發(fā)酵設備--發(fā)酵罐的一些操作

1、生物工藝實驗室包括：生物工藝實驗室包括：無菌室無菌室準備室準備室濕地板區(qū)濕地板區(qū)通用實驗區(qū)通用實驗區(qū)分析區(qū)分析區(qū)接種操作接種操作菌種培養(yǎng)等菌種培養(yǎng)等發(fā)酵發(fā)酵發(fā)酵液的分析發(fā)酵液的分析配制培養(yǎng)基等配制培養(yǎng)基等無菌室無菌室拉門拉門更衣室更衣室緩沖間緩沖間消毒間消毒間拱形頂，水滴會滑下來，拱形頂，水滴會滑下來，不會直接滴下來不會直接滴下來坡形地面，便于瀉水坡形地面，便于瀉水u高度：一人加一手，高度：一人加一手，便于消毒清掃；便于消毒清掃；u墻面涂上漆，最好不墻面涂上漆，最好不銹鋼材料，光滑；銹鋼材料，光滑；u頂上安紫外燈，高出頂上安紫外燈，高出操作臺操作臺30cm工作臺工作臺超凈工作臺超凈工作臺l超凈

2、臺是超凈臺是80年代開始問世的一種防止污染的裝置。其主要功年代開始問世的一種防止污染的裝置。其主要功能是利用空氣層流裝置排除工作臺面上部包括微生物在內(nèi)的能是利用空氣層流裝置排除工作臺面上部包括微生物在內(nèi)的各種微小塵埃。各種微小塵埃。l通過電動裝置使空氣通過高效過濾器具后進入工作臺面，使通過電動裝置使空氣通過高效過濾器具后進入工作臺面，使臺面始終保持在流動無菌空氣控制之下。而且在接近外部的臺面始終保持在流動無菌空氣控制之下。而且在接近外部的一方有一道高速流動的氣簾防止外部帶菌空氣進入。一方有一道高速流動的氣簾防止外部帶菌空氣進入。操作人員的穿著操作人員的穿著準備室準備室天平、滅菌鍋、培養(yǎng)箱、天平

3、、滅菌鍋、培養(yǎng)箱、pH計計搖床搖床滅菌消毒：滅菌消毒：KMnO4和甲醛熏蒸，比例根據(jù)污染程度而定；和甲醛熏蒸，比例根據(jù)污染程度而定；注意安全，關好窗防止注意安全，關好窗防止MnO2跑掉。跑掉。往復式往復式供氧比較好，但培養(yǎng)液容易濺起、供氧比較好，但培養(yǎng)液容易濺起、易污染易污染旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式溶解氧較少，培養(yǎng)液不容易濺起溶解氧較少，培養(yǎng)液不容易濺起通用試驗區(qū)通用試驗區(qū)培養(yǎng)基的配制、細胞干重以及普通的測定培養(yǎng)基的配制、細胞干重以及普通的測定（粘度等）（粘度等）濕地板區(qū)濕地板區(qū)發(fā)酵罐、蒸餾裝置、滅菌設施等發(fā)酵罐、蒸餾裝置、滅菌設施等地板可以承載一定的負荷地板可以承載一定的負荷分析區(qū)分析區(qū)氣相色譜儀、液相

4、色譜儀、分光光度計等氣相色譜儀、液相色譜儀、分光光度計等避免潮濕、振動，保證讀數(shù)的準確性和儀避免潮濕、振動，保證讀數(shù)的準確性和儀器的使用壽命器的使用壽命固體固體量少量少 淺盤，簾子淺盤，簾子量多量多 厚層通風發(fā)酵設備厚層通風發(fā)酵設備液體液體厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵好氧發(fā)酵好氧發(fā)酵機械攪拌機械攪拌風攪風攪非循環(huán)式非循環(huán)式通用式機械攪拌發(fā)酵罐、通用式機械攪拌發(fā)酵罐、自吸式自吸式循環(huán)式循環(huán)式伍氏（內(nèi)循環(huán)）、伍氏（內(nèi)循環(huán)）、泵循環(huán)、文氏管循環(huán)（外循環(huán)）泵循環(huán)、文氏管循環(huán)（外循環(huán)）非循環(huán)式非循環(huán)式循環(huán)式循環(huán)式空氣帶升式空氣帶升式噴射式噴射式排管式排管式小試機械攪拌通氣式發(fā)酵罐小試機械攪拌通氣式發(fā)酵罐中試機械攪拌

