发 酵 设备
教学目的：1、了解发酵设备的种类；2、掌握通气式机械搅拌发酵罐的结构；3、掌握通气式机械搅拌发酵罐的相关操作。
教学方法：讲授教学手段：使用多媒体课件教学内容：
一、生物工艺实验室包括：
无菌室（接种操作）、准备室（菌种培养等）、湿地板区（发酵）、通用实验区（配制培养基等）、分析区（发酵液的分析）。
二、通用式机械搅拌发酵罐
1、发酵罐的基本条件：
（1）发酵罐应具有适宜的径高比（高/径比约为2.5～4 ）
（2）结构严密，耐腐蚀，光滑，附件少，无死角，可反复灭菌，脱落的金属要少
（3）要有良好的气-液、液-固混合性能（使细胞能获得营养）
（4）要尽量少的搅拌和通气的动力消耗
（5）良好的热交换性能，足够的冷却面积
（6）良好的消泡性能
（7）有必要、可靠的检测控制性能
（8）耐压，4.5kg/cm2（蒸气压一般 3～4kg/cm2）
2、发酵罐罐体的尺寸比例
（1）罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。
（2）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3倍。
（3）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桨叶。
（4）最下面一组搅拌器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D，不宜小于0.8D，否则会影响液体的循环。
3,罐体
（1）罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢厚度为2～3mm。
（2）为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，通常灭菌压力为0.25MPa。
（3）生产用的发酵罐容积有20m3，30m3，50～60m3，75m3，150m3以至500m3。
（4）罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。
（5）小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，为了便于清洗，小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐装设有快开人孔。
（6）罐顶装有视镜及灯镜、进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管，排气管尽可能靠近罐顶中心位置。
（7）罐身上有冷却水进出管、进空气管、温度计管和测检仪表接口。
取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
（8）在罐体上的管路越少越好，进料口、补料口和接种口可合为一个接管口。放料可利用通风管压出。
2,搅拌器和挡板
（1）搅拌器搅拌的作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率；使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。
搅拌叶的类型：
螺旋桨式——混和性能不太好极式——阻力大，能耗大弯叶式——阻力比极式小，功率比较大箭叶式——径向流动好，能耗小（培养液翻腾剧烈）
栅式——提高高粘度发酵液的溶解氧
（2）挡板挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。
挡板宽度约为（0.1～0.12）D；
装设4～6块挡板，可满足全挡板条件。
竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；
挡板的长度自液面起至罐底为止。
挡板与罐壁之间的距离为（1/5 ～1/8）D。
全挡板条件——在一定转速下，再在搅拌罐内增加挡板或其他附件，搅拌功率仍保持不变而漩涡基本消失。能达到消除液面漩涡的最低条件即全挡板条件。
3、消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式等；
孔板式的孔径约10～20mm。
消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
4、轴封轴封的作用是防止泄漏和染菌。
常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
（1）端面轴封作用：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表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。
优点：清洁；密封可靠，使用时间较长，不会泄漏；无死角，可防止杂菌污染；寿命长，质量好的2～5年不需修理；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；对轴的震动敏感性小。
（2）填料函
5、仪表
（1）压力表
（2）温度计
（3）流量计三、发酵罐的灭菌
1、（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。
2、当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。
（从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，到计时25min时立即关掉蒸气阀。）
3、关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。
（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。
