气升式发酵罐

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1、气升式发酵罐气升式发酵罐班级： 姓名： 学号：一气升式发酵罐简介一气升式发酵罐简介l气升式发酵罐是上世纪末开始发展应用的一种新型生物反应器，无机械搅拌机构最大限度的减少了染菌率，减少了机械剪切力，对长菌丝的各种真菌尤为适宜，气体提升充分的气液混合使氧气的传递利用极大提高，特别适合高粘度培养基和对于溶氧要求高的产品。气升式发酵罐有多种形式,，较常见的有内循环管式，外循环管式、拉力筒式和垂直隔板式。外循环式的循环管设计在罐体外部，内循环管是两根，设计罐体内部。气升式发酵罐的发展气升式发酵罐的发展l在发酵罐发展史中，机械搅拌式发酵罐算是较为先进的。但是其中仍存在些不利因素：l消耗功率过大；l剪切作用

2、影响某些微生物的菌丝生长形态；生产l制造和运行费用较高等；由于存在不易解决的传l热、混合、反应等问题，罐容积受到限制l为克服机械搅拌罐存在的缺点，人们对气升式为克服机械搅拌罐存在的缺点，人们对气升式发酵罐的研究开发日益重视。主要实现的目标发酵罐的研究开发日益重视。主要实现的目标是：生产水平要高于或等于机械搅拌罐，要节是：生产水平要高于或等于机械搅拌罐，要节省能源，从而降低发酵成本，提高产品的竞争省能源，从而降低发酵成本，提高产品的竞争力。力。气升式（气升式（空气带升环流式）发酵空气带升环流式）发酵罐罐 l气升式发酵罐气升式发酵罐(ALR) (ALR) 是应用最广泛的生物反应设是应用最广泛的生物

3、反应设备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧备。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。效率高、能耗低等优点。l 设备特点设备特点l气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高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，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。度差，从而形成发酵罐内液体的环流。 l气升式反应器有多种类型，常见的有气升

4、环流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、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。的塔式气升发酵罐。l气升式发酵罐与鼓泡塔式发酵罐相似，所不同的气升式发酵罐与鼓泡塔式发酵罐相似，所不同的是气升式罐含有导流筒，鼓泡塔式罐没有。导流是气升式罐含有导流筒，鼓泡塔式罐没有。导流筒内置称内循环式，外置称外循环式。内循环气筒内置称内循环式，外置称外循环式。内循环气升式发酵罐是以压缩空气鼓泡

5、与罐内导流装置作升式发酵罐是以压缩空气鼓泡与罐内导流装置作用实现气液混合。有关这类罐型的功耗指标，一用实现气液混合。有关这类罐型的功耗指标，一般是内循环气升式发酵罐功耗为般是内循环气升式发酵罐功耗为35kwm3，而机械搅拌罐的功耗为而机械搅拌罐的功耗为5一一lOkwm3。目前，世。目前，世界上最大的工业发酵罐是气升式发酵罐。界上最大的工业发酵罐是气升式发酵罐。1984年年英国英国ICI公司以导流筒内多孔板分布结构的超大型公司以导流筒内多孔板分布结构的超大型内循环罐型用于烃类发酵生产酵母取得成功。该内循环罐型用于烃类发酵生产酵母取得成功。该公司气升式发酵罐高公司气升式发酵罐高200英尺，直径英尺

6、，直径25英尺，容英尺，容积积800多立方米。多立方米。典型的气升环流发酵罐典型的气升环流发酵罐a高位筛板高位筛板式发酵罐式发酵罐 b用于培养用于培养单细胞蛋白单细胞蛋白的气升式发的气升式发酵罐酵罐a b 二工作原理 气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速（250-300m/s）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。在气升式发酵罐中，循环管的高度一般不高于罐内液面不高于循环管出口，且不低于环流出口。气升式发酵罐广泛用于大规模生产单细胞蛋白质。但不适用于高黏度或含大量固体

7、的培养液 三气升式发酵罐的用途：三气升式发酵罐的用途：l设备可广泛用于抗生素、氨基酸、酶制剂、维生素、有机酸等好氧性发酵过程。在化工方面可用于气-液、气-液-固反应过程。在环保方面可用于污水处理。目前该设备在国内用于谷氨酸、抗生素、黄原胶、糖化酶、柠檬酸生产，设备体积已达到140m3，投入使用后取得了非常显著的经济效益。发酵所必须的空气在静态混合元件内外上下流动，带动发酵液循环，促进气-液充分混合。 四气升式发酵罐的特点：四气升式发酵罐的特点：与机械搅拌式发酵罐相比节电70%-80%，降低成本。无菌操作可靠性高，该设备没有动密封装置，无泄露，且设备内无死区，灭菌彻底，染杂菌的机会大幅度减少。传

8、热和传氧效率高，可满足各种好氧性微生物在任何地区和季节里的发酵生产。提高产率、转化率，设备机械剪切力对微生物的伤害小，加上溶氧充分、热量移走及时，为微生物提供了一个良好的生长环境，有效地促进了新陈代谢，加速产品积累，使产品的产率和转化率均有明显提高。容易实现大型化和自动化，设备体积可从0. 02m3到200m3，没有制造、安装、操作和维修困难。设备的控制因素比搅拌罐少，容易实现自动化控制。1、气升环式反应器的特点、气升环式反应器的特点 l前面已经简单提到气升环式反应器的特点，由于气升环流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，下面具体说反应器内

9、没有搅拌器，并且有定向循环流动，下面具体说明。明。 l(1)反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分反应溶液分布均匀：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发酵罐内各处的浓度都落在0.11范围内，溶解氧为范围内，溶解氧为10一一30。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。这对

10、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物料，更应能悬浮分散。气升环流有淀粉类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流反应器能很好地满足这些要求。反应器能很好地满足这些要求。l(2)(2)较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器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

11、质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械搅拌罐高。搅拌罐高。l(3)(3)剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式剪切力小，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伤可减至最低，尤其适合植物细胞及组织的培养。养。l4)4)传热良好：好气发酵均产生大量的发酵热，如传热良好：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酵母培养旺盛期发酵热高达3.03.04.04.0105kJ105kJ(m3.h)(m3.h)，而传热温差则只有几度，尤其夏季，若，而传热温差则只有几度，尤其夏季，若使用