不锈钢发酵罐原理

　　不锈钢发酵罐的原理主要围绕机械搅拌、通风供氧、环境控制三大核心展开，通过物理与化学手段协同作用，为微生物提供适宜的生长和代谢环境，从而实现目标产物的高效合成。以下是具体原理及分点阐述：
 

　　一、机械搅拌与气液混合原理
 

　　搅拌桨作用：
 

　　发酵罐内配备顶入式机械搅拌系统，通过搅拌桨的旋转将空气分散成微小气泡，使其均匀分布于发酵液中。搅拌桨的设计(如平直叶轮、斜叶轮)可产生不同的流场特性，例如平直叶轮适用于高黏度体系，而斜叶轮则能增强轴向混合效果。
 

　　气泡粉碎与氧传递：
 

　　搅拌桨的旋转产生离心力，使气泡在叶轮周围形成强烈的混合流。气泡被粉碎成更小的尺寸，显著增加气液接触面积，从而提高氧气的溶解速度和传质效率。例如，在啤酒发酵中，酵母需充足氧气进行呼吸作用，搅拌桨通过粉碎气泡确保溶氧水平满足需求。
 

　　循环流形成：
 

　　气升式发酵罐通过空气喷嘴喷出高速气泡，利用通气侧与不通气侧的液体密度差形成环流。这种内循环方式无需机械搅拌，即可实现液体与气体的充分混合，适用于对剪切力敏感的微生物培养。
 

　　二、通风供氧与无菌控制原理
 

　　无菌空气供应：
 

　　好气发酵(如抗生素生产)需连续通入大量无菌空气。空气经深层通气系统进入发酵罐，通过玻璃转子流量计显示流量，并由压力表监测压力。系统配备不锈钢外壳的高效除菌过滤器(过滤精度0.01μm)，确保空气无菌，防止杂菌污染。
 

　　氧传递效率优化：
 

　　通风量与搅拌速度的协同控制是关键。例如，通过调节通气量(最大1.5VVM)和搅拌转速(50-600rpm)，可优化氧传递系数(KLa)，使溶氧水平(DO)维持在目标范围(如0-100%或0-200%)。部分发酵罐还配备质量流量控制器，实现空气流量的自动调节。
 

　　压力控制与安全性：
 

　　罐内压力由通入气体和发酵产生气体共同形成。通过调节排气阀开度控制罐压，顶部排气口配置指针式压力表显示压力值。可选配进口压力变送器和自动调节阀，实现罐压的精准控制(如0.05MPa)，确保发酵过程的安全性。
 

　　三、环境控制与微生物代谢调节原理
 

　　温度控制：
 

　　发酵罐配备夹套或盘管换热装置，通过通入冷水或热水调节发酵液温度。温度传感器实时监测温度，并将信号反馈给控制系统。当温度偏离设定值(如乳酸菌发酵的40-45℃)时，系统自动调节换热介质流量，使温度保持在设定范围内。
 

　　pH值调节：
 

　　微生物代谢活动会导致发酵液pH值变化。发酵罐配备pH传感器和酸碱添加装置，实时监测并调节pH值。例如，抗生素发酵不同阶段需不同pH值，当pH偏离设定范围时，控制系统自动启动酸碱泵，添加适量酸或碱，使pH恢复至设定值。
 

　　溶氧(DO)控制：
 

　　溶氧水平直接影响微生物代谢。发酵罐通过DO电极在线检测溶氧值，并与转速、通气量联动控制。例如，当DO值低于设定阈值时，系统自动提高搅拌速度或通气量，确保溶氧供应。
 

　　补料控制：
 

　　发酵过程中需补充营养物质以维持微生物生长。发酵罐配备多路蠕动泵，实现时间比例流加补料。补料量可累积显示和记录，确保营养物质的精准供给。
 

　　四、不锈钢发酵罐典型应用场景原理

 

　　好氧发酵：
 

　　如抗生素、氨基酸生产，需通过机械搅拌和通风供氧满足微生物对氧气的需求。气升式发酵罐利用气泡环流实现高效氧传递，适用于大规模生产。
 

　　厌氧发酵：
 

　　如酒精、溶剂生产，发酵罐结构相对简单，无需复杂通风系统。通过密封设计防止氧气进入，确保厌氧环境。
 

　　高温好氧发酵：
 

　　如畜禽粪便处理，利用高温生物菌技术，通过机械搅拌和通风供氧促进有机物分解。发酵罐配备除臭设备，处理废气达标排放。