好氧发酵罐是专为好氧微生物（如细菌、酵母、霉菌）设计的高效生物反应设备，通过强制通气与搅拌满足微生物的高耗氧需求。系统可精准控制溶氧（DO）、温

度、pH等关键参数，广泛应用于抗生素、酶制剂、氨基酸等产品的工业化生产，典型规模50-200m³。

一、设备组成

1. 主体结构：316L不锈钢罐体（径高比1:2-3）、机械密封顶盖（防泄漏设计）

2. 核心系统：

- 通气系统：环形分布器+微孔曝气头（0.5-2vvm）

- 搅拌系统：多层涡轮桨（50-1200rpm）

- 控氧模块：级联控制（搅拌+通气+富氧）

3. 监测系统：在线DO/pH传感器（±1%精度）、尾气分析仪（O₂/CO₂监测）

二、工作原理

1. 氧传递机制：通气产生气泡，搅拌将其破碎为微泡、维持kLa＞150h⁻¹（体积氧传质系数）

2. 过程控制：

- DO控制：30-50%饱和度（通过调节通气/搅拌）

- 温度控制：夹套水循环（±0.5℃）

- pH控制：自动流加酸碱（±0.1）

3. 代谢调控：根据CER（CO₂释放率）调整补料、限制性补糖（残糖＜1g/L）

三、设计方法

1. 传质优化：高径比设计增强气液接触、导流筒延长气泡停留时间

2. 节能设计：变频搅拌电机（节能30%）、热能回收系统（利用废气余热）

3. 无菌保障：空气除菌过滤器（0.01μm）、SIP在位灭菌（121℃/30min）

四、操作流程

1. 批次准备：空罐灭菌（SIP）→ 培养基连消（130℃/5min）

2. 发酵控制：接种量5-10% → 阶段提升搅拌速率（200→800rpm）→ 动态补料（基于OUR）

3. 放罐标准：目标产物浓度达标 → OD600达50-100（细菌）

五、维护保养

1. 日常维护：批间CIP清洗（1%NaOH→0.1M HNO₃）、检查空气过滤器压差

2. 定期维护：每月校准传感器、季度更换机械密封件

3. 关键维护：年度kLa性能验证、搅拌桨动平衡检测（每2000h）