發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵罐的一些操作

1、發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵罐的一些操作第1頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二生物工藝實(shí)驗(yàn)室包括：無菌室準(zhǔn)備室濕地板區(qū)通用實(shí)驗(yàn)區(qū)分析區(qū)接種操作菌種培養(yǎng)等發(fā)酵發(fā)酵液的分析配制培養(yǎng)基等第2頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二無菌室拉門更衣室緩沖間消毒間拱形頂，水滴會(huì)滑下來，不會(huì)直接滴下來坡形地面，便于瀉水高度：一人加一手，便于消毒清掃；墻面涂上漆，最好不銹鋼材料，光滑；頂上安紫外燈，高出操作臺(tái)30cm工作臺(tái)第3頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二第4頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二第5頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5

2、2分，星期二超凈工作臺(tái)超凈臺(tái)是80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(tái)面上部包括微生物在內(nèi)的各種微小塵埃。通過電動(dòng)裝置使空氣通過高效過濾器具后進(jìn)入工作臺(tái)面，使臺(tái)面始終保持在流動(dòng)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(dòng)的氣簾防止外部帶菌空氣進(jìn)入。第6頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二第7頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二操作人員的穿著第8頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二準(zhǔn)備室天平、滅菌鍋、培養(yǎng)箱、pH計(jì)搖床滅菌消毒：KMnO4和甲醛熏蒸，比例根據(jù)污染程度而定；注意安全，關(guān)好窗防止M

3、nO2跑掉。往復(fù)式供氧比較好，但培養(yǎng)液容易濺起、易污染旋轉(zhuǎn)式溶解氧較少，培養(yǎng)液不容易濺起第9頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二通用試驗(yàn)區(qū)培養(yǎng)基的配制、細(xì)胞干重以及普通的測(cè)定（粘度等）第10頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二濕地板區(qū)發(fā)酵罐、蒸餾裝置、滅菌設(shè)施等地板可以承載一定的負(fù)荷第11頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二分析區(qū)氣相色譜儀、液相色譜儀、分光光度計(jì)等避免潮濕、振動(dòng)，保證讀數(shù)的準(zhǔn)確性和儀器的使用壽命第12頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二固體量少 淺盤，簾子量多 厚層通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備液體厭氧發(fā)酵好氧發(fā)酵

4、機(jī)械攪拌風(fēng)攪非循環(huán)式通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐、自吸式循環(huán)式伍氏（內(nèi)循環(huán)）、泵循環(huán)、文氏管循環(huán)（外循環(huán)）非循環(huán)式循環(huán)式空氣帶升式噴射式排管式第13頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二小試機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐第14頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二中試機(jī)械攪拌通氣式發(fā)酵罐第15頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二 設(shè)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、冷卻裝置、人孔以及視鏡等。一、通用式機(jī)械攪拌發(fā)酵罐結(jié)構(gòu) 設(shè)備主要部件包括： 罐身電機(jī)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

5、器）擋板冷卻裝置人孔以及視鏡其它第16頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二第17頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二發(fā)酵罐的基本條件機(jī)械攪拌發(fā)酵罐在工廠廣泛采用。它是利用機(jī)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(zhǎng)繁殖代謝過程所需的氧。發(fā)酵罐應(yīng)具有適宜的徑高比（高/徑比約為2.54 ）結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，耐腐蝕，光滑，附件少，無死角，可反復(fù)滅菌，脫落的金屬要少要有良好的氣-液、液-固混合性能（使細(xì)胞能獲得營養(yǎng)）要盡量少的攪拌和通氣的動(dòng)力消耗良好的熱交換性能，足夠的冷卻面積良好的消泡性能有必要、可靠的檢測(cè)控制性能耐壓，4.5kg/cm

6、2（蒸氣壓一般 34kg/cm2）第18頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二發(fā)酵罐罐體的尺寸比例罐體各部分的尺寸有一定比例，高/徑比約為2.54。發(fā)酵罐通常裝有兩組攪拌器，兩組攪拌器的間距S約為攪拌器直徑的3倍。對(duì)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攪拌槳葉。最下面一組攪拌器與風(fēng)管出口較接近為好，與罐底的距離C一般等于攪拌器直徑D，不宜小于0.8D，否則會(huì)影響液體的循環(huán)。第19頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二1. 罐體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(fù)合不銹鋼制成，襯里用的不銹鋼厚度為

