行业案例 | 发酵罐冷热恒温系统解决方案

在现代工业生产与科学研究领域，发酵设备扮演着举足轻重的角色。无论是食品饮料行业，如酸奶、啤酒的制作，还是动保、环保、植保、肠道健康、化妆品原料、亦或是生物制药等产业中各类生物制品的生产，都离不开发酵设备的支持。凯德利分享发酵罐的冷热恒温解决方案，以供参考。

01应用原理

发酵罐的核心原理是为微生物提供适宜的生长环境，使其能够进行特定的代谢活动，从而产生所需的物质。

（夹套换热装置及热交换示意图）

在发酵工艺流程中，微生物的生长和代谢对温度极为敏感。不同的微生物具有最适生长温度范围，例如酵母菌发酵生产酒精的最适温度通常在 25℃ - 30℃。发酵罐配备有温度控制系统，通过夹套或盘管等结构，利用循环的热媒（如热水）或冷媒（如冷水）来调节罐内温度，使其始终保持在微生物生长的最佳温度区间。

02项目背景

山东某生物制药企业是国内领先的酶制剂生产企业，其核心产品依赖大型发酵罐连续发酵工艺。随着产能扩大和“双碳”政策压力，企业面临两大痛点：

✔能耗高：传统蒸汽加热+电制冷模式，企业年能源成本高。

✔温控波动大：发酵罐温度偏差±2℃，导致菌种活性不稳定，批次产物差异达15%。

03方案设计

以该企业发酵车间150m³发酵罐为例，内装发酵液120m³，发酵温度26 ℃，采用冷冻水（15～20 ℃）进行冷却；通气比为1:1，压缩空气进罐压力为0.20 MPa（表压），空气进口温度40 ℃；采用0.3 MPa蒸汽进行实罐灭菌，发酵罐采用内盘管进行传热；采用实消的方式灭菌，并用循环水（32～42 ℃）对实消后的培养基进行降温处理。

（工艺管路设计图，仅供参考）

制冷端采用磁悬浮冷水机，配套钛合金板式换热器，耐腐蚀设计，精准控制发酵罐夹套循环水温（5-20℃）。

制热端

制热端采用工业高温热泵机组，制热量300kW，出水温度95℃，回收冷水机冷凝废热，为发酵罐初始加热及培养基、CIP清洗供热。

智能控制

PLC中央控制系统，集成发酵工艺曲线（升温→恒温→冷却），实时调节冷热输出，温度波动≤±0.1℃。

04实施效果

该系统方案运行以来，为该企业发酵工艺恒温保驾护航，取得了良好效益，设备运行良好，系统综合节能，为客户创造了价值。

能耗和成本

改造后，该企业年耗电量和蒸汽消耗量大幅下降，降低综合能源成本。

生产效率

温度控制更精准，控制在±0.1℃，菌种代谢稳定性提升，酶制剂产率增加12%。

设备利用率：智能温控系统减少人工干预，发酵罐日均有效运行时间延长1.5小时。

环保效益

冷水机冷凝器废热通过高温热泵提温，转化为60-90℃热水，用于CIP清洗或培养基预热，节能率可达30%-50%，减少废热排放，更绿色环保。 

凯德利作为工农业冷热恒温设备供应商，其生物发酵专用磁悬浮离心式冷水机、工业高温热泵应用于发酵罐、灭菌罐、反应釜、乳化机消毒、高温碳化实验等工艺，不仅能解决发酵行业的能耗痛点，更能通过能效提升→成本降低→品质升级的正向循环，助力企业抢占绿色制造高地。