气升式发酵罐(ALR

生物制药设备课后题答案叙述空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。

答：以外循环为例来说明空气带升式(气升式)发酵罐的工作原理。

在罐外装设上升管，与发酵罐构成一个循环系统，在上升管的下部有空气喷嘴，空气以250至300米每秒的高速度喷入上升管，借喷嘴的作用而使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。

由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，因此使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复循环，在上升管提供微生物所需要的溶解氧，使发酵正常进行。

叙述自吸式发酵罐的工作原理。

答：自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器(转子)和导轮(定子)，空气管与定子相连接，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，则流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也愈大，排出的风量也越大。

当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子的转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，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，因此转子同时具有搅通，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，因此转子同时具有搅拌和充气两个作用。

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。

判断：15*1'=15' 填空：25空*1'=25' 选择：10*2'=20'计算：2个=15' 简答：4个=25'第一章生物反应器设计基础一、生物反应器的化学计量基础1.生化反应方程式CH m O1+aNH3+bO2 Y b CH p O n N q(生物量)+Y p CH r O s N t（产物）+cH2O+dCO2其中：Yb、Yp分别是生物量和产物相对单位碳源量的产率。

平衡式：C:1=Y b+Y p+d N：a=qY b+tY pO：1+2b=nY b+sY p+c+2d H：m+3a=pY b+rY p+2c2、维持定义1/Y XS=1/Y max XS+m s/μ式中: Y XS——生物量对基质的得率；Y max XS——得率最大值；m s——维持系数；μ——比生长速率。

若方程两项乘以μ，得到基质消耗的线性方程：σ=μ/ Y max XS + m s式中：σ——合成单位生物量的基质消耗速率。

当有产物产生时σ=μ/ Y max XS +π/ Y max XS +m s式中：π——单位生物量的产物生成率。

二、生物反应器的生物学基础一）细胞数动力学1．指数生长期μ——比生长速率；X——生长量浓度，以g/L表示；t——生长时间。

对方程求积分：并将t为零时的生物量浓度称为X0，则：ln(X\X0)=μt因此倍增时间(X\X0=2时的时间t)是：t d= ln2/μ2.减速期 Monod 方程： 二 ）产物形成动力学（一）细胞代谢产物的生成的几种形式：1主要产物是能量代谢的结果（Gaden （分类）Ⅰ型 ）； 例：酵母厌氧生长过程中的酒精合成2主要产物是能量代谢的间接结果（Gaden （分类）Ⅱ型 ）； 例：霉菌好气生长过程中柠檬酸的合成和细胞中PHB 的胞内积累 3产物是二次代谢物（Gaden （分类）Ⅲ型 ） ； 例：霉菌好气发酵中青霉素的生产 4产物是胞内或胞外蛋白。

1．1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。

可参考课件作业1．2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。

答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：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，以保证供氧。

优点：高生产效率，高经济效益。

2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。

特点： 1）反应溶液分布均匀2）较高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）传热良好5）结构简单6）能耗小7）不易染菌8）操作和维修方便3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。

优点： (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； (3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。

缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。

4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。

2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。

1－轴封 ； 2、20－人孔；3－梯； 4－联轴；5－中间轴承； 6－温度计接口；7－搅拌叶轮； 8－进风管；9－放料口； 10－底轴承；11－热电偶接口； 12－冷却管；13－搅拌轴； 14－取样管；15－轴承座； 16－传动皮带；17－电机； 18－压力表；19－取样口； 21－进料口；22－补料口； 23－排气口；b p t t t +=24－回流口； 25－视镜；3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。

非通气状态： 通气状态：1．3嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。

103m³气升循环式发酵罐设计书院系：生命工程与食品工程学院班级：生工10级4班组别：第10组小组成员：熊君燕、蔡陈、裴昊宁、徐安全、罗伟2013.5目录一、绪论..................................................................................................................................................... - 1 -1．气升式发酵罐概况......................................................................................................................... - 1 -2.气升式发酵罐的类型及原理............................................................................................................ - 1 -3.气升式发酵罐特点............................................................................................................................ - 3 -4.气升式发酵罐的应用........................................................................................................................ - 4 -二、设计概况............................................................................................................................................ - 5 -1. 发酵设备课程设计的目的.............................................................................................................. - 5 -2.发酵设备课程设计步骤.................................................................................................................... - 5 -3.带控制点的工艺流程图的绘制........................................................................................................ - 5 -4.主体设备工艺条件图........................................................................................................................ - 6 -三、气升循环式发酵罐设计任务及要求 ......................................................................................... - 6 -1.课程设计题目.................................................................................................................................... - 6 -2. 气升循环式发酵罐设计要求.......................................................................................................... - 6 -3.设计基本依据.................................................................................................................................... - 7 -4.课程设计的基本环节........................................................................................................................ - 7 -四、反应器基本设计参数设计............................................................................................................ - 7 -1.液体喷射循环反应器基本设计参数................................................................................................ - 7 -2.液体喷射循环反应器的循环阻力.................................................................................................. - 10 -3. 驱动循环的功率和效率............................................................................................................... - 10 -五、设备工艺结构计算 ....................................................................................................................... - 10 -1.发酵罐直径...................................................................................................................................... - 10 -2．发酵罐总高................................................................................................................................... - 11 - 3．发酵罐的材料............................................................................................................................... - 11 - 4．椭圆封头的设计........................................................................................................................... - 11 - 5．圆柱筒体的设计........................................................................................................................... - 14 -六、辅助设备设计选型 ....................................................................................................................... - 16 -1.正压保护阀...................................................................................................................................... - 16 -2.真空阀.............................................................................................................................................. - 16 -3.CIP清洗装置 .................................................................................................................................. - 16 -4.温度传感器...................................................................................................................................... - 16 -5.液位高度传感器.............................................................................................................................. - 16 -6.压力传感器...................................................................................................................................... - 16 -7.最低液位和最高液位探头.............................................................................................................. - 16 -8.人孔.................................................................................................................................................. - 17 -9.视镜.................................................................................................................................................. - 17 -10.洗涤液接管.................................................................................................................................... - 17 -11.CO2回收压缩空气接管 ................................................................................................................ - 17 -12.冷却剂进出接管............................................................................................................................ - 17 -13.出料管............................................................................................................................................ - 17 -14.支座............................................................................................................................................... - 17 -H及提升高度'h.................................................................................................... - 18 -15.上升管高度e16.喷嘴直径....................................................................................................................................... - 18 -七、热量衡算.......................................................................................................................................... - 18 -1.冷却面积的确定............................................................................................................................. - 19 -2.冷却水耗量的计算......................................................................................................................... - 19 -八、设计数据.......................................................................................................................................... - 20 -九、设计总结.......................................................................................................................................... - 20 - 参考文献............................................................................................................................... - 21 -一、绪论：1．气升式发酵罐概况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。