气升式发酵罐

发酵罐类型与分类
工业化大规模的发酵过程，以通气纯种培养为主。

通过纯种培养的发酵罐有自吸式发酵罐、标准式发酵罐、气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。

自吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的高速转动,形成真空将空气吸入罐内,由于叶轮转动产生的真空,其吸入压头和空气流量有一定限制,因而仅适用对通气量要求不高的发酵品种;
塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内,在罐底部通入无菌空气,通过气体分散进行氧的传递,但其供氧量也受到一定限度;
气升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过无菌空气在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵将发酵液进行一定规律的运动,从而达到气液传质。

目前气升式发酵罐在培养基较稀薄,供氧量要求不过分高的条件下(如(V1C 发酵) 得到了较为广泛使用,其它喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐也有一定的用途.
但在发酵工业中,仍数兼具通气又带搅拌的标准式发酵罐用途最为普遍,标准式发酵罐被广泛使用抗生素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。

课程论文课题名称浅析发酵设备之发酵罐专业名称 2013级生物工程学生姓名付燕学生学号 **********引言：发酵设备是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。

随着生命科学与技术的不断发展，发酵工业也随之有了较大的提高。

发酵罐是微生物工程中最重要的设备之一，一个优良的培养装置应设计为具有严密的结构，良好的液体混合性能，高的传质和传热速率，以及可靠的检测及控制仪表，才能获得最大的生产效率。

一、发展历程1900年以前，木制容器造酒；1900-1940年，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机械搅拌开始应用；1940-1960年，青霉素，通风，无菌操作，纯培养等一系列技术，开始应用，计算机开始用于发酵控制，产物分离纯化商业化；1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m³，出现压力循环和压力喷射性发酵罐，克服一些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用；1979年至今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。

二、发酵罐的主要类型：（1）通气机械搅拌罐通气机械搅拌罐是许多发酵过程的首选设备，具有高传质和传热能力，理想的气液混合效果，较长的液体停留时间和较宽的操作气速。

但缺点也明显，剪切力较大，损害许多剪切敏感型微生物能耗大，混合不均。

因此，发扬通风搅拌罐的优势，克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。

通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统，包括搅拌器和多层搅拌系统的优化，搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器，目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能，或者改变反应器的流态，使得剪切力可以均匀的分布，保护反应器中的微生物。

多层搅拌系统很早就开始使用，但由于对其工作机理研究不够深人，多年来一直采用简单的经验设计方法，没有发挥其应有的优势。

（2）气升式发酵罐气升式发酵罐有明显的优点，在生产SCP、丝状真菌、废水处理中已获得广泛应用。

气升式发酵罐是应用最广泛的生物反应设备。

气升式发酵罐摘要 :该文简要介绍了气升发酵罐的、工作原理、结构设计、设备特点、优缺点及适用场合及在我国的现状。

并展望了气升式发酵罐的广阔的应用前景。

关键词：气升式发酵罐；结构；高效发酵；现状Abstract: This paper briefly introduces the airlift fermentor, working principle, structural design, equipment characteristics, advantages and disadvantages ，suitable occasion and the present situation in our country。

And the prospect of airlift fermentation tank the broad application prospects。

Key worlds ： Airlift fermentor ；construction；high acidicferm entation ；present situation；生化反应过程大都是需氧过程，通风发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。

虽然目前应用最广泛的通风发酵罐是机械搅拌式的，但这种类型的发酵罐功率消耗大，加工困难，投资高，维修麻烦，轴封易泄漏，易染菌，搅拌剪切力大，大型化后混合不均匀，传质效率下降，因而难于超大型化。

因此，非机械搅拌发酵罐的研究和应用得到迅速发展，特别是气升式发酵罐。

气升式发酵罐是20世纪70年代开始发展应用的一种新型生物反应器。

因为无机械搅拌机构，所以最大限度地减少了染菌率；同时因为没有了机械剪切力，对长菌丝的各种真菌尤为适宜；由于气体提升，充分的气液混合使氧气的传递利用极大提高，特别适合高黏度培养基和对于溶氧要求高的产品。

