卫生级发酵罐

一、发酵罐概述

发酵一般是指通过对各类微生物(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。

　　二、发酵罐产品主要用途

用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好氧发酵(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。

三、发酵罐的分类

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，分为好氧型发酵罐和厌气氧型发酵灌。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。

四、发酵罐结构特征
　　1、发酵罐罐体材质均采用高级不锈钢材质，内外表面均采用抛光处理，抛光精度Ra0.4,可防止物料粘壁，且易清洗；
　　2、搅拌系统采用三层六平叶发酵专用标准桨，无级调速，可实现发酵搅拌过程全自动控制；
　　3、发酵罐采用在位高温蒸汽灭菌，灭菌过程可实现自动控制，灭菌温度精确；
　　4、瑞士梅特勒PH电极及屏蔽导线，范围在2~12PH，控制精度为±0.02PH；
　　5、自动检测泡沫，可添加消泡剂，灵敏度为100~10000；空气流量控制可采用转子流量计手动调节，范围为0~5000L/min；
　　6、补料系统可通过蠕动泵自动流加，范围为0~5L/min,控制精度±2%。

五、发酵罐结构产品组成

　　(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，一般用机械式密封。

　　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。

　　　　　　
六、发酵罐技术参数

七、发酵罐质量标准

　　设计、制造、检验、验收执行：
　　1、《中华人民共和国特种设备安全法》
　　2、SFDA 《药品生产质量管理规范》
　　3、TSG21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》
　　4、GB150—2011《压力容器》
　　5、NB/T47015—2011《压力容器焊接规程》
　　6、NB/T47013—2015《承压设备无损检测》
　　7、HG/T20584—2011《钢制化工容器制造技术要求》