发酵设备知识.doc

发 酵 设备一、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2.54 ）（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 34kg/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2.54。（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23mm。（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20m3，30m3，5060m3，75m3，150m3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（0.10.12）D；装设46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1020mm。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25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45 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，121，2030min。（从80100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3738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 50L7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