發酵設備是發酵工廠中最基本的設備，也是生物技術產品能否實現產業化的關鍵裝置。目前對發酵罐的定義是能夠提供可控的環境，以滿足細胞正常生長和生物合成的裝置。由於微生物的生長和代謝需要一定的條件，如適宜的溫度、pH和溶氧濃度，因此，發酵設備必須具備微生物生長和代謝的基本條件，如需要維持合適的培養溫度，有良好的熱交換性能以適應滅菌操作，以及高效的混合和攪拌裝置。同時，為了操作簡單、獲得純種培養和高產量，發酵罐還必須具有嚴密的結構、良好的液體混合性能、高的傳質和傳熱速率，並且結構應盡可能簡單，便於滅菌和清洗。另外，還應包括可靠、節能的滅菌裝置以及檢測和控製儀表。
由於微生物代謝分厭氧和好氧兩大類，故發酵設備可分為厭氧發酵設備和好氧發酵設備。厭氧發酵需要與空氣隔絕，在密閉不通氣的條件下進行，設備簡單，種類少，酒精、啤酒和丙酮等屬於厭氧發酵產品；好氧發酵需要空氣，在發酵過程中需不斷通入無菌空氣，設備種類較多，穀氨酸、檸檬酸、抗生素和酶製劑等屬於好氧發酵產品。
自20世紀40年代中期青黴素實現工業化生產（液體深層發酵）以來，工業發酵進入了嶄新的時期。發酵罐的生產已由越來越多的專業公司將其係列化、規範化，其體積範圍較大，實驗室規模大多為5～100L，中試規模大多為50～1000L，生產工廠一般在5000L以上。目前，發酵生產存在的問題主要是發酵產率低、能耗高、自動化控製水平低。前兩者除發酵控製因素外，都與目前生產使用的傳統發酵裝置有關。因此，發酵罐的優化設計、合理造型、放大和最佳控製條件的確定是發酵工程開發的關鍵環節。近年來，隨著生化工程和化學工程的迅速發展，國內外出現了許多新型發酵設備，包括傳統機械攪拌罐的改進以及一些全新構造的發酵裝置的出現。
微生物發酵體係是一個非常複雜的多相共存的動態係統，為了了解菌種在發酵過程中所表現出來的生理和生化特性，就需要對發酵過程參數進行檢測和控製，以有效地提高發酵水平。利用計算機技術來實現發酵係統的在線檢測和自動控製已成為目前發酵工程控製的發展方向，並已成功應用於某些發酵產品的工業生產。
厭氧發酵也稱靜止培養，因其不需供氧，所以設備和工藝都較好氧發酵簡單。嚴格的厭氧液體深層發酵的主要特點是排除發酵罐中的氧。罐內的發酵液應盡量裝滿，以便減少上層氣相的影響，有時還需充入非氧氣體。發酵罐的排氣口要安裝水封裝置，培養基應預先還原。此外，厭氧發酵需使用大劑量接種（一般接種量為總操作體積的10%～20%），使菌體迅速生長，減少其對外部氧滲入的敏感性。酒精、丙酮、丁醇、乳酸、葡萄酒和啤酒等都是采用液體厭氧發酵工藝生產。本節主要以具有代表性的厭氧發酵設備——酒精發酵罐和葡萄酒發酵罐為例對厭氧發酵設備的結構和工藝要求進行介紹。
一、酒精發酵罐
酵母將糖發酵生成酒精，欲獲得較高的轉化率，除滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件外，還需要及時清除發酵過程中產生的熱量，這是因為在生化反應過程中將釋放出一定數量的生物熱，若該熱量不能被及時移走，必將直接影響酵母的生長和代謝產物的轉化率。因此，酒精發酵罐的結構必須首先滿足上述工藝條件。同時，為了提高生產效率，從結構上還應考慮有利於發酵液的排出，設備的清洗、維修以及設備製造安裝方便等問題。
在酒精發酵過程中，為了回收二氧化碳氣體及其所帶出的部分酒精，發酵罐一般為密閉的圓柱形立式金屬筒體。底蓋和頂蓋均為碟形或錐形。罐頂裝有廢氣回收管、進料管、接種管、壓力表、各種測量儀表接口管及供觀察清洗和檢修罐體內部的人孔等。罐底裝有排料口和排汙口。對於大型發酵罐，為了便於維修和清洗，往往在接近罐底處也裝有人孔。罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口。其高徑比（H/D）一般為1～1.5，裝料係數為0.8～0.9。
發酵罐的冷卻裝置，對於中小型發酵罐，多采用罐頂噴水淋於罐外壁表麵進行膜狀冷卻；對於大型發酵罐，由於罐外壁冷卻麵積不能滿足冷卻要求，所以，罐內裝有冷卻蛇管或采用罐內蛇管和罐外壁噴灑聯合冷卻的方法，也有采用罐外列管式噴淋冷卻和循環冷卻的方法，此法具有冷卻發酵液均勻、冷卻效率高等優點。為了回收冷卻水，常在罐體底部沿罐外四周裝有集水槽。
酒精發酵罐的洗滌，過去均由人工衝刷，如今已逐步采用高壓強的水力噴射洗滌裝置。它是一根直立的噴水管，沿軸向安裝於罐的中央，在垂直噴水管上均勻地鑽有直徑為4～6mm的小孔，孔與水平呈20°角，上端和供水總管、下端和垂直分配管相連接。水流在0.6～0.8 MPa的壓力下，由水平噴水管出口噴出，以極大的速度噴射到罐壁中央，而垂直的噴水管也以同樣的速度噴射到罐體四壁和罐底。采用這種洗滌設備，大大縮短了洗滌時間，約5min就可完成洗滌作業。若采用廢熱水作為洗滌水，還可提高洗滌效率。