用于厌气发酵(如生产酒精、溶剂)的发酵罐结构可以较简单。用于好气发酵(如生产抗生素、氨基酸、有机酸、维生素等)的发酵罐因需向罐中连续通入大量无菌空气,并为考虑通入空气的利用率,故在发酵罐结构上较为复杂,常用的有机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。
发酵罐广泛应用于乳制品、饮料、生物工程、制药、精细化工等行业,罐体设有夹层、保温层、可加热、冷却、保温。罐体与上下填充头(或锥形)均采用旋压R角加工,罐内壁经镜面抛光处理,无卫生死角,而全封闭设计确保物料始终处一的状态下混合、发酵,设备配备空气呼吸孔,CIP清洗喷头,人孔等装置。
设备停止使用时,应及时清洗干净,排尽发酵罐及各管道中的余水;松开发酵罐罐盖及手孔螺丝,防止密封圈产生变形。操作平台、恒温水箱等碳钢设备应定期(一年一次)刷油漆,防止锈蚀。经常检查减速器油位,如润滑油不够,需及时增加。定期更换减速器润滑油,以延长其使用寿命。如果发酵罐暂时不用,则需对发酵罐进行空消,并排尽罐内及各管道内的余水。
发酵罐广泛应用于饮料、化工、食品、乳品、佐料、酿酒、制药等行业,起发酵作用。发酵罐的组成部件包括:罐体主要用来培养发酵各种菌体,密封性要好(防止菌体被污染),罐体当中有搅拌浆,用于发酵过程当中不停的搅拌;底部有通气的Sparger,用来通入菌体生长所需要的空气或氧气 ,罐体的顶盘上有控制传感器,常用的有pH电极和DO电极,用来监测发酵过程中发酵液pH和DO的变化;控制器用来显示和控制发酵条件。根据发酵罐的设备分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐;根据微生物的生长代谢需要分为好气型发酵罐和厌气型发酵灌。
在许多过程中,气液接触是十分重要的,气体需要与液体进行充分且有效的接触以提供足够的质量传递或热量传递能力。比如有的氯化和磺化反应是快反应,这需要搅拌器能提供很高的传质强度;有的反应需要吸收难以溶解的氧气,这又需要搅拌器能提供很高的分散能力。机械搅拌式发酵罐早期研究认为,气液分散是气体直接被搅拌器剪切成细小的气泡而形成的。但近年的研究表明,气液分散是受气穴控制的。当气速过大或搅拌转速过低时,整个搅拌器被气穴包裹,气体穿过搅拌器直接上升到液面,发生气泛。
气液接触过程的主要有有以下几种:气相和液相需要的停留时间分布、允许压力降、相对质量流率、是否逆流接触、局部混合能力、是否需要补充或移出热量、腐蚀条件、泡沫行为与相分离、反应时需要的流型、反应与传质的关系、层流和过渡区的流变行为等。这些因素又大都与搅拌器关系密切。搅拌槽内的气体分散大致有以下几个状态:气泛状态(大部分气体未分散,气泡沿搅拌轴直接上升到液面),载气状态(气体基本得到分散,分布器以下分布不良),完全分散状态。