第八章 通气发酵设备(2)
第八章_发酵过程参数的检测及控制
主要参数检测原理及仪器
•液体和气体流量测定
主要参数检测原理及仪器
• 搅拌转速
常用检测方法：磁感应式、光感应式和测速发电机等。
感应片切割磁 场或光速。
输出电压与转 速成正比。
主要参数检测原理及仪器
• pH的检测
常用pH检定仪为复合pH电极，具有
结构紧凑，可蒸汽加热灭菌的优点。
思考：pH电极如何标定？
③自适应控制：
提取有关输入、输出信息，对模型和
参数不断进行辩识，使模型逐渐完善；同
时自动修改控制器的动作，适应实际过 程。——自适应控制系统。
2、发酵自动控制系统的硬件组成
传感器 变送器 执行机构
电磁阀、气动控制阀、电动调节阀、变速电机、 正位移泵、蠕动泵。
转换器 过程接口 监控计算机
（一）温度的控制
生长阶段
生成阶段
自溶阶段
2、引起pH下降的因素
碳源过量 消泡油添加过量 生理酸性物质的存在
3、引起pH上升的因素
氮源过多
生理碱性物质的存在 中间补料，碱性物质添加过多
4、 pH的控制
调节基础培养基的配方
调节碳氮比（C/N）
添加缓冲剂 补料控制 – 直接加酸加碱 – 补加碳源或氮源
1、基本的自动控制系统
②反馈控制 反馈控制是自动控制的主要方式
控制器
被控对象
传感器
1、基本的自动控制系统
②反馈控制
开关控制：控制阀门的全开全关；
PID控制：采用比例、积分、微分控制算法；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ串联反馈控制：
两个以上控制器对一变量实施联合控制；
前馈/反馈控制：
前馈控制与反馈控制相结合。
第六章 通风发酵设备 第一节对通风发酵设备的要求
3.搅拌通风装置使之气液充分混合，保 证发酵液一定的溶解氧。
4.足够的冷却面积。 5.尽量减少死角。 6.轴封严密。 7.维修操作检测方便
（二）发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密闭式受压设 备，主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、 打泡器、中间轴承、空气吹管（或空气 喷射管），挡板、冷却装置、人孔等
对通风发酵设备的要求
（4）有良好的热量交换性能，以适应灭 菌操作和使发酵在最适温度下进行；
（5）尽量减少泡沫的产生或附设有效的 消沫装置，以提高装料系数；
（6）附有必要的可靠检测及控制仪表。
1. 发酵罐的结构
一机械搅拌通用式发酵罐 （一）发酵罐的基本条件 原理：利用机械搅拌器的作用，使空
优点和缺点
3°不需要调整。动环由于密封流体压力和弹 簧力等推向静环方向，密封面自动保持紧密接 触，因此不需要调整。
4°摩擦功率损耗小。由于密封端面的面积小、 摩擦系数小，故摩擦阻力小，功率消耗小。其 损耗功率仅为填料函密封的10～15％。
5°轴与轴套不受磨损。 6°结构紧凑，安装长度较短。由于不需要调
罐身：冷却水进出管，进空气管，温度 计管和测控仪表接口。排气管应尽量靠 近封头的轴封位置。
2.搅拌装置
目的：有利于液体本身的混合及气液、 气固之间的混合，
质量和热量的传递，特别是对氧的溶解 具有重要的意义，
加强气液之间的湍动，增加气液接触面 积及延长气液接触时间。
搅拌器结构
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的液 流。
填料函密封和机械密封（或称端面密封）
1.填料函密封
填料箱本体固定在发酵罐顶盖的开口法 兰上，将转轴通过填料函，然后放置有 弹性的密封填料，然后放上填料压盖， 拧紧压紧螺栓，填料受压后，产生弹性 变形堵塞了填料和轴之间的间隙，转轴 周围产生一定的径向压紧力，从而起到 密封介质压力的作用。
生物工程设备重点整理（终）
生物工程设备重点考试记得带铅笔、橡皮、尺子、计算器题型：1、名词解释：4x4’ / 5x4’（轴功率、全挡板条件）2、填空题：20x1’（设备名称、部件、小计算题）3、选择题：10x1’（均为单选）4、简答题：每个5分，5-6个（可能会有简单的计算、设计、画图）5、大计算题：3-4问，10分以上，重点在第六章和第八章第一章培养基准备与培养基灭菌的设备重点：连续灭菌工艺的优缺点、连续灭菌设备、塔式加热器、维持罐和喷淋冷却器的结构特点和功能作用 常用的灭菌方法（P4）：化学灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌、过滤灭菌【填空】连续灭菌工艺的优缺点（P10）：优点：①采用高温、快速灭菌，物料受热时间短、营养成分破坏少，培养基连消后质量好，发酵单位高；②灭菌时间短，发酵罐的利用率高；③蒸汽负荷均衡，锅炉利用高；④适宜采用自动控制；⑤减低劳动强度；缺点：由于培养基采用了连续灭菌工艺，培养基的加热，保温灭菌，冷却都是在发酵罐外完成，因此，需要一套连续灭菌设备和较稳定的饱和蒸汽。
连续灭菌的设备（P10）【7个，图1-3考过填空】配料罐、送料泵、预热罐、连消泵、加热器、维持罐、冷却器塔式加热器（P11）：又称连消塔、加热器，设备的中央是蒸汽导入管，在其管壁上开有与管壁成45°夹角的小孔，孔径一般为5～8mm。
料液从塔的下部由连消泵打入，打料速度控制在使物料在蒸汽导入管与设备外壳的空隙间的流速为0.1m/s左右。
