发酵罐设计

　　发酵罐是一种生化反应设备，就是为菌种在适宜的温度，适当的通气搅拌条件下，使菌种在液体培养基中大量繁殖及分泌KJ素的设备。发酵罐被广泛应用于抗生素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。

发酵罐罐体设计

　　从防止发酵罐污染的角度考虑，整个发酵罐罐体应保证无渗漏、积料、死角。现代的生物制品发酵罐罐体大都采用316L不锈钢制成，采用电抛光或化学抛光，有的发酵罐内外都作了镜面抛光，同制品接触而的光洁度小于0.3μ。高光洁度使得罐体更容易清洁，减低了污染几率。罐体小于10L的实验规模发酵罐一般用硬质化学玻璃制作，以适台观察。

　　为了获得较好的搅拌混合和溶解氧(DO)的效果，用于培养细胞的罐体其高径比(H/D，H为罐高，D为罐直径)一般在2～3。在培养细菌时，由于细菌Z终生长密度很大，为防止产生沉淀提高溶氧量，通常采用高转速，高径比2.5～3，罐体瘦长，由于搅拌速度较高，为防止形成漩涡，在罐体壁上常装有档板(buffer)。在培养动物细胞时，由于细胞对搅拌的剪切力敏感，搅拌速度一般较低，因此其高径比一般采用1～1.5，以便增大气液接触面。

　　由于无菌培养的要求，50L以上的发酵罐一般都配有在位灭菌系统(SIP)，所以发酵罐的罐体还需符合压力容器的有关规定，如壁厚、材料、连接件、安全装置等，发酵罐所使用的压力表因需同制品接触必须采用卫生型隔膜式接头。

　　在纯蒸汽灭菌操作过程中，人员离罐体很近，必须具备可靠的安全装置，一些发酵罐采用爆破片作为过压保护装置，安全可靠但价格高，一但过压爆破只有更新。另一些发酵罐采用可复位的安全释放阀，可重复使用但易污染系统。生产型的发酵罐系统应考虑是否符台生物制品工业大规模安全规范。

发酵罐搅拌系统

　　发酵罐的搅拌系统多种多样，是各生产商努力研究的ZD。首要作用是发酵液通过搅拌流动，增加气液交换的机会以提高溶氧值，其次使发酵液充分混和，并使液体中的固形物料保持均匀的悬浮状态，有利于营养物质的吸收和代谢物的分散。

　　各类发酵罐的搅拌侧重不同，搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，不同的叶桨所产生的液体流向差别很大。在培养微生物的发酵罐内多采用圆盘涡轮搅拌器，它有平叶式、弯叶式和箭叶式三种，叶片数量一般为六个，少至三个，多至八个。

　　当采用底部进气时，搅拌器打碎空气气泡，使大气泡分散成较小的气泡，增加气一液接触界面，以提高氧的传质速率。就粉碎气泡的能力作比较，平叶搅拌器大于弯叶搅拌器，弯叶搅拌器大于箭叶搅拌器，但其翻动流体的能力则与上述情况相反。为了使发酵液充分地被搅动，根据发酵罐的容积，在同一搅拌轴上常配置多个搅拌叶桨，三层搅拌桨是常用的方法。

　　在培养细胞时，一般倾向于采用较大的倾斜桨叶搅拌器或船舶推进桨式搅拌器，特别在采用微载体培养时更是如此，它可在较低的搅拌转速下使载体悬浮。此类叶桨多采用三叶、45°倾角，它具有较好的使溶液上下翻动的能力。

　　近年的各类先进发酵罐都安装了磁偶台直流电机，采用磁偶台使得罐体内外没有了直接的轴连接，进一步减小了污染几率。采用直流电机，可以实现无级变速，这对于动物细胞的培养尤其重要，慢速的起停减小了对细胞的伤害。

　　对于一些较大的发酵罐系统，由于功率需要，多采用变频交流电机控制转速。细菌培养罐转速大多为50-1000rpm，细胞培养罐多为10-300rpm。大多数的发酵罐搅拌电机都安装在罐体轴线上，位于顶部的居多，但由于搅拌电机和顶盖的重量加大，必需增加一套顶盖提升系统，搅拌轴一般从罐顶伸人罐内，但对容积很大的大型发酵罐，也可采用下伸轴(即搅拌电机安装于罐底)，下伸轴式装置可使发酵罐ZX降低，轴的长度缩短，稳定性提高。发酵罐操作面的传动嗓音也可大为降低。而且罐顶空间可充分用来安装其它部件。

　　一些中小型的发酵罐为了省去罐体顶盖提升系统也采用了下伸轴，但是下伸轴的使用，对轴封的要求更为严格，不易清洁，检修也增加了一些难度。有的发酵罐采用了偏心安装转轴(即叶轮不在罐体轴线上)的方式，可以有效地避免产生漩涡和底部沉积，但其缺点同前，而且不利于溶液的上下翻滚。

　　此外还有一类特殊的搅拌方式，它采用上下震动的方式来混台溶液，多用于细菌培养发酵罐。