)應(yīng)打開(kāi)蒸氣發(fā)生器下部的排水閥，盡量放去水銹后關(guān)閉排水閥。注意觀察蒸汽發(fā)生器內(nèi)水量液位，防止事故。此時(shí)*打開(kāi)夾套出氣閥閥門(mén)，緩慢打開(kāi)蒸汽發(fā)生器總閥門(mén)，緩慢部分打開(kāi)夾套進(jìn)氣閥，開(kāi)始對(duì)夾套通入水蒸氣。開(kāi)始時(shí)可能蒸汽壓力不穩(wěn)，壓力表指針劇烈擺動(dòng)，可以適當(dāng)關(guān)小夾套進(jìn)氣閥，然后依次打開(kāi)取樣閥出蒸汽閥，取樣閥進(jìn)蒸汽閥，底閥出蒸汽閥，底閥進(jìn)蒸汽閥，對(duì)取樣閥和底閥滅菌，同時(shí)排盡壓力不穩(wěn)的水蒸氣。水蒸氣壓力不劇烈變化時(shí)再依次關(guān)閉、底閥出氣閥。罐內(nèi)溫度逐漸上升，至所設(shè)置90°溫度時(shí)，攪拌電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)打開(kāi)罐體總進(jìn)氣閥，打開(kāi)罐體出氣管閥，依次打開(kāi)以下閥門(mén)：打開(kāi)出氣調(diào)節(jié)閥，緩慢打開(kāi)罐體進(jìn)蒸汽閥對(duì)罐內(nèi)通入蒸汽，
空氣濾器表壓開(kāi)始上升，超過(guò)0.1MP時(shí)打開(kāi)冷凝水閥門(mén)疏水，繼續(xù)開(kāi)大罐體進(jìn)蒸汽閥，除盡罐內(nèi)空氣后，罐內(nèi)壓緩慢上升，調(diào)整出氣調(diào)節(jié)閥，使之達(dá)到滅菌所要求溫度壓力，達(dá)到滅菌溫度時(shí)計(jì)時(shí)開(kāi)始。調(diào)整夾套進(jìn)氣閥、罐體進(jìn)蒸汽閥和出氣調(diào)節(jié)閥，使溫度、罐壓保持所設(shè)溫度。滅菌時(shí)間到后，依次關(guān)閉已開(kāi)的各進(jìn)汽閥門(mén)，關(guān)閉蒸汽總閥門(mén)，*放開(kāi)罐內(nèi)尾氣排氣閥放掉罐內(nèi)壓力，關(guān)閉蒸汽發(fā)生器電源。打開(kāi)空氣壓縮機(jī)，等罐壓降至0.05MP時(shí)，緩慢打開(kāi)進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，維持罐內(nèi)正壓。滅菌過(guò)程中，操作員應(yīng)穿長(zhǎng)衣長(zhǎng)褲，帶防護(hù)手套，防止?fàn)C傷。滅菌過(guò)程中如果蒸汽發(fā)生器自動(dòng)進(jìn)水，蒸汽總壓將迅速下降，必要時(shí)可以適當(dāng)開(kāi)大蒸汽總閥門(mén)，保持壓力，但要小心觀察壓力變化。對(duì)罐內(nèi)通蒸汽時(shí)，滅菌后罐壓下降較快，注意通無(wú)菌空氣時(shí)機(jī)。盡量不要使空氣壓縮機(jī)和蒸汽發(fā)生器同時(shí)工作。滅菌過(guò)程中空氣濾器壓力不應(yīng)超過(guò)0.2MP。冷凝水的大小將影響罐內(nèi)液體滅菌后濃度，要考慮蒸汽冷凝水增加量。
控制進(jìn)氣閥排氣閥的大小可以調(diào)整通氣量和罐壓，控制攪拌轉(zhuǎn)數(shù)使發(fā)酵溶氧滿足工藝要求。發(fā)酵時(shí)打開(kāi)罐體進(jìn)水總閥，打開(kāi)夾套出水閥和夾套進(jìn)水閥，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)通過(guò)控制夾套水溫控制發(fā)酵溫度。由于罐內(nèi)正壓，接菌時(shí)關(guān)小進(jìn)氣閥，適當(dāng)降低罐壓至0.01—0.02MP，用火焰圈保護(hù)將接種口快速打開(kāi)（防止氣流將火焰熄滅），接種后快速關(guān)閉接種口。將補(bǔ)料系統(tǒng)的各個(gè)瓶及附屬膠管滅菌后聯(lián)入主機(jī)（注意方向），在火焰圈保護(hù)下刺破硅膠墊，安裝好補(bǔ)料系統(tǒng)。此時(shí)工作站上應(yīng)顯示有系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。注意做好參數(shù)記錄工作。
發(fā)酵進(jìn)行到后期時(shí)，可能會(huì)有菌體堵塞出氣管，現(xiàn)象為通氣量下降，罐壓略有增高。此時(shí)人為左右旋轉(zhuǎn)出氣閥，可以使堵塞緩解