发酵罐培训材料范文

发酵罐培训材料范文发酵罐培训材料范文 发酵罐培训材料上海世远生物设备工程有限公司制作xx年3月12日联 系人 黄卫云联系电话13611913074目录前言 一 发酵罐发展历史 二 发酵罐简介 三 发酵罐的制造 四 发酵罐的操作 五 发酵罐的维护及保前言发酵罐是提供微生物 基因工程菌 动 植物细胞等生存和代谢的场所 由于微生物有好氧菌和厌氧菌二种 所以发酵罐有好氧发酵罐和厌氧发酵罐 这里主要介绍好氧发酵罐 但在介绍发酵罐发展历史时 仍一并予以叙述 该教材是应华南农业大学使用5L发酵罐而写的 但也可作为使用其 他型号发酵罐人员的培训用 一 发酵罐的发展历史发酵罐的发展是随着发酵产品及发酵工程的 发展而发展起来的 最古老的发酵罐可以追溯到远古时代的酿酒 古人用陶罐酿酒 陶罐即是古老的厌氧发酵罐 若从发酵工业发展历史出发 发酵罐的发展历史可划分为四个阶段第一阶段从1900年以前为第一阶段 此时由于产品仅是酒类及醋 所以大多是厌氧发酵罐 第二阶段从1900年到1940年是第二阶段 此阶段中 酵母 甘油 柠檬酸 乳酸等产品的出现 就有了好氧 发酵罐 第三阶段从1940年到1970年为第三阶段 随着抗生素工业的发展 发酵罐有着飞速的发展 此时发酵罐的放大 以及发酵罐的研制成为主要一环 发酵罐的生产有专业公司进行系列化生产 其容积范围分成三档 实验室规模为1L至50L 中试工厂规模为50L 5000L 生产规模为5000L以上 其中1L至10L罐大多采用玻璃罐结构 多台一起放在实验台上运转 可以较快地获得一组可靠的实验结果 以供发酵罐的放大 当时国际上著名的生产厂商有西德贝朗公司 B Braun 美国N B S New Braunwick ScientificCo Inc 日本丸菱公司 B E Marubishi 第四阶段从1970年至现在二十 世纪七十年代 DNA重组技术的成功标志着现代生物技术的诞生 发酵罐的发展也到了一个新的时代 从九十年代开始 动物细胞罐的开发 更使发酵罐的生产多样化 发酵罐的控制技术也更加高级如在线气体分析仪和在线自动取样分 析装置等 使发酵罐更加完美 我国在发酵罐发展方面走过了曲折的路程 但目前的发展极为迅速 正在迎头赶上世界先进水平 解放前虽然已经有啤酒 乙醇和酵母等传统发酵工业和相应的发酵 罐 但制造水平低 解放后 随着发酵工业的发展 发酵罐生产有了较大发展 但实验室规模的发酵罐均是从国外进口的 二十世纪七十年代开始 上海医药工业研究院 华东化工学院 现华东理工大学 等单位 对10L玻璃罐进行了研制和生产 但质量不佳 1985年开始 华东化工学院接受了国家六五攻关项目 从西德贝朗 公司技术引进系列实验室发酵罐 组装了多台10L和30L发酵罐 其罐体为国内生产 仪表及控制部分为贝朗公司提供 销售后获得了用户的好评 如1988年供上海第二军医大学生产干扰 素用的10L罐 与此同时 在上海市经委的大力支持下 成立了国内第一家生产发 酵罐的公司 上海华东生物技术工程公司 接着该公司接受国家七五攻关项目 完成了实验室发酵罐的国产化 产品供国内大专院校 科研单位和工厂使用 从廿一世纪开始 发酵罐生产发展到了新的阶段 出现了多家生产 系列发酵罐的厂商 随着控制技术和制造技术的发展 国内系列发酵罐的产品质量不断 提高 而且价格低廉 且维修方便 所以具有一定的竞争力 二 发酵罐简介发酵罐是发酵产品生产中的核心设备 它必要满足 以下一些要求结构合理 气密性好 经得起蒸汽的反复灭菌 内壁光滑 内部附件尽可能少 无死角 耐腐蚀性好 