塔式加热器的有效高度为2～3m，物料在塔中停留的加热时间为20～30s。
维持罐（P13）：【看下图1-6】作用：保温灭菌培养基在维持罐中的停留时间就是连续灭菌工艺要求的保温时间或灭菌时间。
【去年考过】第二章发酵用压缩空气预处理及除菌设备【重点章节】重点：生物发酵用净化空气的质量标准；压缩空气的预处理原理，工艺流程设计、设备设计及控制要求；无菌空气制备工艺流程设计及其控制要求发酵用无菌空气的质量标准/指标（P19）：①压缩空气的压强控制在0.2～0.35MPa（表压）；②根据发酵工厂或发酵车间的总体发酵罐容积，确定应提供的压缩空气的流量；③一般控制进发酵罐压缩空气的温度比发酵温度高出10℃左右；④将进入总过滤器的压缩空气的相对湿度控制在60%～70%；⑤通过除菌处理后压缩空气中含菌量降低到零或达到洁净度100级。
8-发酵工艺控制1
影响生物热的因素：
生物热随菌株、培养基、发酵时期的不 同而不同。一般，菌株对营养物质利用 的速率越大，培养基成分越丰富，生物 热也就越大。发酵旺盛期的生物热大于 其他时间的生物热。生物热的大小还与 菌体的呼吸强度有对应关系。
实验发现抗生素高产量批号的生物热高于 低产量批号的生物热。说明抗生素合成时 微生物的新陈代谢十分旺盛。
8.1.2 影响发酵温度的因素 8.1.2.1 发酵热 发酵过程中，随着菌对培养基的利用， 以及机械搅拌的作用，将产生一定热量， 同时因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分 热量。发酵热就是发酵过程中释放出来的 净热量。以[J／m3﹒h]表示，
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
（1）生物热 产生菌在生长繁殖过程中，本身会产 生大量的热称为生物热。 培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质 等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量 能量。 用途：合成高能化合物，供微生物生命 代谢活动，热能散发。
2.pH会影响菌体的形态
3.pH对某些生物合成途径有显著影响
7.2.2 发酵过程中pH的变化 发酵过程中由于菌在一定温度及通气条 件下对培养基中碳、氮源等的利用，随着 有机酸或氨基氮的积累，会使pH产生一定 的变化。
一般在正常情况下：
(1)生长阶段 在菌体生长阶段pH有上升或 下降的趋势。 (2)生产阶段 在生产阶段，pH趋于稳定， 维持在最适产物合成的范围。 (3)自溶阶段 菌丝自溶阶段，随着基质的 耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基 氮增加，致使pH又上升，此时菌丝趋于自 溶而代谢活动终止。
定义：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节
及控制条件的不同而有所变化。空气进入发酵 罐后，就和发酵液广泛接触进行热交换。同时 必然会引起水分的蒸发；蒸发所需的热量即为 蒸发热。
发酵动力学
微生物发酵动力学： 是研究发酵过程中微生
物菌体的生长、营养物质消耗、产物生成的 动态平衡及其内在规律的科学。
发酵动力学中常用的几个术语:
1．得率(或产率，Y)：包括生长得率(Yx/s)和产物 得率(Yp/s)。
得率：是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的 关系。
生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源) 所产生的菌体重(g)。
∵在稳定状态下，底物增加速率 dS/dt＝0， ∴上式表现为： 又 ∵ μ＝D
D(S 0 S )YX / S X
∴ X＝YX/S（S0-S） 此式即连续培养的稳定态方程。
三、细胞浓度与稀释率的关系 已知分批发酵时： mS Ks S mS D 用于连续培养时，∵μ＝D， ∴ Ks S
发酵反应动力学的研究内容
研究反应速度及其影响因素并建 立反应速度与影响因素的关联
反应动力学模型
+
反应器特性
反 应 器 的 操 作 模 型
操作条件与反 应结果的关系， 定量地控制反 应过程
研究发酵动力学的目的：
进行最佳发酵工艺条件的控制，即发酵工 艺最优化。
第一节 发酵类型
1．固体发酵生产 固体发酵生产是将一种或多
X—细胞干重浓度(g/L) t—时间(h) μ—比生长速率(h-1)，即单位重量 菌体的瞬时增量g/(g· h)
对数期： μ 与微生物种类、培养温度、pH、培养基成分 及限制性基质浓度等因素有关。在对数生长 阶段，细胞的生长不受限制，因此比生长速 率达到最大值μ m
dX mX dt
Xt mt 经积分后 ln X0
当X=Xmax时，开始以恒定的速度补加培养基(因 为此时营养物基本耗完)。 这时，稀释率D<μ max，事实上随着流加的进行， 所有限制性营养物都很快被消耗（即流入的营养物 与细胞消耗掉的营养物相等）。因此dS/dt＝0。 尽管随时间的延长，培养液中总菌体量增加，但实 际上细胞浓度X保持不变，即dX/dt=0，因而μ ≈ D。 这种dS/dt=0, dX/dt=0, μ ≈ D的状态，就称为“准 恒定状态”。