5、通氣式發(fā)酵罐中試機械攪拌通氣式發(fā)酵罐 設備主要部件包括罐身、攪拌器、軸封、消泡器、聯(lián)軸設備主要部件包括罐身、攪拌器、軸封、消泡器、聯(lián)軸器、中間軸承、空氣吹泡管（或空氣噴射器）擋板、冷卻裝器、中間軸承、空氣吹泡管（或空氣噴射器）擋板、冷卻裝置、人孔以及視鏡等。置、人孔以及視鏡等。一、通用式機械攪拌發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)一、通用式機械攪拌發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)發(fā)酵罐的基本條件發(fā)酵罐的基本條件機械攪拌發(fā)酵罐在工廠廣泛采用。它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵機械攪拌發(fā)酵罐在工廠廣泛采用。它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和發(fā)酵液充分混合，提高發(fā)酵液的溶解氧，供給微生物生長繁殖代謝過程所需的氧。液充分混合，提高發(fā)酵液的溶解氧

6、，供給微生物生長繁殖代謝過程所需的氧。發(fā)酵罐應具有適宜的徑高比（發(fā)酵罐應具有適宜的徑高比（高高/徑比約為徑比約為2.54 ）結(jié)構(gòu)嚴密，耐腐蝕，光滑，附件少，無死角，可反復滅菌，脫落結(jié)構(gòu)嚴密，耐腐蝕，光滑，附件少，無死角，可反復滅菌，脫落的金屬要少的金屬要少要有良好的氣要有良好的氣-液、液液、液-固混合性能（固混合性能（使細胞能獲得營養(yǎng)使細胞能獲得營養(yǎng)）要盡量少的攪拌和通氣的動力消耗要盡量少的攪拌和通氣的動力消耗良好的熱交換性能，足夠的冷卻面積良好的熱交換性能，足夠的冷卻面積良好的消泡性能良好的消泡性能有必要、可靠的檢測控制性能有必要、可靠的檢測控制性能耐壓，耐壓，4.5kg/cm2（蒸氣壓一般

7、（蒸氣壓一般 34kg/cm2）發(fā)酵罐罐體的尺寸比例發(fā)酵罐罐體的尺寸比例l罐體各部分的尺寸有一定比例，罐體各部分的尺寸有一定比例，高高/徑比約為徑比約為2.54。l發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑約為攪拌器直徑的的3倍。倍。l對于大型發(fā)酵罐以及液體深度對于大型發(fā)酵罐以及液體深度HL較高的，可安裝三組或三組以上的較高的，可安裝三組或三組以上的攪拌槳葉。攪拌槳葉。l最下面一組攪拌器與風管出口較最下面一組攪拌器與風管出口較接近為好，與罐底的距離接近為好，與罐底的距離C一般等一般等于攪拌器直徑于攪拌器直徑D，不宜小于，不宜小于0.8D

8、，否則會影響液體的循環(huán)。否則會影響液體的循環(huán)。1. 罐體罐體u罐體由圓柱體或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，大型發(fā)酵罐可罐體由圓柱體或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼或復合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼厚度為用襯不銹鋼或復合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼厚度為23mm。u為了滿足工藝要求，罐需要承受一定壓力，通常滅菌壓力為為了滿足工藝要求，罐需要承受一定壓力，通常滅菌壓力為0.25MPa。u生產(chǎn)用的發(fā)酵罐容積有生產(chǎn)用的發(fā)酵罐容積有20m3，30m3，5060m3，75m3，150m3以至以至500m3。u罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小。罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小。

9、u小型發(fā)酵罐罐頂和罐身用法蘭連接，為了便于清洗，小型發(fā)酵罐罐頂設有小型發(fā)酵罐罐頂和罐身用法蘭連接，為了便于清洗，小型發(fā)酵罐罐頂設有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐裝設有快開人孔。清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐裝設有快開人孔。u罐頂裝有視鏡及燈鏡、進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管，罐頂裝有視鏡及燈鏡、進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管，排氣管盡可能靠近罐頂中心位置。排氣管盡可能靠近罐頂中心位置。u罐身上有冷卻水進出管、進空氣管、溫度計管和測檢儀表接口。罐身上有冷卻水進出管、進空氣管、溫度計管和測檢儀表接口。u取樣管可裝在罐側(cè)或罐頂，視操作方便而定。取樣管可裝在罐側(cè)或罐頂，視操作方便而定。

