安置发酵罐设备的环境应整洁、干燥，通风良好

项目七 发酵罐的使用及放大 141

温度，因此罐体要能承受一定的压力，罐体加工制造好后，必须进行水压试验，水压试验压力应不低于工作压力的1.5倍。

(3)发酵罐的搅拌通气装置要能使气泡破碎并分散良好，气液混合充分，保证发酵液有充足的溶解氧，以利于好氧菌生长代谢的需要。

(4)发酵罐应具有良好的循环冷却和加热系统。微生物生长代谢过程放出大量的发酵热，过多的热量积累导致发酵液的温度升高，不利于微生物的生长。但也有些微生物需要在较高的温度下生长。为了保持发酵体系中稳定的内环境和控制发酵过程不同阶段所需的最适温度，应装有循环冷却和加热系统，以利于温度的控制。

(5)发酵罐内壁应抛光到一定精度，尽量减少死角，避免藏污积垢，要易于彻底灭菌，防止杂菌污染。

(6)搅拌器的轴封应严密，尽量避免泄漏。(7)发酵罐传递效率高,能耗低。

(8)具有机械消泡装置，要求放料、清洗维修等操作简便。

(9)根据发酵生产的实际要求，可以为发酵罐安装必要的温度、pH、液位、溶解氧、搅拌转速及通气流量等的传感器及补料控制装置，以提高发酵水平。

(三)发酵罐放大

1.发酵罐放大的目的

微生物发酵产品产业化研究分为三个阶段:实验室小试阶段→中试试验→工厂化生产。各阶段的任务不同:①实验室规模主要是菌种的选育及发酵条件的优化;②中试规模主要是确定放大规律及最佳操作条件;③工厂规模则主要是通过产业化实验，评价经济效益。

通过①、②两个阶段筛选到更好的菌种，以及更有效的培养基和更合适的发酵条件，确定放大规律以便实现产业化，获得更显著的经济效益。在①、②两个阶段的研究成熟之后，就可以在工厂实现大规模生产。因此，微生物发酵能否实现产业化的重要一环就是解决设备及工艺放大问题。

发酵工程的目的和任务是实现生物技术成果走向规模化生产。具体地，就是力求在发酵过程中，保证所有规模都有最佳的外部条件，以获得最大生产能力。发酵罐的放大就是为大规模生产获得最大生产能力提供核心设备。所以，发酵罐的性能是以生产能力为评价标准，即发酵罐的放大不能影响实验室阶段和中试阶段所获得的最大生产能力的实现，也就是在放大过程中要遵守“发酵单位相似”原则。而要保持“发酵单位相似”，就必须认真考虑放大设计，使不同规模的放大设备其外部条件相似。所谓外部条件，主要包括以下两个方面:①物理条件，如传热、传力,混合能力、功率消耗、剪切力等;②化学条件，如基质浓度、pH、前体浓度等，易于人为控制恒定，不受规模限制。

在放大过程中，物理条件会随规模扩大而发生明显变化，必须进行科学设计，才能使放大后的设备满足工艺放大要求。

2.放大准则

发酵罐的各种物理参数会随着发酵规模的放大而变化，并导致“发酵单位”在规模放大过程中发生相应的改变。因此，要保证规模放大过程中的“发酵单位相似”，就必须遵循一定的放大准则，即参照何种物理条件进行放大，才能使规模放大过程中的发酵单位基本相似，通常采用体积溶氧系数(KLa)相等，或单位体积功率(P/V)相等，或末端剪切力(nd)相等的原则放大。

放大过程中究竟采用以何种物理参数不变为依据，主要取决于哪种参数对放大过程中的

140 发酵置技术

出料结束后，应立即放水清洗发酵罐及料路管道阀门，并开动空压机，向发酵碟供气并搅拌，将路中的发酵液冲洗干净。将发酵罐电极拆下,清洗发酵罐。

(1)安置发酵罐设备的环境应整洁、干燥，通风良好，水、汽不得直接泼到设备上，(三)发酵罐的保养与维护

(2)发用罐精密过滤器一般使用期限为半年，如果过滤阻力太大或失去过滤能力致影响正意生产，删需清洗或更换，建议直接更换，不作清洗，因清洗操作后不能可靠保证过滤器的性能。(3)清洗发酵罐时,要用软毛刷进行刷洗，不要用硬器刮擦，以免损伤发酵罐的表面,(4)发酵罐配套仪表应按规定要求保养存放。压力表、安全阀、温度仪每年应粮准(5)发酵罐的电器、仪表、传感器等电气设备严禁直接与水、汽接触,以防受潮。次,以确保正常使用、

(6)发酵罐停止使用时应清洗、吹干。过滤器的滤芯应取出清洗、晾干，妥善保管，法兰压紧螺母应松开，防止密封圈永久变形。

(7)发酵罐的操作平台、恒温水箱等碳钢设备应定期刷油漆(一年一次)、防止锈蚀。(8)经常检查减速器油位，如润滑油不够，需及时增加。(9)应定期更换减速器润滑油，以延长其使用寿命。

(10)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。

三、机械搅拌通风发酵罐的设计与放大

(一)发酵罐设计的基本原则

机械搅拌通风发酵罐的设计原则是该发酵罐能否适合于生产工艺的放大要求，能否获得最大的生产效率。在确定发酵罐最大生产能力时，需要考虑两方面的主要因素:①必须考虑微生物生长率和产物转化率;②必须考虑发酵罐传递性能，包括传质效率、传热效率以及混合效果,如果微生物的生率、转化低,满足要求。还可通过进一步筛选菌株，获得高产菌株以进一步提高设备的利用率，充分发挥设备潜力。如果微生物的生长率、转化率高，菌株特性比小型罐表达效果差，则表明发酵罐最大设计能力偏低，不符合生产要求，需要进一步提高发酵罐的生产能力，发酵罐进行合适的放大改良，以满足微生物生长的需要。提高发酵罐的最大生产能力主要就是解决放大过程中出现传递性能下降的问题，即要重点改善发酵罐的传质、传热、混合等效果。

对于高氧耗的微生物发酵工艺来讲，传质有较高的要求，因为随规模扩大，比表面积a下降，则体积溶氧系数KLa下降,即同等条件下放大后传氧效率将会下降。对于传热而官，若无合理的冷却装置，热交换性能也会受到放大的限制。因为发酵产热(Q)随发酵罐放大体积增加而增加，面热交换能力仅随发酵罐放大表面积增加而增加，所以随着发酵罐的放大，发酵产热增加超过热交换冷却能力的增加。因此，除了筛选耐高温菌株以适应发酵放大外，改善发酵罐放大后的传热性能就显得十分重要。

(二)发酵罐设计的基本要求

由于发酵罐需要在无杂菌污染的条件下长期运转，必须保证微生物在发酵罐中正常的生长代谢，并且能最大限度地合成目的产物，所以发酵罐设计必须满足如下要求。

氧的利用率相对较高。 (1)发酵罐应具有适宜的高径比、发酵罐的高度与直径比约为2.5一4。因为罐身长，

(2)发酵罐能承受一定的压力，由于发酵罐在灭菌及正常工作时，罐内有一定的压力和