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计
5立方米机械搅拌通气发酵罐设计一、选型原则与背景通气发酵技术是一种较为成熟的生化处理技术之一，适用于含有大量难以降解有机物质的各种有机废弃物的处理，可将有机物质转化为厌氧菌、需氧菌等微生物的生物质，同时产生沼气和有机肥等价值产品。
通气发酵装置中，通气发酵罐作为关键设备之一，对于发酵过程的实施和低成本运营起着至关重要的作用。
通气发酵罐的选型应考虑适用性、可靠性、耐久性和安全性等因素。
首先，通气发酵罐的体积应适当，以容纳发酵物质和发酵气体，并且方便操作维护；其次，罐体应具有良好的耐久性和韧性，以承受发酵过程中的厌氧、需氧微生物的反复冲击；第三，通气发酵罐应具有高度的密闭性和前瞻性，以保证稳定的发酵过程和产量的提高；最后，通气发酵罐应具有高效的能耗和运营成本的控制，以确保经济性和可持续性。
为了满足上述设计原则，我们选用5立方米的机械搅拌通气发酵罐作为设计对象。
下面就机械搅拌通气发酵罐的选型原则和设计特点进行详细介绍。
二、设计特点1、通气式发酵罐通气发酵装置中，通气式罐具有高效、节能的特点。
因为相较于密闭式罐，通气式罐具有更快的反应速度和更高的气体转化率。
在罐体底部设置通气孔，以不间断地向罐内通入外部空气；同时，罐体顶端采用编织式气体松弛带，将罐内产生的气体排放至大气中，以保证罐内气体压力稳定。
这种通气式设计可以最大限度地提高罐体内的通气效率，加速发酵过程，提高产物的产率和质量。
2、机械搅拌方式机械搅拌是现代化通气式发酵装置的核心功能之一。
机械搅拌能充分混合罐内物料，使得各种生化因素得到更好的充分发酵，促进了微生物的生长和代谢，并提高了发酵物质的接触效率。
同时，机械搅拌还提高了罐内反应的均匀性，减少了底部物料的淤积，减轻了对发酵物进行柔性控制的工作量。
3、独立切换操作面板机械搅拌发酵罐的独立操作面板设计，方便了罐内各种参数的实时检测和调节。
面板设有可变频率、分析仪和控制器等多个功能区，能够给发酵罐低频、中频及高频的信号控制和调整能力，保证了反应的可靠性和生产品质的稳定性。
四川大学发酵作业答案2
1、影响微生物需氧的因素有哪些？ 如何调节摇瓶发酵的供氧水平？如何调节 影响微生物需氧的因素有哪些？ 如何调节摇瓶发酵的供氧水平？ 通气搅拌发酵罐的供氧水平？ 通气搅拌发酵罐的供氧水平？
用。其缺点是效率不高，对黏度较大的流态型泡沫几乎没有作用，也不能消除引起泡沫稳定 的根本原因，所以仅作为消沫的辅助方法。 （二）消沫剂消沫：因为形成泡沫的因素很多．所以选择消沫剂的作用机制也是多样的，消 沫剂一般是采用表面活性物质。 当泡沫的表面存在有极性表面活性物质形成的双电层时， 另 一种极性相反的表面活性物质的加人，可以中和电性，破坏泡沫的稳定性，使泡沫破碎。或 者加入更强极性的物质与发泡剂争夺泡沫表面上的空间， 而引起力的不平衡， 并使液膜的机 械强度降低，促使泡沫破碎。当泡沫的液膜具有较大的黏度时，可加入某些分了内聚力小的 物质，以降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破碎。
6、泡沫的控制方法可分哪两大类？请简述之。 泡沫的控制方法可分哪两大类？请简述之。
答：控制泡沫的方法主要包括机械消沫和消沫剂消沫两大类。 （一）机械消沫是利用物理作用，靠机械的强烈振动或压力的变化促使泡沫破碎。 机械消沫的方法有多种， 一种是在罐内将泡沫消除， 最简单的是在搅拌轴的上部安装消沫桨， 当消沫桨随着搅拌轴转动时，将泡沫打碎。另一种是将泡沫引出罐外．通过喷嘴的加速作用 或利用离心力消除泡沫后，液体再返回罐内。 机械消沫的优点是不需要引人外来物质，可 节省原材料，减少杂菌污染的机会，也可以减少培养液性质的变化，对提取工艺无任何副作
答： （一）影响微生物需氧的因素：不同的微生物对于氧的需求不同，供氧不足，会抑制好 氧微生物的生长代谢。 而兼性微生物如酵母、 乳酸菌在无氧情况下， 也能通过酵解获得能量。 对绝对厌氧微生物来说氧则是一种毒害。 （1）微生物的耗氧速度常用单位质量的细胞(干重)在单位时间内消耗氧的量，即比耗氧速 率(或呼吸强度)来表示。 各种微生物的呼吸强度是不同的， 并且呼吸强度是随着培养液中溶 解氧浓度的增加而加强。 （2）细胞浓度直接影响培养液的摄氧率，随着细胞浓度的迅速增加，摄氧率也迅速增高， 在对数生长期的后期达到峰值。 （3）培养基的成分和浓度显著地影响微生物的摄氧率，在发酵过程中若进行补料或加糖， 可使微生物的摄氧率为之增加。 （4）微生物呼吸强度的临界值还与一些培养条件如 pH 值、温度等有关。在一定范围内，温 度越高，营养成分越多，临界值也相应增高。 （5）有毒物质的形成和积累如 NH3、CO2 等，如不能及时从培养液中排出，也会抑制微生物 的呼吸。此外，挥发性中间物如糖代谢中挥发性有机酸，因大量通气而引起损失，会影响微 生物的呼吸。 （二）摇瓶发酵供氧水平的调节：调节 KLa（供氧系数）是最常用的方法，KLa 反映了设备的 供氧能力，一般来讲大罐比小罐要好。 影响摇瓶 KLa 的因素：装液量和摇瓶机的种类装液量，一般取 1/10 左右，因此可以调节两者 比例调节摇瓶发酵的供氧水平。 （三）通气搅拌发酵罐供氧水平的调节。