工业发酵罐是指工业上用于微生物发酵的设备。工业发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广泛的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产品的桥梁。实验室常用的发酵罐全容积通常在2升至500升之间，500升至5000升为中试发酵罐，实际工业应用中发酵罐全容积通常在5000升以上。工业发酵罐可经受蒸汽灭菌，具有一定的操作灵活性，尽量减少内部附件（避免死角），物质和能量传递性能强，可调节，便于清洗，减少污染。适用于多种产品的生产，降低能耗。
1.发酵特点
工业发酵罐的基本结构通常由罐体、加热系统、冷却系统、压力控制系统、传感器及控制系统、搅拌系统、进出料口等几部分组成。工业发酵罐的具体结构和配置会结合使用场景进行设计。有些工业发酵罐还可能配备附加设备，如溶解氧控制系统、pH传感器等，以提供更好的控制和监控。
工业发酵与其他化工行业最大的区别在于它是生物体进行的化学反应，其主要特点有：
1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，安全性较高，所需条件也比较简单。
2、发酵所用的原料通常是淀粉、糖蜜或其他农副产品，通过加入少量的有机和无机氮源即可进行反应。微生物因种类不同，可选择性地利用其所需的营养物质。利用这一特性，可以利用废水、废弃物作为发酵原料，实现生物资源的转化和更新。
3.发酵过程由生物体自动调节完成，反应专一性强，因而可获得相对单一的代谢产物。
4.由于生物体自身的反应机理，可以专一性地、高选择性地进行某些复杂化合物的氧化、还原等化学转化反应，也可以生成相对复杂的高分子化合物。
5、发酵过程中细菌污染的防治至关重要。除对设备进行严格的消毒、空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果被细菌污染，生产将遭受巨大的经济损失。如果被噬菌体感染，发酵将造成更大的危害。因此，维持无菌条件是发酵成功的关键。
6.微生物菌种是发酵的根本因素，通过诱变、菌种筛选，可获得高产优良菌种，充分利用生产设备，还可获得常规方法难以生产的产品。
7.工业发酵与其他行业相比，投资少，见效快，可以取得显著的经济效益。
基于以上特点，工业发酵越来越受到人们的重视。与传统发酵技术相比，现代发酵工程除了具有上述发酵特点外，还具有更多的优势。除了利用微生物，还可以利用动植物细胞、酶，还可以利用人工构建的“工程菌”进行反应；反应设备也不再只是常规的发酵罐，而是被各种生物反应器所取代，自动化程度和连续性都很高，在原有基础上提高和革新了发酵水平。
2.发酵过程的组成部分：
（1）确定种子培育和发酵生产所用的培养基成分；
（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；
（3）培养具有活性的适宜纯种菌株，接种于生产容器中；
（4）微生物在发酵罐中在最适宜产品生长的条件下生长；
(5)产品提取、精制；
（6）处理过程中产生的废弃物。
发酵过程示意图
工业发酵罐的运行首先要进行技术准备，即检查电源、管路、空压机、循环水系统是否正常。然后进料前进行空气消毒，确保系统处于无菌状态。工业发酵罐除湿后，加入培养基进行实际消毒。灭菌后，将工业发酵罐冷却到合适的温度，引入所需的菌种进行发酵操作。发酵过程中，按照规范的无菌操作进行取样和检测。发酵结束后，出料，清洗工业发酵罐。
工业发酵罐也容易发生污染和结垢，特别是在罐内实际消除培养基时，更是如此。因此，应树立“预防为主”的观念，从设备入手，消除可能造成工业发酵罐被污染的各种隐患。
（1）保证工业发酵罐的密封性
工业发酵罐是工业发酵生产的主要设备，工业发酵罐在使用前需要仔细检查，如其搅拌系统转动是否异常、机械密封是否严密、罐内螺丝是否松动、罐内管道是否堵塞、罐内夹层或盘管是否漏水、罐体连接阀门是否严密等。
