13气升式发酵罐

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1、第二节其他类型的发酵罐1一、气升式（空气带升环流式）发酵罐气升式发酵罐(ALR)也是应用最广泛的生物反应设备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等优点。气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧，液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差，从而形成发酵罐内液体的环流。2气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐。气升环流式反应器气液双喷射气升环流反应器

2、多层空气分布板的气升环流发酵罐31、气升环式反应器的特点前面已经简单提到气升环式反应器的特点，由于气升环流反应器内没有搅拌器，并且有定向循环流动，下面具体说明。(1)反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分的混合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混合与停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的通气发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都落在0.1％～1％范围内，溶解氧为10％一30％。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。此外，还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物细胞积聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是有淀粉类易沉降的颗粒

3、物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器能很好地满足这些要求。4(2)较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器有较高的气含率和气液接触介面，因而有高传质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。(3)剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式反应器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损伤可减至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。54)传热良好：好气发酵均产生大量的发酵热，如酵母培养旺盛期发酵热高达3.0～4.0×105kJ／(m3.h)，而传热温差则只有几度，尤其夏季，若使用非冷冻水，则只有3-10℃左右，故需很大的换热面积与传热系数。气升式反应器因液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路上加

4、装换热器，以保证除去发酵热以控制适宜的发酵温度，其示意图如图。具有外循环冷却的气升环流式发酵罐1一发酵罐2一通气管3一发酵液进口4一空气分布器5一空气进口6一循环泵7一发酵液出口8一热交换器9一喷嘴10一发酵液出料口12一排气管6(5)结构简单，易于加工制造：气升式反应器罐内无机械搅拌器，故不需安装结构复杂的搅拌系统，密封也容易保证，所以加工制造方便，设备投资低。同时大型和超大型发酵反应器放大设计制造也已实现。实验用气升式玻璃发酵罐（实物）BIOTECH实验用气升式发酵罐7（6)操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅拌系统，所以结构较简单，能耗低，操作方便，特别是不易发生机械搅拌轴封容

5、易出现的渗漏染菌问题。另外因无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低，便于换热冷却系统的装设。82、自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。自20世纪60年代开始欧洲和美国展开研究开发，然后在国际和国内的酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵及维生素生产等获得应用。910自吸式发酵罐的特点传统的机械搅拌通风发酵罐相比，自吸式发酵罐具有如下的优点与不足：(1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积。(2)溶氧速率高，溶氧效率高、能耗较低，尤其是溢流自吸式发酵罐的溶氧

6、比能耗可降至05kWh／(kgO2)以下。(3)用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益高的优点。11但因一般的自吸式发酵罐是负压吸入空气的，故发酵系统不能保持一定的正压，较易产生杂菌污染。同时，必须配备低阻力损失的高效空气过滤系统。为克服上述缺点，可采用自吸气与鼓风相合的鼓风自吸式发酵系统，即在过滤器前加装一台鼓风机，适当维持无菌空气的正压，这不仅可减少染菌机会，而且可增大通风量，提高溶氧系数12机械搅拌自吸式发酵罐的工作原理自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器和导轮，空气管与转子相连接,在转子启动前,先用液体将转子浸没,然后启动马达使转子转动,由于转子高速旋转,液体或空气在离心

7、力的作用下,被甩向叶轮外缘,在这个过程中,流体便获得能量,若转子的转速愈快,旋转的线速度也愈大,则流体(其中还含有气体)的动能也愈大,流体离开转子时,由动能转变为静压能也愈大,在转子中心所造成的负压也越大，因此空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流（湍流），使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中，因此转子