在通气发酵罐中，全挡板条件下： （1）理论上：提高搅拌，调节 KLa 的效果显著 （2）实际上：对于转速的调节有时是有限度的。通风的增加也是有限的，蒸发量大，中间 挥发性代谢产物带走。 （3）小型发酵罐和大型发酵罐调节 KLa 的特点：小型发酵罐，转速可调；大型发酵罐，转速 往往不可调。 因此调节通气搅拌发酵罐的供氧水平可以通过： （1）改变搅拌速度 搅拌器可以从多方面改善通气效率，对物质传递的作用包括：可将通 入培养液的空气打散成细小的气泡，防止小气泡的凝集，从而增大气液相的有效接触面积； 使液体形成涡流，延长气泡在液体中的停留时间；增加液体的湍动程度，减少气泡外滞流液 膜的厚度，从而减小传递过程的阻力；使培养液中的成分均匀分布。对于没有搅拌器的通气 发酵罐，则是利用空气带动液体运动，产生搅拌作用。 （2）改变通气速率 在通气培养中，空气为微生物提供氧气外，还能带走发酵废气。实际 上通气量的影响是有一定限度的， 如果超过这一限度． 搅拌器就不能有效地将空气泡分散到 液体中，而在大量空气泡中空转，发生“过载”现象。此时叶轮不能分散空气．气流形成大 的气泡，沿轴的周围逸出。当气流流量超过过载速度后，这时搅拌功率会大大下降，KLa 也 不能再提高。 （3）改变培养液的理化性质 在发酵过程中、微生物自身的生长繁殖和代谢可引起发酵液 的性质，如密度、黏度、表面张力、扩散系数等的不断变化．这些性质的变化都会影响氧的 传递效率值。 （4）改变气体组分中的氧分压 用通入纯氧的方法来改变空气中氧的含量。 （5）加入氧载体 氧载体一般是不溶于发酵液的液体，呈乳化状态来提高汽液相之间的传 递，也就是说在汽液间起到氧传递的促进作用。常用的氧载体有：①血红蛋白；②烃类碳氢
第八章 细胞生长动力学
• (3)类型Ⅲ 产物的形成显然与基质(糖类)的 消耗无关，例如青霉素、链霉素等抗生素发酵。 • 即产物是生物的次级代谢产物，其特征是产物 合成与利用碳源无准量关系。产物合成在菌体 生长停止及底物被消耗完以后才开始。此种培 养类型也叫做无生长联系的培养。
三、根据反应形式分类
• (1)简单反应型 营养成分以固定的化学量转化为 产物，没有中间物积聚。又可分为有生长偶联和 无生长偶联两类。 • (2)并行反应型 营养成分以不定的化学量转化为 产物，在反应过程中产生一种以上的产物，而且 这些产物的生成速率随营养成分的浓度而异，同 时没有中间物积聚。
发酵动力学的研究内容
• 主要包括：细胞生长和死亡动力学，基质 消耗动力学，氧消耗动力学，CO2生成动 力学，产物合成和降解动力学，代谢热生 成动力学等。 • 以上各方面不是孤立的，而是既相互依赖 又相互制约，构成错综复杂、丰富多彩的 发酵动力学体系。
发酵动力学内容及目的
• 发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生 长、基质消耗、产物生成的动态平衡及 其内在规律。 • 研究内容：包括了解发酵过程中菌体生 长速率、基质消耗速率和产物生成速率 的相互关系，环境因素对三者的影响， 以及影响其反应速度的条件。
• (1)分批式操作 底物一次装入罐内，在适宜条 件下接种进行反应，经过一定时间后将全部反 应系取出。 • (2)半分批式操作 也称流加式操作。是指先将 一定量底物装入罐内，在适宜条件下接种使反 应开始。反应过程中，将特定的限制性底物送 人反应器，以控制罐内限制性底物浓度保持一 定，反应终止取出反应系。 • (3)反复分批式操作 分批操作完成后取出部分 反应系，剩余部分重新加入底物，再按分批式 操作进行。
• 1．得率(或产率，转化率，Y)：包括生长 得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。 • 得率：是指被消耗的物质和所合成产物之 间的量的关系。 • 生长得率：是指每消耗1g(或mo1)基质(一 般指碳源)所产生的菌体重(g)，即Yx/s=ΔX ／一ΔS。
发酵罐类型及结构
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。
图6-1搅拌通风发酵罐的结构示意图（2）罐体的尺寸比例罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7~4左右。
发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的三倍。
对于大型发酵罐以及液体深度H L较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。
发酵工程设备题库
第一章通风发酵设备一、选择题1、好气性发酵需要无菌空气，概括起来无菌空气在发酵生产中的作用是。
A. 给培养微生物提供氧气B. 能起一定的搅拌作用，促进菌体在培养基中不断混合，加快生长繁殖速度C. 打碎泡沫，防止逃液D. 保持发酵过程的正压操作2、气升式发酵罐的优点是无需。
A. 空气过滤系统B. 搅拌器C. 空气喷嘴D. 罐外上升管3、喷射自吸式发酵罐的优点是。
A. 空气吸入量与液体循环量之比较高B. 无需搅拌传动系统C. 气液固三相混合均匀D. 适用好氧量较大的微生物发酵4、气升式发酵罐的特点有。
A. 高径比(H/D)比机械搅拌通风发酵罐的小B. 无需机械搅拌C. 无需空气压缩机D. 溶氧速率较高5、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此轴封。