目前工业发酵罐普遍采用机械密封，取代了以往搅拌轴的填料密封形式。但如果安装精度不高或所选用的机械密封系统不合适，轴封仍然会出现泄漏，造成细菌污染。因此，安装搅拌轴时要注意找正。
（2）拆除工业发酵罐视镜冲洗管路
为了方便观察工业发酵罐内发酵情况，工业发酵罐内一般设置有冲洗视镜的蒸汽管，但一旦蒸汽在管内凝结，则不能完全保证冷凝水的无菌性，因此应拆除冲洗视镜的蒸汽管，以降低细菌污染风险。若罐内雾气较重难以看清，可使用亮度较高的视镜灯。
（3）工业发酵罐用PVDF膜
传统的空气净化系统采用活性炭、棉花、超细玻璃纤维纸等作为滤芯，过滤效果差，操作复杂。目前国内膜过滤技术已经比较成熟，例如采用聚偏氟乙烯（PVDF）制成的折叠式微孔膜滤芯，不仅过滤精度高，而且流量大。
在使用工业发酵罐时，技术人员只需要注意对过滤器前的压缩空气进行除湿、除油，并按照规范对过滤器进行灭菌，即可保证空气的无菌性。另外由于PVDF膜对压缩空气中的水分不敏感，且膜本身疏水性强，可以解决空气湿度过高时棉质过滤器无法使用的问题。
（4）定期检查工业发酵罐的监控系统
发酵培养基的彻底灭菌是利用高温过饱和蒸汽凝固、杀死各种细菌及真菌蛋白。在制药行业灭菌中，对预热时间、蒸汽阀门开度、灭菌温度、灭菌压力、泡沫控制等都有严格的要求，任何一个环节出现问题都容易导致细菌污染。
工业上一般杀菌温度为110℃，杀菌压力在0.5MPa以上，杀菌温度和压力的准确性取决于各种温度探头、压力传感器等监控系统，因此定期检测这类探头和传感器非常重要。另外，随着工业发酵罐容积的增大，相同罐压对应的罐温是降低的，因此当温度与压力的相关性发生变化时，应以温度为标准。
（5）工业发酵罐阀门采用软密封
工业发酵罐阀门是发酵设备中最常用的辅助设备，其中最常用的是截止阀。阀门对介质的密封性能可分为四个等级，即公称级、低泄漏级、蒸汽级和原子级。公称级和低泄漏级密封适用于有松散关闭要求的阀门，例如用于控制流量的阀门。
蒸汽级密封适用于蒸汽和大多数其它工业阀门的阀座、阀杆及阀体连接处的密封。原子级密封适用于对介质密封要求极高的场合，如航天器、原子能设备等。由于发酵工业中要用高温蒸汽对发酵设备进行灭菌，所以阀门对介质的密封性能就要求采用蒸汽级密封。
软密封阀门关闭件一般采用软垫片，利用垫片较大的弹塑性变形，形成较宽的环状密封接触区，填补密封面上的不平整，消除间隙，形成密封。加工精度一般不高。如有特殊要求，阀体材料可采用不锈钢，软密封关闭件可用可更换的聚四氟乙烯垫片代替。这样，只需经常更换聚四氟乙烯垫片，即可保证阀门的密封性。
（6）工业发酵罐阀门上密封检查
工业发酵罐截止阀的阀杆和阀体内孔加工质量不好，或长期使用造成填料与阀杆的配合间隙磨损增大，介质就会从阀杆处漏出，这种现象称为阀门的“上密封泄漏”。但在工业发酵生产中，阀门的上密封检查往往被人们忽视。因此，对于用于发酵的阀门，不仅要注意密封子结构的泄漏，还要注意上密封的泄漏。
在工业发酵生产中，由于发酵工艺的要求，有些阀门并不是按照流体的流向安装的。例如有些工业发酵罐中的取样阀是紧邻工业发酵罐的DIY阀门。为了在取样前对阀门进行灭菌，将阀门安装在发酵液流动的反方向，这样可以在取样阀的底部安装一个小的附加阀门，让蒸汽流通。取样阀的上部密封结构对密封性要求非常高，否则发酵液可能会渗透到取样阀的上部密封结构中，甚至从上部密封结构泄漏，导致工业发酵罐受到污染。
目前，国产截止阀大多采用多层填料结构，并在填料结构上增加硬质隔圈，或在密封圈上部加装碟形弹簧，提高了密封力的自调节能力，提高了密封性能。如果上部密封发生泄漏，而国产阀门上部密封结构难以改变时，可通过更换填料型式来解决泄漏问题。
预防工业发酵罐细菌污染：
- 在工业发酵罐中进行无菌操作
- 种子不得含有外来细菌
- 空气过滤器必须保持良好的质量
- 注意不要有太多泡沫
- 确保空气系统的无菌
- 工业发酵罐的密封性，特别是一些死角，必须特别注意
- 如果要移植种子，还必须保证管道和死角的无菌
- 确保种子正常，无污染和变异
- 如果有中期喂养，必须确保喂养系统无菌
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