演講人：日期:發酵罐課程設計專題目錄CONTENTS02.04.05.01.03.06.發酵罐技術概述滅菌與清潔規范罐體結構設計要點應用場景分析控制系統構建方法實操訓練模塊01發酵罐技術概述基本結構與功能定義包括罐身、罐頂、罐底及附件，用于承受發酵過程中產生的壓力。罐體結構實現發酵液的混合和均勻，提高發酵效率。攪拌系統提供微生物生長所需的氧氣，同時排出產生的二氧化碳等廢氣。通風與排氣系統維持發酵所需的適宜溫度，保證微生物的活性。加熱與冷卻系統發酵工藝核心參數溫度溶解氧pH值營養物濃度影響微生物的生長速率和代謝產物的種類，需嚴格控制。影響微生物的酶活性和代謝途徑，進而影響產物的產量和質量。對于好氧微生物來說，溶解氧是生長和代謝的必要條件。提供微生物生長所需的碳源、氮源和無機鹽等，其濃度需根據發酵階段進行調整。工業生物反應器分類機械攪拌通風發酵罐適用于細菌、酵母等微生物的發酵，攪拌和通風效果良好。02040301固態發酵反應器適用于固態或半固態物質的發酵，如飼料、酒曲等。氣升式發酵罐利用氣體提升液體實現混合，能耗低且對細胞損傷小。膜生物反應器利用膜技術實現發酵過程中的物質分離和純化，提高產品質量和收率。02罐體結構設計要點材質選擇與耐壓標準材質選擇根據發酵過程中產生的壓力、溫度、物料特性等因素，選擇適合的不銹鋼、碳鋼、玻璃鋼等材質。01壁厚設計根據罐體直徑、高度和所承受的壓力等參數，計算出合理的壁厚，確保罐體結構的穩定性。02壓力釋放裝置設計安全閥、爆破片等壓力釋放裝置，以防止罐內壓力過高造成危險。03攪拌系統動力學設計根據物料特性和發酵工藝要求，選擇合適的攪拌器類型，如槳葉式、錨式、渦輪式等。攪拌器類型攪拌速度攪拌功率根據物料粘稠度、擴散系數等參數，計算出適宜的攪拌速度，以保證物料混合均勻。根據攪拌器類型、攪拌速度、物料性質等參數，計算出所需的攪拌功率，選擇合適的電機和減速器。傳熱裝置優化策略根據發酵過程中需要的溫度范圍，選擇合適的傳熱方式，如夾套式、盤管式、外半管式等。傳熱方式根據傳熱方式和傳熱系數，計算出所需的傳熱面積，確保傳熱效率。傳熱面積在罐體外部采取保溫措施，如巖棉、玻璃棉等保溫材料，以減少熱量損失。保溫措施03控制系統構建方法溫度調控模塊設計加熱與冷卻系統設計合理的加熱與冷卻系統，如蒸汽加熱、冷卻水循環等，確保溫度控制精度。03采用PID控制算法，根據溫度設定值與實際值的偏差，計算控制量，調節加熱或冷卻系統。02控制器算法溫度傳感器選擇選用高精度、耐腐蝕、耐高溫的溫度傳感器，如熱電偶或鉑電阻，確保測量準確。01pH與溶氧監測機制pH傳感器選擇選用玻璃電極或復合電極的pH傳感器，確保測量準確，響應速度快。01溶氧傳感器選擇選用極譜式、熒光式或電化學式溶氧傳感器，根據工藝要求選擇合適的測量范圍。02數據記錄與報警實時監測pH與溶氧值，將數據記錄并設定報警閾值，以便及時采取措施。03自動化補料控制邏輯根據發酵工藝要求，確定補料種類（如碳源、氮源等）及補料方式（如間歇補料、連續補料等）。補料種類與方式補料時機與量補料泵與閥門控制根據發酵過程中的pH、溶氧、底物濃度等參數，通過算法計算補料時機與補料量，確保補料準確。根據補料時機與補料量，自動控制補料泵與閥門的開關，實現自動化補料。04滅菌與清潔規范原位滅菌（SIP）流程流程概述原位滅菌（SIP）即采用高溫、高壓蒸汽或化學劑對發酵罐及其管道進行滅菌處理，確保無菌狀態。滅菌前準備清洗發酵罐及其附屬設備，確保無殘留物；檢查蒸汽發生器、溫度傳感器等設備是否正常。滅菌過程升溫至121°C，并保持一定時間（通常為15-30分鐘），以達到滅菌效果；同時保持壓力穩定，確保蒸汽能穿透所有部位。滅菌后處理降溫至適宜發酵溫度；檢查設備有無損壞，準備接種。清洗死角消除方案清洗效果驗證通過目視檢查、取樣檢測等方式，確保清洗效果符合生產要求。03根據污染物性質選擇合適的清洗劑，如堿性清洗劑、酸性清洗劑等。02清洗劑選擇清洗方法采用旋轉噴頭、管道清洗球等工具，對發酵罐內壁、攪拌器、管道等難以清洗的部位進行清洗。01采用高效空氣過濾器，對進入發酵罐的空氣進行過濾，確保無菌。接種前對接種室進行滅菌處理；接種時嚴格遵循無菌操作規范，防止污染。實時監測發酵過程中的溫度、pH值、溶氧量等參數，發現異常及時處理。定期檢查管道閥門是否泄漏，及時更換密封件；避免閥門長期處于未關閉狀態，防止污染。防止染菌技術措施空氣過濾接種操作發酵過程監控管道閥門管理05應用場景分析抗生素生產案例通過青霉素菌種的發酵過程，產生青霉素類抗生素，具有高效、低成本的特點。青霉素發酵頭孢菌素類抗生素發酵過程中，通過優化發酵工藝，提高產物產量和質量。頭孢菌素發酵鏈霉素發酵過程涉及復雜的生物合成途徑，需要精確控制發酵條件。鏈霉素發酵酶制劑發酵優化淀粉酶發酵通過優化發酵條件，提高淀粉酶的產量和活性，用于食品、飼料等工業。01纖維素酶發酵纖維素酶能夠分解纖維素，將其轉化為可利用的糖類，具有廣泛的應用前景。02蛋白酶發酵蛋白酶在食品、洗滌劑、紡織等行業中具有廣泛應用，通過發酵優化提高其產量和穩定性。03基因工程菌培養細胞培養基因工程菌通過細胞培養技術，將基因工程菌培養到高密度，提高產物產量。03酵母菌具有良好的發酵性能和易于操作的特點，被廣泛用于基因工程菌的培養。02酵母菌基因工程菌大腸桿菌基因工程菌通過基因工程技術改造大腸桿菌，使其高效表達目標產物，如胰島素、干擾素等。0106實操訓練模塊設備組裝模擬實驗了解發酵罐各部件的名稱、功能及作用，模擬按實際工藝要求進行設備選型。設備選擇與功能組裝流程與規范安全操作與防范掌握發酵罐的組裝流程，學習并實踐正確的組裝方法和技巧，確保設備密封性。學習發酵罐組裝過程中的安全注意事項，預防可能出現的安全隱患和事故。熟悉發酵罐運行過程中可能出現的故障現象，如泄漏、堵塞、異常聲響等。常見故障識別掌握故障發生的原因，包括設備本身的問題、操作不當、環境因素等。故障原因分析針對不同類型的故障，學習并實踐應急處理方法和步驟，確保設備安全運行。應急處理措施故障診斷與應急處理工藝參數調優實踐關鍵