A. 应该用填料函B. 应该用单端面机械C. 应该用双端面机械D. 无需6、一个优良的生物反应器应具有。
A. 良好的传质、传热和混合的性能B. 结构严密，内壁光滑，易清洗，检修维护方便C. 有可靠的检测及控制仪表D. 搅拌及勇气所消耗的动力少7、发酵罐的罐顶可装设的管路有。
A. 进料管B. 排气管C. 冷却水进出管D. 压力表接管8、发酵罐的罐峰可装设的管路有。
A. 取样管B. 冷却水进出管C. 空气进管D. 检测仪表接口管9、涡轮式搅拌器的特点有。
A. 结构简单B. 溶氧速率高C. 剪切力大D. 气泡破碎程度低10、某发酵罐直径为5m，下列组合可达到全挡板条件的有。
A. 挡板宽度为0.5m，挡板数为4B. 挡板宽度为0.4m，挡板数为6C. 挡板宽度为0.5m，挡板数为6D. 挡板宽度为0.4m，挡板数为511、双端面机械轴封的主要部件有。
A. 动环B. 静环C. 弹簧加荷装置D. 辅助密封元件12、耙式消泡器通常安装在发酵罐的。
A. 内壁上B. 马达上C. 搅拌轴上D. 搅拌器上13、下列可提高氧传递推动力，从而增加溶氧速率。
A. 降低培养液黏度B. 机械搅拌C. 通入富氧空气D. 提高通气压强14、在发酵过程中，发酵罐罐顶压强（表压）一般为MPa。
2017年 发酵设备 章节习题.及答案docx
第一、二章物料预处理、灭菌设备一、填空1.带式输送机中托辊分上托辊、下托辊，其作用是防止输送带下垂，起支撑作用；张紧装置的作用是使输送带带产生以一定的预张力，避免输送带在传动滚筒上打滑；减少输送阻力。
2.锤式粉碎机对物料的破碎作用力主要包括冲击力、摩擦力和剪切力。
3.锤式粉碎机适合于脆性性质物料的粉碎，如地瓜、玉米，辊式粉碎机适合于粘性颗粒状、中等硬度性质物料的粉碎，麦芽、玉米。
4.磁力除铁器种类有：永磁溜管及永磁滚筒。
5.辊式粉碎机的破碎作用力主要为：挤压力、剪切力（当两辊速不同时）。
6.利用糖蜜原料发酵生产酒精前，需要对糖蜜进行稀释、酸化、灭菌和增加营程。
7.后熟器作用是在一定温度下，维持一定时间，使糊化醪进一步煮熟。
8.平底筛板过滤槽的过滤介质是：。
9.糖化锅的作用是：使麦芽糖与水混合，并保持一定温度进行蛋白质分解和淀粉糖化。
10.淀粉质原料罐式蒸煮糖化流程中，对瓜干类原料来说蒸煮罐的个数一般为：3-4个，玉米类原料蒸煮罐的个数一般为：5-6个。
11.淀粉质原料罐式蒸煮糖化流程最后一个后熟器的醪液位置一般控制50%-70%左右的位置。
12.啤酒生产四器组合指的是：糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅。
13.麦汁煮沸锅的作用有：麦汁的煮沸和浓缩、加热凝固蛋白质、酒花内物质的溶解等。
14.培养基连续灭菌流程的种类有：由热交换器组成的灭菌系统、蒸汽直接喷射型、连消塔，维持罐和喷淋冷却组成的。
15.培养基灭菌流程常用的冷却器形式有：喷淋冷却、真空冷却、板式换热器。
等。
二、单项选择1.锤片式粉碎机主要靠（c）的作用力对物料进行破碎的。
A 剪切作用B 挤压作用C 撞击作用D 劈裂作用2.大麦粗选机具有（B）层筛面。
A 2B 3C 4D 53.罐式连续蒸煮流程中蒸煮罐及后熟器的个数一般为（B）个。
A 1-3B 4―6C 6-9D 9-114. 啤酒厂大米的粉碎一般选择（ B）。
A锤式粉碎机 B 辊式粉碎机 C 盘式粉碎机 D 超细微粉碎机5. 平底麦汁过滤槽的麦糟层厚一般取（C）。
生物工程设备作业习题
生物工程设备复习题第一章通风发酵设备1. 生物反应器根据能量传递方式可以分为那些类别？2. 机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？搅拌转速的高低对不同种类微生物的生长、代谢有何影响？3. 机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？他们有何作用？4. 何谓发酵罐公称体积？何谓全挡板条件？5. 发酵罐有几种消泡方式，机械消泡的优缺点。
6. 如何调节通气搅拌发酵罐的供氧水平？7. 大型发酵罐和小型发酵罐通过那些设备实现温度的调控？8. 气升式发酵罐有何特点？9. 高位筛板塔式发酵罐有何特点？10.自吸式发酵罐的特点，机械自吸式发酵罐吸气原理。
11. 文氏管自吸式发酵罐的结构特点与工作原理。
12. 机械通风固相曲体发酵设备结构单元与工作原理。
13.生物反应器在设计时需注意哪些问题？第二章嫌气发酵设备14. 嫌气发酵设备与通风发酵设备在结构方面有何区别？15. 酒精发酵罐的结构部件与作用。
16. 如何计算酒精发酵罐的个数和冷却面积？17.新型啤酒发酵设备有哪些类型？从结构角度比较他们的异同点。
18. 啤酒发酵罐的CIP清洗系统由那些操作程序组成？第三章动植物细胞培养反应器19. 微生物细胞、植物细胞、动物细胞的结构与功能有何区别？这些特点使得培养他们的反应器有何异同点？20. 植物细胞反应器有几类？21. 通气搅拌式细胞培养反应器、气升式动物细胞培养反应器的结构特点。
22. 中空纤维细胞培养反应器、微载体培养系统应用方面已取得哪些进展？23. 微藻大规模培养有何特点？试比较封闭式光生物反应器与开放式光生物反应器的优缺点。