以利于灭菌彻底和减少金属离子对发酵的影响 且安全可靠 有良好的气液接触界面 以及液固混合性能 使物质传递有效地进行 因为发酵过程一般是非均相反应 反应过程往往可能被反应底物的扩散速率制约 而不是被反应动力 学所控制 因此必需满足物质传递的要求 在保证发酵要求的前提下 尽可能减少搅拌及通气所消耗的动力 有良好的热量交换性能 能迅速地加入或除去热量 以适应灭菌操作和使发酵在最佳温度下进行 具有必要和可靠的检测和控制装置 使发酵过程达到最佳状态 便于操作和维修对于不同的发酵对象 上述这些要求的重要性并 不完全相同 从而也发展出各种不同类型的发酵罐 发酵罐的种类从发酵罐的结构和原理分类 大致可分为以下几种 通气机械搅拌罐它是最通用的一种发酵罐 使用特别广泛 通气机械搅拌罐通常是一个立式密闭受压容器 使用的空气压力为0 2MPa 在容器顶端或底部安装有搅拌装置 使气 液 固三相能充分混合 它主要由罐体 传动装置 机架和管路系统组成 另外配有多种电极和控制装置 a 罐体发酵罐罐体的尺寸 最重要的是高径比 通常使用的高径比范围在1 7 4 因为高径比愈大 气体在罐内的停留时间愈长 气液接触愈充分 但对搅拌轴的设计要求也高了 搅拌不容易均匀 造价也高 对实验室发酵罐和中试发酵罐的高径比应控制在2 2 5最为适宜 罐体内必要的附件有挡板 空气分布器 取样阀 取样管 和出料阀 出料管 等 金属罐则装有视镜 在顶盖上设有接种口 气体出口冷凝器 消泡电极和三通补料管等 5L和10L玻璃罐的温度电极 pH电极和溶氧电极也插在顶盖上 而金属罐则置于罐的侧面 挡板共四块 均匀分布于罐壁处 但与壁有一定的间隙 这样的放 置是有利于液体和气体及固体的混合 空气分布器是放置于离罐底一定距离的圆环型分布器 在圆环上设计成向下45度角的若干小孔 在圆环两末端设有二个闷头可以拆卸 便于清洗 金属罐体内壁需进行抛光成镜面 没有凹坑 便于清洗和灭菌 对实验室和中试型发酵罐均采用夹套换热 在夹套内设有螺纹导向板 以增加传热效果 图1为本公司生产的SY 3005型发酵罐它的结构是玻璃筒体与不锈钢 底部相结合的一种发酵罐 即透明直观又利于换热均匀 且可就地灭菌 操作方便 b 传动装置机械搅拌罐的传动装置包括搅拌轴 搅拌器 机械密封 密封座 电机座和电机等 搅拌器通常采用涡轮式 平叶 对于生产型发酵罐 为了节约能源 可采用后弯叶片或剪式叶片 对实验型发酵罐 一般采用直流电机驱动 便于调速 而大于100L 的发酵罐都要采用变频电机 c 管路系统为了提供发酵过程需要的上下水 蒸汽和空气 必须要一套完整的管路系统 它是由不锈钢管及各种阀门和管接头 组成的管路 详细介绍参见 发酵罐操作 部分 另外 有关发酵罐测量和控制部分详见 操作说明书 通气机械 发酵罐因其优良的混合性能 通用性好 以及便于逐级放大等优点 已广泛应用于科研开发和生产中 气升式发酵罐气升式发酵罐是LeFranios于1956年首先开发的 最初被用于生产单细胞蛋白 以后逐步推广至某些产品的生产中 如维生素c生产过程中所用的气升式发酵罐达200立方米 十九世纪九十年代后又使用于培养动 植物细胞 气升式发酵罐有两种构型 一种是内循环式 另外一种是外循环式 而内循环式应用较广 图2为本公司生产的30L气升式发酵罐 图230L气升式发酵罐在圆形罐体 适宜的高径比为6 10 内置有一 导流筒 在底部设有气体分布器 此分布器可以装在导流筒内 也可装在环隙间 通常在罐顶有一个扩大区 以利于气液分离 图2中的分布器是装在导流筒内的 所以通气后就形成一个从导流筒 