7、23mm。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。生產(chǎn)用的發(fā)酵罐容積有20m3，30m3，5060m3，75m3，150m3以至500m3。罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小。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(shè)有清洗用的手孔。中大型發(fā)酵罐裝設(shè)有快開人孔。罐頂裝有視鏡及燈鏡、進(jìn)料管、補(bǔ)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。罐身上有冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、溫度計(jì)管和測(cè)檢儀表接口。取樣管可裝在罐側(cè)或罐頂，視操作方便而定。在罐體上的管路越少越好，進(jìn)料口、補(bǔ)料口和接種口可合為一個(gè)接管口。放料可利用通風(fēng)管壓出。第20頁，共47頁

8、，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二2. 攪拌器和擋板 攪拌器攪拌作用打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率；使發(fā)酵液充分混和，液體中的固形物料保持懸浮狀態(tài)。攪拌葉的類型螺旋槳式形成軸向螺旋流動(dòng)，混和效果較好，但對(duì)氣泡的分散效果不好，剪切率較低平直葉式阻力大，能耗大，輸出功率大彎葉式徑向流動(dòng)更為強(qiáng)烈，混合效果好，輸出功率較低箭葉式軸向流動(dòng)較強(qiáng)烈，造成的剪切率較低，輸出功率較低柵式提高高粘度發(fā)酵液的溶解氧第21頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二常用圓盤渦輪式齒形圓盤渦輪式斜葉式平直葉式彎葉式翻齒型平齒型貼齒型第22頁，共47頁，2022年，5月20日，

9、4點(diǎn)52分，星期二框、錨式橢圓底框式直錐底框式錨式螺帶螺桿式錐底螺帶螺桿式螺帶螺桿式第23頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二六葉式四葉式三葉式六斜葉式六彎葉式六直葉式推進(jìn)式開啟渦輪式推進(jìn)式開啟渦輪式第24頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二異形葉圓盤渦輪式半圓弧圓盤渦輪式箭葉圓盤渦輪式折葉槳式C型E型S型第25頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二擋板的作用防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動(dòng)，提高溶解氧。擋板寬度約為（0.10.12）D；裝設(shè)46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；擋板的長(zhǎng)度自液面起至

10、罐底為止。擋板與罐壁之間的距離為（1/5 1/8）D。全擋板條件在一定轉(zhuǎn)速下，再在攪拌罐內(nèi)增加擋板或其他附件，攪拌功率仍保持不變而漩渦基本消失。能達(dá)到消除液面漩渦的最低條件即全擋板條件。D罐的直徑（mm）Z擋板數(shù)W擋板寬度（mm）WDZ=（0.10.12）DDZ= 0.52. 攪拌器和擋板 擋板第26頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二3. 消泡器有鋸齒式、梳式、孔板式、旋槳梳式等；孔板式的孔徑約1020mm。消泡器的長(zhǎng)度約為罐徑的0.65倍。第27頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二消泡葉輪消泡槳第28頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，

11、星期二4. 軸封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。軸封部位填料函優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：死角多，很難徹底滅菌，容易滲漏及染菌；軸的磨損情況較嚴(yán)重；填料壓緊后摩擦功率消耗大；壽命短，維持工時(shí)多。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二端面軸封 的作用靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓力使垂直于軸線的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)表面緊密地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。優(yōu)點(diǎn)：清潔；密封可靠，使用時(shí)間較長(zhǎng)，不會(huì)泄漏；無死角，可防止雜菌污染；壽命長(zhǎng)，質(zhì)量好的25年不需修理；摩擦功率耗損?。惠S或軸套不受磨損；對(duì)軸的震動(dòng)敏感性小。第30頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)

12、52分，星期二兩端面接觸的密封構(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)。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。若攪拌軸裝于罐底，則密封要求高，應(yīng)選用雙端面軸封。第31頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二端面軸封填料函第32頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二5. 儀表工藝參數(shù)溫度壓力空氣流量液位pH值溶解氧參數(shù)包括：物理參數(shù)：化學(xué)參數(shù)：間接參數(shù)：軸的功率、發(fā)酵液的粘度、溫度、壓力pH值、糖含量、無機(jī)離子濃度、排氣中的CO2呼吸熵、細(xì)胞干重、產(chǎn)物的含量第33頁，共47頁，2022

13、年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二（1）壓力表彎管液封，上面的雜菌不會(huì)掉入下面管道中。會(huì)有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；起不到緩沖作用；滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種直管缺點(diǎn)閥門三通，使彎管滅菌徹底第34頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二儀表精度 = AA0QA 測(cè)量值A(chǔ)0 真實(shí)值Q 儀表測(cè)量范圍（量程）精度相同，量程越窄越精確；讀數(shù)在02/3量程；如種子罐、發(fā)酵罐工作壓力1 kg/cm2，蒸氣壓力23kg/cm2，配量程為67kg/cm2的壓力表第35頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二（2）溫度計(jì)（3）流量計(jì)常用的水銀、酒精溫度計(jì)0100，

