1.前言

隨著生化技術(shù)和生化產(chǎn)品的不斷提高，抗生素產(chǎn)量也不斷提高，尤其和人類身體健康關(guān)系密切的抗生素需求量更大。青霉素及其半合成產(chǎn)品、紅霉素及其半合成產(chǎn)品等抗生素生產(chǎn)發(fā)展很快，隨著這些產(chǎn)品的增長，其生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)，生產(chǎn)設(shè)備不斷完善。現(xiàn)在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)都實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵全過程微機(jī)控制，自動(dòng)補(bǔ)料、攪拌系統(tǒng)采用變頻調(diào)速，使發(fā)酵設(shè)備生產(chǎn)更易控制，降低了染菌率，提高了發(fā)酵水平，為不銹鋼發(fā)酵罐單罐容積大型化提供了條件。就以紅霉素生產(chǎn)為例，2000年前國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠都采用60~120 m3發(fā)酵罐，現(xiàn)在的新上項(xiàng)目大都采用200~300 m3 不銹鋼發(fā)酵罐。因此，發(fā)酵罐容積大型化對(duì)發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，現(xiàn)就大型發(fā)酵罐設(shè)計(jì)中值得注意的問題介紹如下。

2.流量和流體剪切作用

發(fā)酵可簡(jiǎn)單定義為利用微生物把一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)。最常用的微生物為細(xì)菌、酵母菌、霉菌等。微生物的食物以及要求產(chǎn)品以料漿形式存在，其粘度范圍為 2000~3000 cp（2~3 pa·s），稱為膠液或發(fā)酵液。發(fā)酵罐內(nèi)微生物在有氧條件下以可分解的物料為食物而產(chǎn)生出所需要的產(chǎn)品，從混合的觀點(diǎn)看，發(fā)酵罐涉及氣體分散、固體懸浮、傳熱和混合均勻等作用。每一種發(fā)酵作用都有其獨(dú)特之處，因此，要對(duì)攪拌器的最佳結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)研究。最重要的問題通常是從空氣到發(fā)酵料漿中氧的傳遞以及料漿到微生物中氧的傳遞。微生物僅能以一定的呼吸速率來利用氧氣，這和人類的呼吸相類似，發(fā)酵罐必須能提供良好的有氧環(huán)境以滿足微生物呼吸速率的需要。每種微生物所能承受的最大剪切應(yīng)力不同。酵母菌和細(xì)菌都是單細(xì)胞植物，并且非常小，酵母菌成不規(guī)則的卵形，直徑大約在0.004~0.01mm。細(xì)菌還要更小一些，大多數(shù)細(xì)菌的最大尺寸都小于0.007mm，并且形狀多種多樣。許多芽胞桿菌是桿狀的，酵母菌是通過發(fā)芽來增殖，細(xì)菌通過復(fù)分裂來增殖，霉菌為多細(xì)胞的絲狀體，是通過菌絲的植物性生長而增殖的。霉菌的這種菌絲生長結(jié)構(gòu)必然使霉菌對(duì)剪切作用很敏感，應(yīng)仔細(xì)研究攪拌器產(chǎn)生的最大剪切力，以避免阻礙這些微生物生長。

隨著抗生素產(chǎn)品產(chǎn)量提高，發(fā)酵罐單罐容積趨向大型化，對(duì)發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)者提出了許多新問題。我們應(yīng)該使大型發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)、攪拌形式更適應(yīng)發(fā)酵生產(chǎn)中微生物代謝過程，提高發(fā)酵液中氧氣傳遞速率，提高發(fā)酵生產(chǎn)水平，這是大型發(fā)酵罐設(shè)計(jì)者的永恒主題。

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