10、u在罐體上的管路越少越好，進料口、補料口和接種口可合為一個接管口。在罐體上的管路越少越好，進料口、補料口和接種口可合為一個接管口。放料可利用通風管壓出。放料可利用通風管壓出。攪拌作用攪拌作用l打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率；打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率；l使發(fā)酵液充分混和，液體中的固形物料保持懸浮狀態(tài)。使發(fā)酵液充分混和，液體中的固形物料保持懸浮狀態(tài)。攪拌葉的類型攪拌葉的類型l螺旋槳式螺旋槳式形成軸向螺旋流動，混和效果較好，但對氣泡的形成軸向螺旋流動，混和效果較好，但對氣泡的分散效果不好，剪切率較低分散效果不好，剪切率較低l平直葉式平直葉式阻力大，能

11、耗大，輸出功率大阻力大，能耗大，輸出功率大l彎葉式彎葉式徑向流動更為強烈，混合效果好，輸出功率較低徑向流動更為強烈，混合效果好，輸出功率較低l箭葉式箭葉式軸向流動較強烈，造成的剪切率較低，輸出功率較軸向流動較強烈，造成的剪切率較低，輸出功率較低低l柵式柵式提高高粘度發(fā)酵液的溶解氧提高高粘度發(fā)酵液的溶解氧常用圓盤常用圓盤渦輪式渦輪式齒形圓盤齒形圓盤渦輪式渦輪式斜葉式斜葉式平直葉式平直葉式彎葉式彎葉式翻齒型翻齒型平齒型平齒型貼齒型貼齒型框、錨式框、錨式橢圓底框式橢圓底框式直錐底框式直錐底框式錨式錨式螺帶螺桿式螺帶螺桿式錐底螺帶螺桿式錐底螺帶螺桿式螺帶螺桿式螺帶螺桿式六葉式六葉式四葉式四葉式三葉式三

12、葉式六斜葉式六斜葉式六彎葉式六彎葉式六直葉式六直葉式推進式推進式開啟渦輪式開啟渦輪式推進式推進式開啟渦輪式開啟渦輪式異形葉圓異形葉圓盤渦輪式盤渦輪式半圓弧圓盤渦輪式半圓弧圓盤渦輪式箭葉圓盤渦輪式箭葉圓盤渦輪式折葉槳式折葉槳式C型型E型型S型型擋板的作用擋板的作用防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動，提高溶解氧。提高溶解氧。擋板寬度約為（擋板寬度約為（0.10.12）D；裝設裝設46塊擋板，可滿足全擋板條件。塊擋板，可滿足全擋板條件。豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用；豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用；擋板的長度自液面起至罐底為止。擋板的長度自

13、液面起至罐底為止。擋板與罐壁之間的距離為（擋板與罐壁之間的距離為（1/5 1/8）D。全擋板條件全擋板條件在一定轉(zhuǎn)速下，再在攪拌罐內(nèi)增加擋板或其在一定轉(zhuǎn)速下，再在攪拌罐內(nèi)增加擋板或其他附件，攪拌功率仍保持不變而漩渦基本消失。能達到消除他附件，攪拌功率仍保持不變而漩渦基本消失。能達到消除液面漩渦的最低條件即全擋板條件。液面漩渦的最低條件即全擋板條件。D罐的直徑（罐的直徑（mm）Z擋板數(shù)擋板數(shù)W擋板寬度（擋板寬度（mm）WDZ=（0.10.12）DDZ= 0.5有鋸齒式、梳式、孔板式、旋槳梳式等；有鋸齒式、梳式、孔板式、旋槳梳式等；孔板式的孔徑約孔板式的孔徑約1020mm。消泡器的長度約為罐徑的消

14、泡器的長度約為罐徑的0.65倍。倍。消泡葉輪消泡葉輪消泡槳消泡槳軸封的作用是防止泄漏和染菌。軸封的作用是防止泄漏和染菌。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。常用的軸封有填料函和端面軸封兩種。軸封部位軸封部位填料函填料函優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單缺點：缺點：死角多，很難徹底滅菌，容易滲漏及染菌；死角多，很難徹底滅菌，容易滲漏及染菌；軸的磨損情況較嚴重；軸的磨損情況較嚴重；填料壓緊后摩擦功率消耗大；填料壓緊后摩擦功率消耗大；壽命短，維持工時多。壽命短，維持工時多。端面軸封端面軸封 的作用的作用靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)表面緊密地相互貼