24. 封闭式光生物反应器有哪些类型？管式光生物反应器有何优缺点？第四章物料处理与培养基制备25. 固体物料的筛选设备是如何满足筛选的工艺要求？26. 大麦精选机有几类？他们的结构有何特点？27. 固体物料的粉碎有可能受那些力作用引起的？28. 锤式粉碎机有哪些部件构成？它是如何粉碎物料的？29. 辊式粉碎机是如何粉碎物料？它有几类？30. 罐式连续蒸煮糖化流程各个结构单元设备的结构特点与功能。
发酵设备培训讲义
温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷 淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
酵母将糖转化为酒精高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生物
热
酒精发酵罐的结构要求
满足工艺要求，有利于发酵的排出 从结构上有利于发酵液的排出 有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方
便等问题。
酒精发酵罐筒体结构
为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及
其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料
约5分钟时间即可完成洗涤作业。洗涤水若用 废热水，还可提高洗涤效果。
二、酒精发酵罐的计算
(一)发酵罐结构尺寸的确定 发酵罐全容积可按下式计算：
(二)发酵罐罐数的确定 对于间歇发酵，发酵罐罐数可按下式计算
(三)发酵罐冷却面积计算
1．总的发酵热Q
微生物在嫌气发醉过程中总的发酵热，一般由 生物合成热Q1，蒸发热损失Q2，罐壁向用围 散失的热损失Q3等三部分热量所组成。
管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 罐底装有排料口和排污口； 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大
型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐 底也装有人孔。
发酵的冷却装置
对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外 壁表面进行膜状冷却；
对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇 管和罐外壁喷洒联合冷却装置，
发酵罐的种类
发酵工业上最常用的是通风搅拌罐。除了通风 搅拌发酵罐外，其它型式的发酵罐如：气提式 发酵罐、压力循环发酵罐、带超滤膜的发酵罐 等。
《生物工程设备》教学大纲
《生物工程设备》课程教学大纲一、课程的性质和目的本课程是大学本科生物工程专业的专业课，通过本课程学习，结合认识实习和发酵工程等专业课程的学习，使学生掌握生物工程企业的工作流程、设备结构及其工作原理，主要设备的设计计算及选型，初步了解设备的安装与维护。
在此基础上，了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。
通过本课程的学习，使学生初步具有独立分析和解决生产及试验研究上的工程设备问题的能力。
二、课程的基本要求通过本课程的教学，要求学生掌握生物工程生产过程中常用设备的结构、特点、工作原理、设计计算、选型及保养。
通过本课程学习使学生掌握常见生物工程设备的结构原理，能进行设计和选型的能力。
三、课程内容与要求第一章物料输送系统设备（4学时）1、学习目的和要求通过本章学习，了解生物工程工厂常用的固体物料和液体物料的输送设备，掌握斗式提升机、皮带输送机、螺旋输送机和气力输送系统的构造、原理及相关计算。
2、课程内容（1）斗式提升机；（2）皮带输送机；（3）螺旋输送机；（4）气力输送系统；（5）液体物料的输送设备。
3、考核知识点和考核要求（1）识记：斗式提升机、皮带输送机、螺旋输送机的构造及工作原理，气力输送流程、主要配套设备；（2）领会：气流输送的原理；（3）综合应用：气力输送系统的设计。
第二章物料处理与培养基制备（4学时）1、学习目的和要求通过本章学习，掌握固体物料的筛选、除杂及粉碎设备的构造、工作原理，液体培养基的制备及杀菌所涉及的设备构造、工作原理、工作流程及相关计算与设备选型。
2、课程内容（1）固体物料的筛选除杂设备；（2）固体物料的粉碎设备；（3）糖蜜原料的稀释与澄清设备；（4）淀粉质原料的蒸煮糖化设备；（5）啤酒生产中麦芽汁的制备。
3、考核知识点和考核要求（1）识记：振动筛、磁力除铁器、碟片式精选机、滚筒精选机、平板分级筛、圆筒分级筛、锤式粉碎机、辊式粉碎机、圆盘钢磨机、钢片式粉碎机、湿法粉碎机的构造及工作原理，糖蜜原料的稀释与澄清设备的构造及工作原理，淀粉质原料蒸煮糖化流程、啤酒生产中麦芽汁的制备流程中相关设备的构造及工作原理；（2）领会：固体物料粉碎的力学分析，培养基热灭菌的动力学；（3）综合运用：液体培养基的制备及杀菌工艺流程的设计。
第八章 发酵设备
前发酵槽的底略有倾斜，利于废水排出
离槽底10-15cm处，伸出有嫩啤酒放出管
为了维持发酵槽内醪液的低温，在槽中 装有冷却蛇管或排管。