注意事项：升温降温时注意缓冲性；灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染；冬天温度低、散热快，低于30℃需加温，加温时蒸气由下进入、从上而出，；微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温，冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关；小型罐 50L～7吨用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）。
四、发酵罐的管路和死角的消除
1、尽量减少管路单罐：
发酵罐的出口越少越好；
出料口和进气管可以合并；
接种管、消泡管、补料管可以合并；
排气管不能合并，易引起交叉污染。
多罐：
出料前后都要消毒，用活（流动）蒸气消毒；
出料管不能合并。
2、消灭死角丝口连接处改用法兰连接；
焊接部位选用鱼鳞焊；
管道转弯有弧度；
放料管、取料管的阀腔处装小阀。
3、消灭渗漏罐体穿孔-不锈钢；
冷却管产生裂缝-定期更换；
垫圈（法兰连接）松脱-拧紧；
轴封渗漏-轴绝对垂直；
焊缝渗漏；
阀杆。
五、发酵罐的管道布置
1、保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）
2、避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）
3、灭菌后的管道用无菌空气保压
4、单向阀位置正确
5、蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀
6、相邻罐不联通六、发酵罐的一些操作
1、接种
（1）火圈直接倒种法
（2）注射器接种法
（3）压力差接种法接种口用火圈杀菌；
橡胶口在火圈上过一下，套入接种口；
进气阀打开，排气阀关闭，罐内和种子瓶同时升压至1kg/cm2；
关闭发酵罐和种子瓶之间的阀门，打开发酵罐排气阀，罐内压力下降至0.5kg/cm2，倒置种子瓶，打开发酵罐和种子瓶之间的阀门，瓶内种子液进入罐内；
一次没有接完再重复。
注意事项：接种瓶密封、耐高压；接种瓶口要旋紧、塞子塞紧，防止漏气染菌；进气口压力表一定不能超过1kg/cm2（否则接种瓶会爆炸）；一次接不完反复两三次直至全部种子液接入罐内为止。
2、移种（种子罐→发酵罐）
（1）移种管灭菌：进入罐的管道阀门要关好，移种管中压力>2kg/cm2，灭菌15min，关蒸气
（2）种子罐上进气阀打开，排气阀关闭，压力升至2kg/cm2
（3）发酵罐中保持正压，比空气高一点，排气阀打开，进气阀关小，压力降至0.5kg/cm2
（4）打开通向罐的阀门，两罐相通，因压力差，菌液进入发酵罐
（5）关掉通向罐的两个阀门，移种管灭菌
3、取样
4、进料和出料发酵罐上的人孔用于加料和维修；
出料管可以和进气管合并；
一般装料系数为0.6，占罐总体积的2/3。
教学目的：1、了解发酵设备的种类；2、掌握通气式机械搅拌发酵罐的结构；3、掌握通气式机械搅拌发酵罐的相关操作。
教学方法：讲授教学手段：使用多媒体课件教学内容：
一、生物工艺实验室包括：
无菌室（接种操作）、准备室（菌种培养等）、湿地板区（发酵）、通用实验区（配制培养基等）、分析区（发酵液的分析）。
二、通用式机械搅拌发酵罐
1、发酵罐的基本条件：
（1）发酵罐应具有适宜的径高比（高/径比约为2.5～4 ）
（2）结构严密，耐腐蚀，光滑，附件少，无死角，可反复灭菌，脱落的金属要少
（3）要有良好的气-液、液-固混合性能（使细胞能获得营养）
（4）要尽量少的搅拌和通气的动力消耗
（5）良好的热交换性能，足够的冷却面积
（6）良好的消泡性能
（7）有必要、可靠的检测控制性能
（8）耐压，4.5kg/cm2（蒸气压一般 3～4kg/cm2）
2、发酵罐罐体的尺寸比例
（1）罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。
（2）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3倍。
（3）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桨叶。
（4）最下面一组搅拌器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D，不宜小于0.8D，否则会影响液体的循环。
3,罐体
（1）罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢厚度为2～3mm。
（2）为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，通常灭菌压力为0.25MPa。
（3）生产用的发酵罐容积有20m3，30m3，50～60m3，75m3，150m3以至500m3。
（4）罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。
（5）小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，为了便于清洗，小型发酵罐罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐装设有快开人孔。
（6）罐顶装有视镜及灯镜、进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管，排气管尽可能靠近罐顶中心位置。
（7）罐身上有冷却水进出管、进空气管、温度计管和测检仪表接口。
取样管可装在罐侧或罐顶，视操作方便而定。
（8）在罐体上的管路越少越好，进料口、补料口和接种口可合为一个接管口。放料可利用通风管压出。
