大型发酵罐文献综述和参考文献

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随着发酵罐生化技术的提高和生化产品需求量的不断增加，对发酵罐的大型化、节能和高效提出了越来越高的要求。目前国际抗生素发酵罐的容积以80～200m³为主，而生产氨基酸、柠檬酸的发酵罐较普遍使用150～400m³，美国ADM公司赖氨酸发酵罐的容积为105u.s.gal,折合公称容积为380m³。[5]我国自行设计的柠檬酸发酵罐已达450m³。发酵是在无菌空气通入（或厌氧）条件下进行的复杂生化过程，也可称为在通气条件下纯种浸没培养过程，因而发酵罐的设计，不仅仅是单体设备的设计，而且涉及培养基灭菌、无菌空气的制备、发酵过程的控制和工艺管道配制的系统工程。
技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国发酵罐市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外发酵罐生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。9570
20世纪90年代后，国内发酵罐的装备得到了显著改善，具体表现在以下几方面：
（1）容积抗生素发酵扩大至100～150m³；赖氨酸发酵已达200m³；柠檬酸发酵已达450m³。
（2）发酵罐的制作材质逐步由碳钢改为不锈钢。
（3）传热由单一的罐内多组立式蛇管改为罐壁半圆形外盘管为主，辅之罐内冷却管。
（4）搅拌罐的传动装置减速机由皮带减速机改为齿轮减速机。
（5）搅拌罐的搅拌装置由单一径向叶轮改为轴向和径向组合型叶轮。[6]
3.2 发酵罐的设计结构发展
1 发酵罐的搅拌形式
目前发酵罐都需通入无菌压缩工期并配备搅拌系统。为了使这些菌类在培养过程中获得足够的氧气，近几十年来不断地对同期和搅拌装置进行改进，我国的第一个发酵罐采用的是伍式（Waldhof type）搅拌[7]，其结构是底层设离心叶轮，其上配备大型导流筒（亦称为拉力筒），可使液流由底部叶轮甩向周边并向上流动到页面后转向，由中间的导流筒引向下流，至1950年代中期华北制药厂投产时则全部采用三层箭叶式搅拌，在其后的不少发酵罐中也采用三层箭叶。
不同搅拌形式的气通效果特点不同，列举以下几种不同的搅拌系统的工况做对比：优尔平叶，优尔弯叶，优尔箭叶，十二翼圆盘式和伍式搅拌。对比的结果是在较高的单位容积功率Pv及通气线速度V，条件下优尔弯叶型效果交加，在Pv即V较低的条件下优尔平叶型交加，伍式搅拌则在需氧要求较低的情况下功率消耗略低。优尔箭叶型换为优尔弯叶型搅拌，两者功率常数基本相等，对电机功率要求不变，而供养系数K则优尔弯叶为优。
弯曲叶片可使其背面的漩涡减小,抑制叶片后方气穴的形成。这种结构使该搅拌器具有如下优点:载气能力提高；改善了分散和传质能力；由于通气而造成的搅拌功率下降的程度减小。根据这些研究成果，各混合设备公司推出了采用弯曲叶片的搅拌器，其中有Chemineer公司的CD-6，Lightnin公司的R130 搅拌器，Philadelphia公司的Smith turbine （6DS90）。[8]此类搅拌器的叶片采用的是半管的结构。在湍流条件下，其功率准数一般在2. 8～3. 2 之间。

图3.1 常用的涡轮式搅拌器
2 变速装置—齿轮减速机
随着机械工业的发展，数控机床的出现，国内齿轮减速机产品的质量不断提高，解决了齿轮减速机输出轴密封漏油问题。国产中小功率齿轮减速机价格较便宜，已经普遍使用在中小发酵罐上。外资企业在国内生产的大功率齿轮减速机可使用在大型发酵罐上。[9]齿轮传动装置是各种机械传动装置中最结实耐用的，它能以高效率传递高功率，并且使用寿命长，但造价比皮带减速装置高。