15、合，并作相力使垂直于軸線的動環(huán)和靜環(huán)表面緊密地相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而達到密封。對轉(zhuǎn)動而達到密封。優(yōu)點：優(yōu)點：清潔；清潔；密封可靠，使用時間較長，不會泄漏；密封可靠，使用時間較長，不會泄漏；無死角，可防止雜菌污染；無死角，可防止雜菌污染；壽命長，質(zhì)量好的壽命長，質(zhì)量好的25年不需修理；年不需修理；摩擦功率耗損?。荒Σ凉β屎膿p?。惠S或軸套不受磨損；軸或軸套不受磨損；對軸的震動敏感性小。對軸的震動敏感性小。兩端面接觸的密封構(gòu)件之一為硬質(zhì)合金，如高硅鑄鐵、金屬碳化鎢等；兩端面接觸的密封構(gòu)件之一為硬質(zhì)合金，如高硅鑄鐵、金屬碳化鎢等；另一種為軟質(zhì)耐磨材料，如不銹性石墨，用作靜環(huán)。另一種為軟質(zhì)耐磨材料，如

16、不銹性石墨，用作靜環(huán)。兩接觸面的密封需要有一定的壓力，完全由彈簧來保證這種壓力兩接觸面的密封需要有一定的壓力，完全由彈簧來保證這種壓力不平衡型。不平衡型。若攪拌軸裝于罐底，則密封要求高，應選用雙端面軸封。若攪拌軸裝于罐底，則密封要求高，應選用雙端面軸封。端面軸封端面軸封填料函填料函工藝參數(shù)工藝參數(shù)溫度溫度壓力壓力空氣流量空氣流量液位液位pH值值溶解氧溶解氧參數(shù)包括：參數(shù)包括： 物理參數(shù)：物理參數(shù)：化學參數(shù)：化學參數(shù)：間接參數(shù)：間接參數(shù)：軸的功率、發(fā)酵液的粘度、溫度、壓力軸的功率、發(fā)酵液的粘度、溫度、壓力pH值、糖含量、無機離子濃度、排氣中的值、糖含量、無機離子濃度、排氣中的CO2呼吸熵、細胞干

17、重、產(chǎn)物的含量呼吸熵、細胞干重、產(chǎn)物的含量（1）壓力表）壓力表彎管液封，上面的雜菌不會掉入下面管道中。彎管液封，上面的雜菌不會掉入下面管道中。會有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；會有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；起不到緩沖作用；起不到緩沖作用；滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種直管缺點直管缺點閥門三通，使彎管滅菌徹底閥門三通，使彎管滅菌徹底儀表精度儀表精度 = = AAA A0 0Q QA 測量值測量值A0 真實值真實值Q 儀表測量范圍（量程）儀表測量范圍（量程）l精度相同，量程越窄越精確；精度相同，量程越窄越精確；l讀數(shù)在讀數(shù)在02/3量程；量程；如種

18、子罐、發(fā)酵罐工作壓力如種子罐、發(fā)酵罐工作壓力1 kg/cm2，蒸氣壓力，蒸氣壓力23kg/cm2，配，配量程為量程為67kg/cm2的壓力表的壓力表（2）溫度計）溫度計（3）流量計）流量計常用的水銀、酒精溫度計常用的水銀、酒精溫度計0 0100100，酒精溫度計，酒精溫度計100100，水銀溫度計，水銀溫度計轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計二、發(fā)酵罐的滅菌二、發(fā)酵罐的滅菌（在夾套中）（在夾套中）關好空氣閥，蒸氣上進下出，沖蒸氣，壓力大于關好空氣閥，蒸氣上進下出，沖蒸氣，壓力大于2 2 kg/cmkg/cm2 2（120120），最好是），最好是4 45 kg/cm5 kg/cm2 2（160160）。）。

19、當罐內(nèi)溫度當罐內(nèi)溫度8080，進蒸氣口（蒸氣閥）關掉，出蒸氣口（排氣閥），進蒸氣口（蒸氣閥）關掉，出蒸氣口（排氣閥）關小。打開空氣閥，蒸氣直接進罐，關小。打開空氣閥，蒸氣直接進罐，121121，202030min30min。升溫過程中，從升溫過程中，從8080100100上升很快，大于上升很快，大于100100后溫度上升很慢，后溫度上升很慢，到到118118時就開始減小蒸汽通入量并開始計時，計時時就開始減小蒸汽通入量并開始計時，計時25min25min時立即關掉時立即關掉蒸氣閥。蒸氣閥。關掉蒸氣閥后通入無菌空氣，使罐內(nèi)一直保持正壓（高于大氣壓，空關掉蒸氣閥后通入無菌空氣，使罐內(nèi)一直保持正壓（高