14、酒精溫度計(jì)100，水銀溫度計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)第36頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二二、發(fā)酵罐的滅菌（在夾套中）關(guān)好空氣閥，蒸氣上進(jìn)下出，沖蒸氣，壓力大于2 kg/cm2（120），最好是45 kg/cm2（160）。當(dāng)罐內(nèi)溫度80，進(jìn)蒸氣口（蒸氣閥）關(guān)掉，出蒸氣口（排氣閥）關(guān)小。打開空氣閥，蒸氣直接進(jìn)罐，121，2030min。升溫過程中，從80100上升很快，大于100后溫度上升很慢，到118時(shí)就開始減小蒸汽通入量并開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)25min時(shí)立即關(guān)掉蒸氣閥。關(guān)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，空氣不會(huì)倒灌入罐內(nèi)）。（在夾套中）立即加自來水冷卻，從下向上

15、，使溫度盡快降到55左右，到3738時(shí)關(guān)掉水，也有緩沖性。因?yàn)橛芯彌_性，蒸氣會(huì)沖到121。在80以上沖入蒸氣不容易產(chǎn)生冷凝水，罐內(nèi)體積不會(huì)增加很大，培養(yǎng)基不會(huì)被稀釋很大。過程第37頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二升溫降溫時(shí)注意緩沖性滅菌時(shí)蒸氣先從夾套預(yù)熱，如直接進(jìn)罐，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法接種、容易污染冬天溫度低、散熱快，低于30需加溫。加溫時(shí)蒸氣由下進(jìn)入、從上而出。如從2530，加熱到28時(shí)即可關(guān)蒸氣閥微生物代謝發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生大量熱，使溫度大于30，需考慮適當(dāng)降溫。冷卻時(shí)冷卻水由下進(jìn)入、從上而出，注意緩沖性，不要降至30才關(guān)小型罐 50L7噸用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐7噸

16、以上，用冷卻管（盤腸、列管系統(tǒng)）二、發(fā)酵罐的滅菌注意點(diǎn)第38頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除1. 盡量減少管路單罐多罐發(fā)酵罐的出口越少越好，出料口和進(jìn)氣管可以合并接種管、消泡管、補(bǔ)料管可以合并排氣管不能合并，易引起交叉污染出料前后都要消毒，用活（流動(dòng)）蒸氣消毒出料管不能合并第39頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二第40頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除2. 消滅死角絲口連接處改用法蘭連接焊接部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊管道轉(zhuǎn)彎有弧度放料管、取料管的閥腔處裝小

17、閥第41頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二3. 消滅滲漏三、發(fā)酵罐的管路和死角的消除罐體穿孔 不銹鋼冷卻管產(chǎn)生裂縫 定期更換墊圈（法蘭連接）松脫 擰緊軸封滲漏 軸絕對(duì)垂直焊縫滲漏閥桿第42頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二四、發(fā)酵罐的一些操作1. 接種接種的三種方法：火圈直接倒種注射器接種壓力差接種小罐接種口用火圈殺菌；橡膠口在火圈上過一下，套入接種口；打開進(jìn)口閥、進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，罐內(nèi)升壓至1kg/cm2；突然打開排氣閥，罐內(nèi)壓力下降至0.5kg/cm2，瓶?jī)?nèi)種子液進(jìn)入罐內(nèi)；一次沒有接完再重復(fù)。注意：接種瓶密封、耐高壓；接種瓶口上要旋緊、塞子

18、塞緊，防止漏氣染菌；進(jìn)氣口壓力表一定不能超過1kg/cm2（否則接種瓶會(huì)爆炸）；一次接不完反復(fù)兩三次直至全部種子液接入罐內(nèi)為止。第43頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二2. 移種四、發(fā)酵罐的一些操作種子罐發(fā)酵罐移種管滅菌：進(jìn)入罐的管道閥門要關(guān)好，移種管中壓力2kg/cm2，滅菌15min，關(guān)蒸氣種子罐上進(jìn)氣閥打開，排氣閥關(guān)閉，壓力升至2kg/cm2發(fā)酵罐中保持正壓，比空氣高一點(diǎn)，排氣閥打開，進(jìn)氣閥關(guān)小，0.5kg/cm2打開通向罐的閥門，兩罐相通，因壓力差，菌液進(jìn)入發(fā)酵罐關(guān)掉通向罐的兩個(gè)閥門，移種管滅菌第44頁，共47頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)52分，星期二3. 取樣四、發(fā)酵罐的一些操作取樣閥關(guān)緊，