内循环到环隙的气液混合流 因为在导流筒内的液体比重小于循环到环隙的液体比重 从而是气 液的混合均匀 循环速度决定于通气速率和内部结构设计 由于没有搅拌装置 密封性好 不易染菌 对于好氧不大的产品较适用 可节省动力 且其结构简单 制造方便 与搅拌罐相比 其产生的湍流温和而均匀 剪切力相当小 器内没 有机械运动部件 因而活细胞的损坏率较低 其氧传递速率高 供 氧充分 液体循环量大 使细胞和营养成分能均匀地分布于培养基 中 非常适合动 植物细胞的培养 其缺点是操作参数仅为气体流量 所以适用性不强 即在开发过程 中的实验产品可用 但很难推广到其他产品中 不像机械搅拌罐可以改变转速和通气量 以适用不同的产品需要 鼓泡式发酵罐如果把气升式发酵罐的导流筒移走 就成了鼓泡式 发酵罐 由于鼓泡式发酵罐结构简单 成本低 已用于面包酵母的工业生产中 其容积可达200立方米 但其使用范围很小 其他发酵罐根据不同的发酵过程特点 开发出许多特殊用途的发 酵罐 如自吸式发酵罐 膜式发酵罐 固体物料发酵罐等等 因为通气机械搅拌罐使用最为广泛 产品也最为成熟 故以下仅以 机械搅拌罐作详细说明 三 发酵罐的制造发酵罐不一定是压力容器 需同时满足下列三个条件的容器 才称之为压力容器最高工作压 力大于或等于0 1MPa 容积在25L以上介质为气体 液体或最高工作温度高于标准沸 点的液体 所以 全容积30L以上的发酵罐才是属于压力容器 对于压力容器则必须按 钢制压力容器 GB150 1998进行制造 试 验和验收 这里根据本公司制定的规定 对发酵罐的制造 试验和验收作一介 绍 1 发酵罐的材质发酵罐和附件所用材质的选用 主要是根据发酵罐 产品在生产过程中涉及的物料的性质 使用菌种的特性 使用场合 等因素考虑而确定的 例如 对实验室及中试发酵罐通常有如下的原则凡是与发酵物料接 触的表面 均采用316L不锈钢 316L能耐酸碱的腐蚀 避免金属离子对菌种的毒害 虽然其价格昂贵 也必须满足此要求 而不与物料接触的部分可采用304不锈钢 如罐体内胆及罐内的所有附件均采用316L 而其夹套部分则可采用304 在工业生产罐的制造中 在满足发酵过程要求的前提下 应尽可能 节约资金 所以工业生产罐除使用316L之外 还可以采用碳钢 或304不锈钢制 成 也可采用碳钢为底衬以不锈钢的方法制造 2 生产和验收发酵罐系统生产和检验流程管材 阀门等的验收 自制仪表和软件的检验外加工设备和仪表的验收管路系统用管件 阀门等自制仪表和软件外加工设备和仪表系统安装发酵罐罐体和 附件的加工和验收在压力容器制造厂进行发酵罐罐体和附件的加工 在加工过程中公司去加工现场了解加工过程 对所用材质 焊接质量等方面进行质量跟踪 并根据图纸的技术要求进行验收 外购件的验收对外购的电机 流量计 过滤器 循环水泵 各种 变送器及电极 根据技术要求进行验收 对用户需要配套的空气压缩机 蒸汽发生器 冷水机等 定点采购 跟踪质量管路系统的验收对采购的不锈钢管 管件和各种阀门 按规定验收 系统的安装及检验a 发酵罐管路系统的安装和检验根据管路系 统图进行安装 在安装完毕后进行保压试验 通常保压在0 15MPa下 经10小时 其泄漏不大于0 02MPa b 控制系统的检验由专人检查接线质量 弱电 强电是否符合技术 要求 并通电检验c 传动装置的运转检验电机无杂音 运转平稳 搅拌轴无摆动现象 系统调试及验收a 发酵罐气密性试验检查对象发酵罐罐体及空 气供气管路检查方法 一 罐体密封检查插上堵头 电极 拧紧罐体上所有的螺纹接口件 开启空压机 打开空气管路上的阀门 