一 .气升式发酵罐的原理它不用机械搅拌就能基本达到良好的氧溶解的目的。

1 前言生物反应工程与设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。

发酵罐是发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工业的心脏，是连接原料和产物的桥梁。

随着工业技术的发展，市面上出现了种类繁多、功能更加完备的新型发酵罐。

如何选择或者设计一种合适的发酵罐将会成为一个研究热点。

本文旨在通过相应的参数计算和设备计算完成年产20吨庆大霉素的机械通风发酵罐初步设计。

2 常见的发酵罐2.1机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需的氧气,又称通用式发酵罐。

可用于啤酒发酵、白酒发酵、柠檬酸发酵、生物发酵等。

图1 机械通风发酵罐2.2气升式发酵罐气升式发酵罐把无菌空气通过喷嘴喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡打碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而含气率小的发酵液下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。

其结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低，主要类型有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。

图2 气升式发酵罐原理图2.3自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。

叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。

吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。

与机械发酵罐相比，有一个特殊的搅拌器，但没有通气管。

罐为负压，易染菌，当转速较大时，会打碎丝状菌。

图3 自吸式发酵罐3 已知工艺条件（1）年产量：G=20 t （庆大霉素） （2）年工作日：M=300天 （3）发酵周期：t=6天（4）发酵平均单位：μm =1400单位/毫升（5）成品效价：μp =580单位/毫克 （6）提炼总效率：ηp =87%（7）每年按300天计算，每天24小时连续运行。

第十章通风发酵设备四十年代中期，青霉素的工业化生产，或深层通风培养技术的出现，标志近代通风发酵工业的开始。

在深层通风培养技术中，发酵罐是关键设备。

在发酵罐中，微生物在适当的环境中进行生长、新陈代谢和形成发酵产物。

第一节通风发酵罐及结构通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等发酵用的发酵罐。

好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中，以供微生物所消耗的氧。

常用通风发酵罐有以下几种类型：（1）机械搅拌发酵罐（2）气升式发酵罐（3）自吸式发酵罐（4）伍式发酵罐（5）文氏管发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐是发酵工厂最常用类型。

它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。

1，机械搅拌通风发酵罐的基本要求一个性能优良的机械搅拌通风发酵罐必须满足以下基本要求：（1）发酵罐应具有适宜的径高比；发酵罐的高度与直径之比一般为1.7~4倍左右，罐身越长，氧的利用率较高（2）发酵罐能承受一定压力；（3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧；（4）发酵罐应具有足够的冷却面积；（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；（6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

2，机械搅拌发酵罐的结构机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，其主要部件包括：罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等（1）罐体发酵罐的罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。

为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。

中大型发酵罐则装没有快开入孔及清洗用的快开手孔。

罐顶还装有视镜及灯镜。

在发酵罐的罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。

在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。

发酵罐综述学院：生命科学学院专业：生物工程班级：2014级学号：2014021168 学生姓名：汪裕强任课教师：谢和2015 年5 月22 日摘要：本文阐述了发酵罐的结构、操作、规范及保养等，介绍了酶工程在食品加工的应用现状,并对发酵罐的作用和发展作出了展望。

关键词：发酵罐、结构、操作引言：发酵罐是微生物工程中最重要的设备之一，一个优良的培养装置应设计为具有严密的结构，良好的液体混合性能，高的传质和传热速率，以及可靠的检测及控制仪表，才能获得最大的生产效率。

一、发酵罐的主要类型：（1）通气机械搅拌罐通气机械搅拌罐是许多发酵过程的首选设备，具有高传质和传热能力，理想的气液混合效果，较长的液体停留时间和较宽的操作气速。

但缺点也明显，剪切力较大，损害许多剪切敏感型微生物能耗大，混合不均。

因此，发扬通风搅拌罐的优势，克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。

通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统，包括搅拌器和多层搅拌系统的优化，搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器，目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能，或者改变反应器的流态，使得剪切力可以均匀的分布，保护反应器中的微生物。

多层搅拌系统很早就开始使用，但由于对其工作机理研究不够深人，多年来一直采用简单的经验设计方法，没有发挥其应有的优势。

（2）气升式发酵罐气升式发酵罐有明显的优点，在生产SCP、丝状真菌、废水处理中已获得广泛应用。

气升式发酵罐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。

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。

而鼓泡罐则是最原始的通气发酵罐，当然鼓泡式反应器内没有设置导流筒，故未控制液体的主体定向流动。

（3）自吸式发酵罐自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的形状和结构不同。