前发酵槽的冷却面积，根据经验，对下 面啤酒发酵取每立方米发酵液约为0.2平 方米冷却面积，蛇管内通入0-2度的冰水。
注意CO2的排放，防止中毒。
密闭式发酵槽
n=24/4=6 N=6× 72/24+1=19
发酵罐容积
发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形 盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐表面 积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底罐顶表面积 F2，F3分别为：
冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
假定罐壁无夹套保温层，壁温最高可达35℃ ，生产厂所 在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
高压强的水力喷射洗涤装置
它是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐的中 央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀地钻有 4-6mm的小孔，孔与水平呈20度角，水平喷水 管接活接头，上端和供水总管，下端和相垂直 分配管相连接，洗涤水压为0.6~0.8MPa。
水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出， 使其以每分钟48~56转自动旋转，并以极大的 速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同 样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底。
如果发酵液不进行冷却，则发酵温度可升高 10℃。
此外，对于小型试验罐，也可在发酵最旺盛时， 测定其冷却水的进出口温度和单位时间内的耗 水量，从而得出小罐的放热量Q’1。
代谢气体带走的蒸发热量Q2与糖浓度、发 酵程度好坏有关，除间接测定外，目前还 难具体计算，一般计算时可取Q1的5～6％ 左右。
优点
发酵罐二次通气的原理
发酵罐二次通气的原理Fermentation tank secondary aeration is a key process in the production of certain fermented foods and beverages. 发酵罐二次通气是在生产某些发酵食品和饮料过程中的一个关键步骤。
It plays a crucial role in maintaining the ideal environment for microbial growth and activity. 它在维持微生物生长和活性的理想环境方面发挥着至关重要的作用。
This process involves introducing oxygen into the fermentation tank after the initial fermentation stage has been completed. 该过程涉及在初始发酵阶段完成后向发酵罐中引入氧气。
The oxygen is necessary to support the growth of aerobic microorganisms and to ensure the completion of the fermentation process. 氧气是必要的，以支持好氧微生物的生长，并确保发酵过程的完成。
One of the main reasons for the need for secondary aeration is to replenish the oxygen that has been consumed during the initial fermentation. 需要进行二次通气的主要原因之一是补充初始发酵过程中耗尽的氧气。
As the microorganisms present in the fermentation tank metabolize the sugars and other nutrients in the substrate, they consume oxygen and produce carbon dioxide. 当发酵罐中存在的微生物代谢基质中的糖和其他营养物质时，它们消耗氧气并产生二氧化碳。
年产 260 吨螺旋霉素的发酵车间设计
北京理工大学珠海学院 2020 届本科毕业设计
目录
1 前言 ................................................................................................................................. 1
2.2.1 培养基配制 ............................................................................................... 2