关闭尾气排放阀门 往罐 体充气加压至1 5公斤 0 15MPa 然后关闭隔膜阀 罐体保压半小时 观察罐体压力表压力是否下降 若无 则罐体密封性能良好 若有 则空气有泄漏 用肥皂水涂抹 所有接口 查看哪些有气泡冒出 有气泡冒出的地方是空气泄漏的 地方 通过紧固或重新安装排除 二 空气供气管路所有接口涂抹肥皂水 管路通气 查看是否有气 泡冒出 如有 紧固 若无 密封良好 水压试验检查对象供水管路 水循环管路及排放管路检查方法排放 阀门密闭 其他水路阀门打开 使整个管路充水 检查是否有漏水 若有 通过紧固或重新安装排除 若无 密封良好 验收不合格合格产品安装结束的验收系统验收系统调试灭菌试验检 查对象 蒸汽发生器 蒸汽管路 温度显示及仪表灭菌计时检查方 法蒸汽发生器上电通水 查看运行情况包括面板上指示灯的情况 是否有异常噪声 是否有蒸汽产生 若不能正常运转 查看说明书或咨询厂家排除联轴器运转检查对象 联轴器检查方法电机上电运转 检查电机运转是否有抖动和噪声 若无 联轴器正常 若有 更换 重新试验仪表及控制显示屏检查 方法观察 屏显示清晰 无乱码或花屏 无显示 则合格 转速检查方法转速范围50 800r min 控制精度 5r min温度检查 方法控温范围冷却水温5 以上 65 控制精度 0 1 pH检查方 法首先进行电极标定 按操作说明书进行 在电脑上检查斜率 其大小正常范围0 10 超出该范围 电极可能 老化或不可用了 应更换新电极 测量范围0 14 控制精度 0 02pH溶氧检查方法首先进行电极标定 按操作说明书进行 在电脑上检查斜率 其大小正常范围0 30 超出该范围 电极可能 老化或不可用了 应更换新电极 测量范围0 150 控制精度 2 消泡电极检测方法能否自动消 泡 手动设定好控制量 然后切换到自动状态 当有泡沫碰到消泡 电极时 消泡泵动作 泡敌泵进罐内 泡沫下降 离开泡沫电极 消泡停止 则消泡控制正常 断水保换检查方法把夹套水排空 然后关掉排放阀门 打开控制器 水位灯变亮 进水电磁阀打开 一段时间后 电磁阀关闭 水位 灯灭 则断水保护正常 蠕动泵调节检查方法控制器上电 对四个蠕动泵逐一实验 连接好 补料管和装料瓶 手动设置好控制量 观察瓶内物料是否泵进罐内 若物料顺利进罐 蠕动泵工作正常 若物料无法泵进罐内 则调整蠕动泵挤臂上的弹簧螺钉 使蠕动泵 的卡管力度增大 使物料泵进罐内 至此 系统调试及验收合格四 发酵罐的操作在进行发酵罐操作之 前必需仔细阅读 SY3000发酵罐操作使用说明 并熟悉管路系统的各个阀门的作用 以及熟悉控制面板上各键盘的 正确使用 另外对空压机 蒸汽发生器等的使用方法做全面的了解 1 发酵罐的灭菌操作灭菌操作如下 1 检查相关的设备 空气压缩机 蒸汽发生器 检查水压是否正常 一般气压0 2MPa 2 开机打开下位机的电源开关和上位机SY3000E软件 显示过程参 数 并进行PH电极的标定 3 打开蒸汽发生器和空气压缩机电源 4 开始灭菌操作a 启动转速控制在200转 分b 将5号放空阀稍微 打开 将7号排水阀全部打开 c 将1号打开 使夹套压力表示数升为0 2MPa 此时罐压慢慢上升 当罐压升到0 1MPa时 要控制1号阀 将夹套压力调整到0 14MPa 左右 罐温稳定在灭菌温度120度d 过滤器及管路的灭菌稍微打开2 号蒸汽阀 把排水阀4号打开一点 将8号隔膜阀打开 使蒸汽进入 罐内 可用手触摸来判断蒸汽是否进入罐内 e 确定灭菌时间 一般为30分钟 在此灭菌时间内应控制好灭菌温 度在120度以上 如果控制不当 