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发酵罐

详细介绍

发酵是通过微生物(或动植物细胞)的生长培养和化学变化,大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。因此发酵罐就是为微生物的发酵过程完成提供场合和条件的罐。发酵罐根据发酵的产品或发酵的菌种或发酵形式等的不同,常见的有机械通风发酵罐、厌氧发酵罐、固体发酵罐、液体发酵罐、全自动发酵罐发酵罐、不锈钢发酵罐、菌种发酵罐、小型发酵罐、啤酒发酵罐、葡萄酒发酵罐、食用菌发酵罐、二联发酵罐、三联发酵罐等。 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适宜的发酵环境,即适宜的温度和压力、营养。发酵罐内的培养基则为微生物生长提供了所需的碳、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。


发酵罐成品图

二、发酵罐用途

    用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气,并为考虑通入空气的利用率,故在发酵罐结构上较为复杂,常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。乳制品、酒类发酵过程是一个无菌、无污染的过程,发酵罐采用了无菌系统,避免和防止了空气中微生物的污染,大大延长了产品的保质期和产品的纯正,罐体上特别设计安装了无菌呼吸气孔或无菌正压发酵系统。罐体上设有米洛板或迷宫式夹套,可通入加热或冷却介质来进行循环加热或冷却。发酵罐的容量由300-15000L多种不同规格。发酵罐按使用范围可分为实验室小型发酵罐、中试生产发酵罐、大型发酵罐等。发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业,罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头(或锥形)均采用旋压R角加工,罐内壁经镜面抛光处理,无卫生死角,而全封闭设计确保物料始终处一无污染的状态下混合、发酵,设备配备空气呼吸孔,CIP清洗喷头,人孔等装置。发酵罐的分类:按照发酵罐的设备,分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐;按照微生物的生长代谢需要,分为好气型发酵罐和厌气型发酵灌。发酵罐是一种对物料进行机械搅拌与发酵的设备。该设备采用内循环方式,用搅拌桨分散和打碎气泡,它溶氧速率高,混合效果好。罐体采用SUS304或316L进口不锈钢,罐内配有自动喷淋清洗机头,确保生产过程符合GMP要求。

发酵罐种子罐

三、发酵罐的组成结构

(1)罐体

    发酵罐的罐体由筒体及椭圆形或碟形封头焊接而成,小型发酵罐封头和筒体采用法兰连接。罐顶装有视镜及灯镜,方便观察罐内发酵状态。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、温度计管和测控仪表接口。

(2)罐体的尺寸比例

    罐体各部分的尺寸有一定的比例,发酵罐一般由于发酵的特殊需要一般为细长型,高度与直径之比一般为1.7~2.5左右。

(3)搅拌器

    发酵罐通常装有两组搅拌器,两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的三倍。对于大型发酵罐以及液体深度HL较高的,可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好,与罐底的距离C一般等于搅拌器直径Di,但也不宜小于0.8Di,否则会影响液体的循环。

轴向式搅拌器:桨叶式、螺旋桨式

径向式(涡轮式)搅拌器(Disc turbine):平直叶、弯叶、箭叶

(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。

全挡板条件:是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求:

(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。

①填料函式轴封是由填料箱体,填料底衬套,填料压盖和压紧螺栓等零件构成,使旋转轴达到密封的效果。

    填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是:死角多,很难彻底灭菌,容易渗漏及染菌;轴的磨损情况较严重;填料压紧后摩擦功率消耗大;寿命短,经常维修,耗工时多。

②端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合,并作相对转动而达到密封。

(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;夹套的高度比静止液面高度稍高即可。这种装置的优点是:结构简单;加工容易,罐内无冷却设备,死角少,容易进行清洁灭菌工作,有利于发酵。其缺点 是:传热壁较厚,冷却水流速低,发酵时降温效果差。

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 立方米 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。

发酵罐设备图

四、发酵罐特性

1.可在线CIP清洗、SIP灭菌(121°C/0.1MPa)。

2.按照卫生级要求设计,结构设计极具人性化,操作方便。传动平稳,噪音低。

3.适宜的径高比设计,按需定制搅拌装置,节能,搅拌、发酵效果好。

4.内罐体表面镜面抛光处理(粗糙度Ra≤0.4?m);各进出管口、视镜、人孔等工艺开孔与内罐体焊接处均采用拉伸翻边工艺圆弧过渡,光滑易清洗无死角,保证生产过程的可靠性、稳定性,符合“cGMP”等规范要求。

五、发酵罐的参数选型:

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