20、于大氣壓，空氣不會倒灌入罐內(nèi)）。氣不會倒灌入罐內(nèi)）。（在夾套中）（在夾套中）立即加自來水冷卻，從下向上，使溫度盡快降到立即加自來水冷卻，從下向上，使溫度盡快降到5555左左右，到右，到37373838時關掉水，也有緩沖性。時關掉水，也有緩沖性。因為有緩沖性，蒸因為有緩沖性，蒸氣會沖到氣會沖到121。在在80以上沖入蒸氣不容易產(chǎn)生冷凝水，罐內(nèi)體以上沖入蒸氣不容易產(chǎn)生冷凝水，罐內(nèi)體積不會增加很大，培養(yǎng)基不會被稀釋很大。積不會增加很大，培養(yǎng)基不會被稀釋很大。過程過程升溫降溫時注意緩沖性升溫降溫時注意緩沖性滅菌時蒸氣先從夾套預熱，如直接進罐，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法滅菌時蒸氣先從夾套預熱，如直接進罐

21、，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法接種、容易污染接種、容易污染冬天溫度低、散熱快，低于冬天溫度低、散熱快，低于3030需加溫。需加溫。加溫時蒸氣由下進入、從上而加溫時蒸氣由下進入、從上而出出。如從。如從25302530，加熱到，加熱到2828時即可關蒸氣閥時即可關蒸氣閥微生物代謝發(fā)酵時產(chǎn)生大量熱，使溫度大于微生物代謝發(fā)酵時產(chǎn)生大量熱，使溫度大于3030，需考慮適當降溫。，需考慮適當降溫。冷冷卻時冷卻水由下進入、從上而出卻時冷卻水由下進入、從上而出，注意緩沖性，不要降至，注意緩沖性，不要降至3030才關才關小型罐小型罐 50L50L7 7噸用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐噸用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐7 7噸以上，用

22、冷卻管（盤腸、噸以上，用冷卻管（盤腸、列管系統(tǒng)）列管系統(tǒng)）二、發(fā)酵罐的滅菌二、發(fā)酵罐的滅菌注意點注意點三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除 單罐單罐 多罐多罐發(fā)酵罐的出口越少越好，發(fā)酵罐的出口越少越好，出料口和進氣管可以合并出料口和進氣管可以合并接種管、消泡管、補料管可以合并接種管、消泡管、補料管可以合并a. 排氣管不能合并，易引起交叉污染排氣管不能合并，易引起交叉污染出料前后都要消毒，用活（流動）出料前后都要消毒，用活（流動）蒸氣消毒蒸氣消毒出料管不能合并出料管不能合并三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除絲口連接處改用法蘭連接絲口連接處改用法蘭連接焊接

23、部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊焊接部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊管道轉(zhuǎn)彎有弧度管道轉(zhuǎn)彎有弧度放料管、取料管的閥腔處裝小閥放料管、取料管的閥腔處裝小閥三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除 罐體穿孔罐體穿孔 不銹鋼不銹鋼 冷卻管產(chǎn)生裂縫冷卻管產(chǎn)生裂縫 定期更換定期更換 墊圈（法蘭連接）松脫墊圈（法蘭連接）松脫 擰緊擰緊 軸封滲漏軸封滲漏 軸絕對垂直軸絕對垂直 焊縫滲漏焊縫滲漏 閥桿閥桿四、發(fā)酵罐的一些操作四、發(fā)酵罐的一些操作接種的三種方法：接種的三種方法： 火圈直接倒種火圈直接倒種 注射器接種注射器接種 壓力差接種壓力差接種小罐小罐接種口用火圈殺菌；接種口用火圈殺菌；橡膠口在火圈上過一下，套入接種口；橡膠口在火圈上過一下，套入接種口；打開進口閥、進氣閥打開，排氣閥關閉，罐內(nèi)升壓至打開進口閥、進氣閥打開，排氣閥關閉，罐內(nèi)升壓至1kg/cm2；突然打開排氣閥，罐內(nèi)壓力下降至突然打開排氣閥，罐內(nèi)壓力下降至0.5kg/cm2，瓶內(nèi)種子液進入罐內(nèi)；，瓶內(nèi)種子液進入罐內(nèi)；一次沒有接完再重復。一次沒有接完再