温度下降低于118度以下 则需重 新开始计时 f 灭菌结束后的操作灭菌时间到 将8号隔膜阀 4号过滤器排水阀 关闭 再将1号 2号蒸汽阀关闭 同时打开3号空气阀 应注意过滤 器上的压力表是否在0 2MPa g 注意点在灭菌结束 关闭蒸汽阀门 的同时打开3号空气阀 此时需注意罐内压力要维持在0 05MPa左右 不能过高 注意放空 阀5的开度 也不能太低 如果低于0 02MPa就不太好了 二 发酵罐操作步骤灭菌过程结束 开始冷却降温 将显示画面 切换至温度控制画面 进行自动温度控制设定搅拌速度接种 后 先按 S E 键 再按 确认 键 开始发酵 上位机记录数据 三 操作过程中易出现的问题及处理 1 罐压控制问题由于罐压是手动控制的 因此操作人员应耐心的调 节阀门5 在正常情况下 进口空气压力比较稳定 阀门5的调节不会很频繁 但有时会由于电压不稳或压缩机出问题而影响进口压力 则罐压波 动较大 也有可能跌下来 所以需经常留意罐压 2 突然停电如果遇到突然停电 操作人员首先应立即关闭阀门5和 隔膜阀8 然后立即联系供电部门 给予迅速解决 否则压力跌零后 发酵操作就完了 当然 长时间断电也就另当别论了 3 要对过滤器放水阀门4经常开启一点 把其中的积水放掉 如果 发酵周期较长时 更要注意排水 但不要常开为好 否则会影响发酵过程的通气量测定 五 发酵罐的维护和保养为了保证发酵罐的正常运行 用户除了必 须熟悉系统的各部件结构 性能 以及管路 阀门的作用外 还应 该重视系统的维护和保养 发酵罐系统的维护和保养可以分为日常和定期两种方式 二者缺一 不可 1 发酵罐罐体的维护 清洗和保养 发酵罐罐体是直接与物料接触的场所 其表面光洁度的程度 以及 内部构件的清洁度是被免染菌的主要因素 所以在每次发酵结束后 必须把顶盖连同搅拌一起垂直向上拆卸下 来 把所有电极取下来 放在安全的地方 用中性洗涤剂洗刷罐体及内部构件 空气分布器清洗见无菌空气系统的维护 在清洗的同时 应对罐及出口阀的一些O型密封圈进行检查 如发现 永久变形 老化 有划伤等现象 需及时更换 在清洗完毕 重新安装后 应对其外表面及罐架等用干净抹布擦干 净 保证在待用的状态 如果发酵罐将长期不使用时 则取下所有的电极 按要求规定存放 然后把罐内的存水及所有管路的存水放光 关闭阀门 用防尘布 保护发酵罐 2 搅拌系统的维护搅拌系统包括搅拌轴 搅拌器 机械密封 轴承 联轴器和电机等 由于是转动部件 而且往往是变速转动部件 周期也很长 所以在日常运转中应经常注意轴的运转情况 电机的发热情况以及 异常噪声的发生 经常检查有关的螺栓是否松动 每年要定期检查机械密封的磨损情况 如有必要可更换动环 以保证机械密封的正常运转 避免不必要的 染菌可能 如果采用双端面机械密封时 要经常注意无菌水液面的变化 如果 发生液面下降 说明密封泄漏 应在发酵结束后立即处理 每年定期检查电机的碳刷磨损情况 以及轴承的转动情况 3 无菌空气系统的维护无菌空气系统包括空气压缩机 粗过滤器 精过滤器 隔膜伐和空气分布器 1 在日常维护中需注意空气压缩机的运转情况 在发酵过程中应 每天对贮气罐的放水伐排放两次 2 过滤器的维护和保养首先在灭菌过程中要注意过滤器的灭菌温 度宜控制在125 以下 因为过滤器材质在太高温度下 其粘结剂会产生脱落而使过滤器失 效 其次 过滤器在使用一段时间后 其滤芯的微孔会逐渐堵塞 导致 阻力增大 从而影响通气量 因此在使用一年后 最好更换滤芯 3 每次发酵结束 需对空气分布器进行清洗 如果发酵液的性质与水相似 可在罐内加水