发酵管路与阀门的合理配置

管道与阀门是发酵之基，系统构建需要在细处用心。

发酵罐的刷洗、灭菌、排气、控温、罐中调配、移种、取样、进出料等均离不开管路和阀门。管道根据用途可分为不同管路，这些不同管路需要配套相应的阀门。

    如：某罐各部分管道及其阀门如图所示。

发酵罐管路系统 

      管道根据用途可分为洗涤与灭菌、蒸汽管道、空压管道、控温管道、物料进出管道、移种管道、排污管道等。

      洗涤与灭菌管道（蒸汽管道主要用于特殊部位灭菌，如无菌空气精滤系统灭菌、酵母添加系统灭菌等）主要用于发酵罐系统的卫生清洗与灭菌。

      空压管道可分为无菌风系统、动力系统（精密动力系统、一般动力系统），一部分用于冷麦汁充氧；另一部分作为动力源。从空压机出来的空气需要经过一系列处理，经减压和调节、总过滤器、预过滤器、精过滤器过滤后，进入终端用户，最后废气通过排气系统排出。

      发酵生产中往往有若干发酵罐的排气管路系统汇集在一条总的管路上，以节约管材或便于收集。下水管及排污管亦然。在使用过程中有相互串通的困惑，有相互干扰的弊病，不好查找问题，一个管路的污染往往会影响其它系统，排气管路的串通连接尤其不方便处理。

      故对于排气和下水管路要考虑发酵的特点进行配置，对于容易污染的场合还是以独立的排气、下水管路为宜；倘若使用一根总管道时，必须选择较大直径的管道，并保证所有排气分系统保持正压，严禁串流、倒流，下水系统也是如此。

      控温管路是用于发酵罐的温度控制，主要是冷媒管路的进出，需配套相应冷媒罐、离心泵、阀门等。

      进出料管路是用于发酵罐进出物料的重要管路，一般要流经碱溶液、酸溶液、冷热水、消毒液、物料溶液等等。管道需根据要求确认管径，一般管径较大，并方便清洁，以确保能按要求的流速和流量顺利进出物料。

移种管路是用于发酵移接种子用的，是一套管路系统，净化、无菌程度要求比较高。    

      排污管路是发酵罐的子阀排污、排气、排水之用的，发酵罐清洗外排、特殊管道蒸汽灭菌阀气外排的管路，管路系统要求相对较低，只是要注意管道的耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐热等设置。

发酵罐阀门

      不同管路由于所流通的介质、功用、控制方式不同，所用相应的阀门也有所区别。

      1.蒸汽管路和空压管路由于有时需要对蒸汽和空气切断或节流，一般采用配套管径的截止阀，如下图所示。

截止阀结构

1—阀杆 2—阀芯 3—阀座 4—阀体

      截止阀作为一种极其重要的截断类型阀门，其密封是通过对阀杆施加扭矩，阀杆在轴向方向上向阀瓣（头）施加压力，使阀瓣（头）密封面与阀座密封面紧密贴合，阻止了介质沿密封面之间的缝隙泄漏。

      由于截止阀能很方便地调节流量，小型发酵罐系统大多采用这种阀门。截止阀按密封形式分为软密封和硬密封，按阀门材质可分为碳钢和不锈钢截止阀。软密封截止阀的平面形紧密面的垫料（阀芯垫）采用橡胶或聚四氟乙烯，关闭后垫料与阀座紧紧地吻合，达到不漏的目的。阀芯垫料需定期检查，损坏后立即调换。

      蒸汽阀门除靠近设备一阀外，一般采用硬密封的截止阀；空压截止阀一般采用不锈钢内抛光软密封的。

2. 物料管路为了防止在阀门内有死角，一般采用手动隔膜阀和气动隔膜阀。隔膜阀是一种新型的阀门，是一种特殊形式的截断阀。

隔膜阀的结构如下图所示。

隔膜阀的结构

1—阀杆 2—阀芯 3—隔膜 4—阀体

阀体内装有橡皮隔膜，用螺钉与阀芯连接，当阀杆做上下运动时就带动隔膜上升或下降，

如下图所示。

隔膜阀的开与关

隔膜阀优点：

①严密不漏；

②无填料；

③阀结构为流线型，流量大，阻力小，无死角，无堆积物，在关闭时不会使紧密面轧坏；

④检修方便，但需定期检查隔膜是否老化及脱落。

隔膜阀的膜片分为单膜片和双膜片（双膜片耐受性更好，单膜片更经济），按膜片常开常闭分为常开膜片和常闭膜片。一般阀门常开时间多则选用用常开膜片阀，反之用常闭膜片阀。

阀门实物如下图。

不锈钢隔膜阀

隔膜阀工作原理

3.温控管路主要是冷却水（冷媒），手动阀门可以采用球阀。球阀是启闭件（球体）由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门，使用方便、调节灵活、轻便。

常见球阀

4.有需要自动控制的管路系统所采用的阀门，在管径较小时采用电磁阀（实验室常用），管径较大时采用气动角座阀或气动截止阀。

常见电磁阀

气动截止阀

    5.此外，管路中还有止回阀（单向阀）、减压阀、浮球阀、安全阀等阀门。止回阀是防止气、液体倒流的阀门；减压阀一般在蒸汽或空压管道上减压使用的；浮球阀是通过控制一定的液位来开启的阀门；安全阀则确保系统安全压力的阀门。

     管路在制作时，为了方便将各种阀门连接起来，能达到操控灵活简单的目的，常用单头外丝、内丝直通、弯头、三通、四通、卡箍等组件、管件配合。   

      在工业发酵领域，发酵罐及其管路和阀门的设计、配置至关重要，它们共同确保了发酵过程生产的安全、顺利和高效。

      正如我们所讨论的，发酵罐的管路系统包括蒸汽管路、空压管路、控温管路、进出料管路、移种管路、排污管路等，每种管路都有其特定的功能和相应的阀门配置。

      正确的管路设计和阀门选择不仅能够提高生产效率，还能确保生产过程的安全性和可靠性。

      随着科技的进步和工业自动化的发展，发酵罐及其管路系统的设计也在不断地优化和升级。现代发酵罐系统越来越多地采用自动化控制技术，如电磁阀和气动阀门，以便实现更精确的过程控制。

      此外，随着材料科学的进步也使得管路和阀门的耐腐蚀性、密封性和耐用性得到了显著提升。

      总而言之，发酵罐的管路和阀门是实现工业发酵高效、安全运行的关键。通过精心设计和合理配置，可以确保发酵过程的安全性、稳定性和产品质量的一致性。

参考：工业发酵生产

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