机械搅拌式发酵罐是生物工程行业中应用最广泛的核心反应设备，尤其适用于高粘度、高密度或对溶氧要求苛刻的发酵过程。它通过机械搅拌实现气液固三相的均匀混合、传质与传热，为微生物或细胞的高效生长与产物合成提供可控、稳定的环境。
一、设备组成
其主要组成包括：
1.罐体系统：包括不锈钢筒体、夹套或盘管，用于容纳物料并控制温度。
2.搅拌系统：核心单元，包括驱动电机、变速装置、搅拌轴及多层搅拌桨（如径向流的涡轮桨和轴向流的推进桨）。
3.通气系统：包括无菌空气过滤器、罐底空气分布器（喷管或环形管），用于提供氧气。
4.传动与密封系统：保证搅拌轴高速转动的同时，维持罐内无菌环境的机械密封装置。
5. 辅助系统：包括挡板（消除涡流）、消泡器、pH/DO/温度等传感器接口，以及CIP清洗系统。
二、工作原理
其核心原理是强制对流与剪切传质。无菌空气通过分布器进入罐内，形成气泡。高速旋转的搅拌桨叶将大气泡打碎成细小气泡，极大地增加了气液接触面积。同时，桨叶产生的轴向与径向流动使气泡、营养物质和菌体在罐内充分混合与循环，确保了溶氧（DO）和温度的均一性，满足了微生物的代谢需求。
三、设计方法
设计围绕高传质效率、低剪切伤害和绝对无菌三大原则。搅拌桨类型、直径、层数及转速需根据发酵液特性进行组合设计与计算，以平衡溶氧系数与剪切力。采用精密的机械密封确保长期运行无污染；罐内所有接触表面进行镜面抛光，消除死角；夹套/盘管的换热面积需满足灭菌和培养过程的峰值热负荷需求。
四、操作流程
1.空消/实消：对空罐或装有培养基的罐体进行高温蒸汽灭菌。
2.培养基准备与接种：灭菌冷却后，无菌接入菌种。
3.发酵控制：启动搅拌与通气，根据工艺曲线自动控制温度、pH、DO（通过调节搅拌转速、通气量或罐压）、泡沫等参数。
4.放罐与收获：发酵结束后，将发酵液输送至下游处理工段。
5. CIP清洗：立即进行彻底原位清洗，为下一批次做准备。
五、维护保养
维护重点是保证长期运行的机械可靠性与无菌保障。
1.日常：每批次后执行CIP，检查机械密封的泄漏与润滑情况。
2.定期：校验传感器；检查搅拌桨的松动与腐蚀；测试传动系统的振动与对中；对机械密封进行预防性更换。
3.长期：定期进行压力测试与无菌性验证。
