不銹鋼發酵罐的原理主要圍繞機械攪拌、通風供氧、環境控制三大核心展開，通過物理與化學手段協同作用，為微生物提供適宜的生長和代謝環境，從而實現目標產物的高效合成。以下是具體原理及分點闡述：
 

　　一、機械攪拌與氣液混合原理
 

　　攪拌槳作用：
 

　　發酵罐內配備頂入式機械攪拌系統，通過攪拌槳的旋轉將空氣分散成微小氣泡，使其均勻分布于發酵液中。攪拌槳的設計(如平直葉輪、斜葉輪)可產生不同的流場特性，例如平直葉輪適用于高黏度體系，而斜葉輪則能增強軸向混合效果。
 

　　氣泡粉碎與氧傳遞：
 

　　攪拌槳的旋轉產生離心力，使氣泡在葉輪周圍形成強烈的混合流。氣泡被粉碎成更小的尺寸，顯著增加氣液接觸面積，從而提高氧氣的溶解速度和傳質效率。例如，在啤酒發酵中，酵母需充足氧氣進行呼吸作用，攪拌槳通過粉碎氣泡確保溶氧水平滿足需求。
 

　　循環流形成：
 

　　氣升式發酵罐通過空氣噴嘴噴出高速氣泡，利用通氣側與不通氣側的液體密度差形成環流。這種內循環方式無需機械攪拌，即可實現液體與氣體的充分混合，適用于對剪切力敏感的微生物培養。
 

　　二、通風供氧與無菌控制原理
 

　　無菌空氣供應：
 

　　好氣發酵(如抗生素生產)需連續通入大量無菌空氣。空氣經深層通氣系統進入發酵罐，通過玻璃轉子流量計顯示流量，并由壓力表監測壓力。系統配備不銹鋼外殼的高效除菌過濾器(過濾精度0.01μm)，確保空氣無菌，防止雜菌污染。
 

　　氧傳遞效率優化：
 

　　通風量與攪拌速度的協同控制是關鍵。例如，通過調節通氣量(最大1.5VVM)和攪拌轉速(50-600rpm)，可優化氧傳遞系數(KLa)，使溶氧水平(DO)維持在目標范圍(如0-100%或0-200%)。部分發酵罐還配備質量流量控制器，實現空氣流量的自動調節。
 

　　壓力控制與安全性：
 

　　罐內壓力由通入氣體和發酵產生氣體共同形成。通過調節排氣閥開度控制罐壓，頂部排氣口配置指針式壓力表顯示壓力值。可選配進口壓力變送器和自動調節閥，實現罐壓的精準控制(如0.05MPa)，確保發酵過程的安全性。
 

　　三、環境控制與微生物代謝調節原理
 

　　溫度控制：
 

　　發酵罐配備夾套或盤管換熱裝置，通過通入冷水或熱水調節發酵液溫度。溫度傳感器實時監測溫度，并將信號反饋給控制系統。當溫度偏離設定值(如乳酸菌發酵的40-45℃)時，系統自動調節換熱介質流量，使溫度保持在設定范圍內。
 

　　pH值調節：
 

　　微生物代謝活動會導致發酵液pH值變化。發酵罐配備pH傳感器和酸堿添加裝置，實時監測并調節pH值。例如，抗生素發酵不同階段需不同pH值，當pH偏離設定范圍時，控制系統自動啟動酸堿泵，添加適量酸或堿，使pH恢復至設定值。
 

　　溶氧(DO)控制：
 

　　溶氧水平直接影響微生物代謝。發酵罐通過DO電極在線檢測溶氧值，并與轉速、通氣量聯動控制。例如，當DO值低于設定閾值時，系統自動提高攪拌速度或通氣量，確保溶氧供應。
 

　　補料控制：
 

　　發酵過程中需補充營養物質以維持微生物生長。發酵罐配備多路蠕動泵，實現時間比例流加補料。補料量可累積顯示和記錄，確保營養物質的精準供給。
 

　　四、不銹鋼發酵罐典型應用場景原理

 

　　好氧發酵：
 

　　如抗生素、氨基酸生產，需通過機械攪拌和通風供氧滿足微生物對氧氣的需求。氣升式發酵罐利用氣泡環流實現高效氧傳遞，適用于大規模生產。
 

　　厭氧發酵：
 

　　如酒精、溶劑生產，發酵罐結構相對簡單，無需復雜通風系統。通過密封設計防止氧氣進入，確保厭氧環境。
 

　　高溫好氧發酵：
 

　　如畜禽糞便處理，利用高溫生物菌技術，通過機械攪拌和通風供氧促進有機物分解。發酵罐配備除臭設備，處理廢氣達標排放。