發(fā)酵罐是一種生化反應(yīng)設(shè)備，是發(fā)酵生產(chǎn)中必備的設(shè)備，發(fā)酵就是使微生物大量分泌抗菌素。發(fā)酵罐就是為菌種提供在適宜的溫度，適當(dāng)?shù)耐鈹嚢钘l件下，在液體培養(yǎng)基中大量繁殖及分泌抗菌素的設(shè)備。發(fā)酵罐被廣泛應(yīng)用于抗生素、氨基酸、檸檬酸等各個(gè)領(lǐng)域。發(fā)酵罐的型式有標(biāo)準(zhǔn)式、無機(jī)械攪拌式和自吸式3種，由于發(fā)酵的產(chǎn)品不同，菌種不同，所以發(fā)酵的工藝要求也不同。因此，發(fā)酵罐工藝設(shè)計(jì)也不同。
從防止發(fā)酵罐污染的角度考慮，整個(gè)發(fā)酵罐罐體應(yīng)保證無滲漏、積料、死角?，F(xiàn)代的生物制品發(fā)酵罐罐體大都采用316L不銹鋼制成，采用電拋光或化學(xué)拋光，有的發(fā)酵罐內(nèi)外都作了鏡面拋光，同制品接觸而的光潔度小于0.3μ。高光潔度使得罐體更容易清潔，減低了污染幾率。罐體小于10L的實(shí)驗(yàn)規(guī)模發(fā)酵罐一般用硬質(zhì)化學(xué)玻璃制作，以適臺(tái)觀察。
為了獲得較好的攪拌混合和溶解氧(DO)的效果，用于培養(yǎng)細(xì)胞的罐體其高徑比(H/D，H為罐高，D為罐直徑)一般在2～3。在培養(yǎng)細(xì)菌時(shí)，由于細(xì)菌最終生長(zhǎng)密度很大，為防止產(chǎn)生沉淀提高溶氧量，通常采用高轉(zhuǎn)速，高徑比2.5～3，罐體瘦長(zhǎng)，由于攪拌速度較高，為防止形成漩渦，在罐體壁上常裝有檔板(buffer)。在培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞時(shí)，由于細(xì)胞對(duì)攪拌的剪切力敏感，攪拌速度一般較低，因此其高徑比一般采用1～1.5，以便增大氣液接觸面。
由于無菌培養(yǎng)的要求，50L以上的發(fā)酵罐一般都配有在位滅菌系統(tǒng)(SIP)，所以發(fā)酵罐的罐體還需符合壓力容器的有關(guān)規(guī)定，如壁厚、材料、連接件、安全裝置等，發(fā)酵罐所使用的壓力表因需同制品接觸必須采用衛(wèi)生型隔膜式接頭。
在純蒸汽滅菌操作過程中，人員離罐體很近，必須具備可靠的安全裝置，一些發(fā)酵罐采用爆破片作為過壓保護(hù)裝置，安全可靠但價(jià)格高，一但過壓爆破只有更新。另一些發(fā)酵罐采用可復(fù)位的安全釋放閥，可重復(fù)使用但易污染系統(tǒng)。生產(chǎn)型的發(fā)酵罐系統(tǒng)應(yīng)考慮是否符臺(tái)生物制品工業(yè)大規(guī)模安全規(guī)范。
發(fā)酵罐攪拌系統(tǒng)
發(fā)酵罐的攪拌系統(tǒng)多種多樣，是各生產(chǎn)商努力研究的重點(diǎn)。首要作用是發(fā)酵液通過攪拌流動(dòng)，增加氣液交換的機(jī)會(huì)以提高溶氧值，其次使發(fā)酵液充分混和，并使液體中的固形物料保持均勻的懸浮狀態(tài)，有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝物的分散。
各類發(fā)酵罐的攪拌側(cè)重不同，攪拌器可以使被攪拌的液體產(chǎn)生軸向流動(dòng)和徑向流動(dòng)，不同的葉槳所產(chǎn)生的液體流向差別很大。在培養(yǎng)微生物的發(fā)酵罐內(nèi)多采用圓盤渦輪攪拌器，它有平葉式、彎葉式和箭葉式三種，葉片數(shù)量一般為六個(gè)，少至三個(gè)，多至八個(gè)。
當(dāng)采用底部進(jìn)氣時(shí)，攪拌器打碎空氣氣泡，使大氣泡分散成較小的氣泡，增加氣一液接觸界面，以提高氧的傳質(zhì)速率。就粉碎氣泡的能力作比較，平葉攪拌器大于彎葉攪拌器，彎葉攪拌器大于箭葉攪拌器，但其翻動(dòng)流體的能力則與上述情況相反。為了使發(fā)酵液充分地被攪動(dòng)，根據(jù)發(fā)酵罐的容積，在同一攪拌軸上常配置多個(gè)攪拌葉槳，三層攪拌槳是常用的方法。
在培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，一般傾向于采用較大的傾斜槳葉攪拌器或船舶推進(jìn)槳式攪拌器，特別在采用微載體培養(yǎng)時(shí)更是如此，它可在較低的攪拌轉(zhuǎn)速下使載體懸浮。此類葉槳多采用三葉、45°傾角，它具有較好的使溶液上下翻動(dòng)的能力。
近年的各類先進(jìn)發(fā)酵罐都安裝了磁偶臺(tái)直流電機(jī)，采用磁偶臺(tái)使得罐體內(nèi)外沒有了直接的軸連接，進(jìn)一步減小了污染幾率。采用直流電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，這對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)尤其重要，慢速的起停減小了對(duì)細(xì)胞的傷害。
對(duì)于一些較大的發(fā)酵罐系統(tǒng)，由于功率需要，多采用變頻交流電機(jī)控制轉(zhuǎn)速。細(xì)菌培養(yǎng)罐轉(zhuǎn)速大多為50-1000rpm，細(xì)胞培養(yǎng)罐多為10-300rpm。大多數(shù)的發(fā)酵罐攪拌電機(jī)都安裝在罐體軸線上，位于頂部的居多，但由于攪拌電機(jī)和頂蓋的重量加大，必需增加一套頂蓋提升系統(tǒng)，攪拌軸一般從罐頂伸人罐內(nèi)，但對(duì)容積很大的大型發(fā)酵罐，也可采用下伸軸(即攪拌電機(jī)安裝于罐底)，下伸軸式裝置可使發(fā)酵罐重心降低，軸的長(zhǎng)度縮短，穩(wěn)定性提高。發(fā)酵罐操作面的傳動(dòng)嗓音也可大為降低。而且罐頂空間可充分用來安裝其它部件。
一些中小型的發(fā)酵罐為了省去罐體頂蓋提升系統(tǒng)也采用了下伸軸，但是下伸軸的使用，對(duì)軸封的要求更為嚴(yán)格，不易清潔，檢修也增加了一些難度。有的發(fā)酵罐采用了偏心安裝轉(zhuǎn)軸(即葉輪不在罐體軸線上)的方式，可以有效地避免產(chǎn)生漩渦和底部沉積，但其缺點(diǎn)同前，而且不利于溶液的上下翻滾。
此外還有一類特殊的攪拌方式，它采用上下震動(dòng)的方式來混臺(tái)溶液，多用于細(xì)菌培養(yǎng)發(fā)酵罐。