2,搅拌器和挡板
（1）搅拌器搅拌的作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率；使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。
搅拌叶的类型：
螺旋桨式——混和性能不太好极式——阻力大，能耗大弯叶式——阻力比极式小，功率比较大箭叶式——径向流动好，能耗小（培养液翻腾剧烈）
栅式——提高高粘度发酵液的溶解氧
（2）挡板挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。
挡板宽度约为（0.1～0.12）D；
装设4～6块挡板，可满足全挡板条件。
竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；
挡板的长度自液面起至罐底为止。
挡板与罐壁之间的距离为（1/5 ～1/8）D。
全挡板条件——在一定转速下，再在搅拌罐内增加挡板或其他附件，搅拌功率仍保持不变而漩涡基本消失。能达到消除液面漩涡的最低条件即全挡板条件。
3、消泡器有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式等；
孔板式的孔径约10～20mm。
消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
4、轴封轴封的作用是防止泄漏和染菌。
常用的轴封有填料函和端面轴封两种。
（1）端面轴封作用：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表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。
优点：清洁；密封可靠，使用时间较长，不会泄漏；无死角，可防止杂菌污染；寿命长，质量好的2～5年不需修理；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；对轴的震动敏感性小。
（2）填料函
5、仪表
（1）压力表
（2）温度计
（3）流量计三、发酵罐的灭菌
1、（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。
2、当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。
（从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，到计时25min时立即关掉蒸气阀。）
3、关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。
（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。
注意事项：升温降温时注意缓冲性；灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染；冬天温度低、散热快，低于30℃需加温，加温时蒸气由下进入、从上而出，；微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温，冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关；小型罐 50L～7吨用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）。
四、发酵罐的管路和死角的消除
1、尽量减少管路单罐：
发酵罐的出口越少越好；
出料口和进气管可以合并；
接种管、消泡管、补料管可以合并；
排气管不能合并，易引起交叉污染。
多罐：
出料前后都要消毒，用活（流动）蒸气消毒；
出料管不能合并。
2、消灭死角丝口连接处改用法兰连接；
焊接部位选用鱼鳞焊；
管道转弯有弧度；
放料管、取料管的阀腔处装小阀。
3、消灭渗漏罐体穿孔-不锈钢；
冷却管产生裂缝-定期更换；
垫圈（法兰连接）松脱-拧紧；
轴封渗漏-轴绝对垂直；
焊缝渗漏；
阀杆。
五、发酵罐的管道布置
1、保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）
2、避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）
3、灭菌后的管道用无菌空气保压
4、单向阀位置正确
5、蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀
6、相邻罐不联通六、发酵罐的一些操作
1、接种
（1）火圈直接倒种法
（2）注射器接种法
（3）压力差接种法接种口用火圈杀菌；
橡胶口在火圈上过一下，套入接种口；
进气阀打开，排气阀关闭，罐内和种子瓶同时升压至1kg/cm2；
关闭发酵罐和种子瓶之间的阀门，打开发酵罐排气阀，罐内压力下降至0.5kg/cm2，倒置种子瓶，打开发酵罐和种子瓶之间的阀门，瓶内种子液进入罐内；
一次没有接完再重复。
注意事项：接种瓶密封、耐高压；接种瓶口要旋紧、塞子塞紧，防止漏气染菌；进气口压力表一定不能超过1kg/cm2（否则接种瓶会爆炸）；一次接不完反复两三次直至全部种子液接入罐内为止。
2、移种（种子罐→发酵罐）
（1）移种管灭菌：进入罐的管道阀门要关好，移种管中压力>2kg/cm2，灭菌15min，关蒸气
（2）种子罐上进气阀打开，排气阀关闭，压力升至2kg/cm2
（3）发酵罐中保持正压，比空气高一点，排气阀打开，进气阀关小，压力降至0.5kg/cm2
（4）打开通向罐的阀门，两罐相通，因压力差，菌液进入发酵罐
（5）关掉通向罐的两个阀门，移种管灭菌
3、取样
4、进料和出料发酵罐上的人孔用于加料和维修；
出料管可以和进气管合并；
一般装料系数为0.6，占罐总体积的2/3。