2.2.2 灭菌 ........................................................................................................... 3
4.2 搅拌机设计与选型 ............................................................................................ 11
4.2.1 搅拌机的选型 ......................................................................................... 11
antibacterial drug that can be used to treat cryptosporidium diarrhea. Studies have shown that
the combination of spiramycin and other antibacterial drugs can expand the antibacterial
《发酵设备》实验讲义
实验一发酵罐及摇瓶发酵体积溶氧系数的测定实验目的：体积溶氧系数k L a作为生物反应器一个重要的性能指标，在反应器设计、放大以及发酵过程优化控制中具有重要意义。
本实验要求学生掌握生物实验中常用机械搅拌通气发酵罐和摇瓶的体积溶氧系数k L a的测定方法，以及分别影响其体积溶氧系数的因素。
实验原理：体积溶氧系数常用的测定方法有亚硫酸钠氧化法和氧电极法，后者又分为动态法和物料衡算法。
本实验主要介绍亚硫酸钠氧化法的原理和方法，其余的测定方法可参考其他书籍。
用铜离子或锂离子作为催化剂，溶解在水中的氧能立即氧化其中的亚硫酸根离子，使之成为硫酸根离子，其氧化反应的速度在较大的范围内与亚硫酸根离子的浓度无关。
实际上是氧分子一经溶入液相，立即就被亚硫酸钠还原掉。
有关反应式如下：CuSO42Na2SO3+O2--------------> 2Na2SO4剩余的Na2SO3与加入的过量的碘作用：H2O+Na2SO3+I2----->2HI+Na2SO4再用硫代硫酸钠标准溶液滴定剩余的碘：2Na2S2O3+I2------->2NaI+Na2S4O6从以上反应方程式可见，1摩尔溶解氧可氧化2摩尔亚硫酸钠，剩余2摩尔碘，而2摩尔碘能消耗掉4摩尔硫代硫酸钠。
因此，每滴定消耗1摩尔硫代硫酸钠，必有1/4摩尔溶解氧进入测定溶液中。
实验器材：实验室小型生物发酵罐、摇床、250 mL摇瓶三个、10 mL吸管、计时器、亚硫酸钠（分析纯）、硫酸铜（分析纯）、0.05 mol/L硫代硫酸钠标准溶液、0.4 mol/L 标准碘液（碘单质难溶于水，加适量碘化钾促溶）、淀粉指示剂（0.5 g可溶性淀粉加水5毫升搅匀，缓缓倾入100毫升沸水中，搅拌，煮沸2分钟，放冷，倾取上层清液）实验步骤：一、发酵罐体积溶氧系数的测定将一定量的自来水加入试验罐中，开始搅拌，加入纯的亚硫酸钠晶体，使亚硫酸根浓度为0.5 mol/L，再加分析纯的硫酸铜晶体，使铜离子浓度为0.001 mol/L；待溶解完全后，开阀门通气，空气阀一开就接近预定的流量，并在几秒钟内调整至所需要的空气流量，立即取样并计时，为氧化作用的开始。
生物工程设备复习题
生物工程设备(发酵设备）复习题烟台大学（2011级)一、单项选择题（每题1分）1。
目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用 C 。
A。
圆盘平直叶涡轮搅拌器 B。
螺旋浆式搅拌器 C. 无搅拌器 D. 锚式搅拌器2。
好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前 C ,以确保安全.A。
应该安装截止阀 B. 应该安装安全阀C。
应该安装止回阀 D。
不应该安任何阀门3. 锥形啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外,蛇管内用 B 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换.A。
蒸气 B。
酒精 C. 冷凝水 D。
热水4。
气升式发酵罐的优点是无需 B 。
A. 空气过滤系统B. 搅拌器 C。
空气喷嘴 D。
罐外上升管5。
发酵罐的公称体积是指 BA筒身体积 B筒身体积+底封头体积C筒身体积+上封头体积 D筒身体积+上封头体积+底封头体积6。
发酵罐设计时,首先需要确定的尺寸是 BA 发酵罐筒体高度 B发酵罐直径 C 发酵罐封头高度 D搅拌器尺寸7。
机械搅拌通风发酵罐不需要的构件是 DA 搅拌器 B消泡器 C 换热器 D导流筒8。
下列发酵设备中,装料系数最低的是： CA酒精发酵罐 B气升环流式发酵罐 C自吸式发酵罐 D通风搅拌发酵罐9. A 是靠搅拌器提供动力使物料循环、混合。
A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐10. B 是以通入的空气提供动能，产生液体密度差使物料循环混合，实现传质传热. A搅拌式反应器 B气升式反应器 C自吸式发酵罐 D啤酒发酵罐11。
一般而言, A 微生物发酵，受搅拌剪切的影响较明显。
A丝状 B球状 C杆状 D植物细胞12. A 是决定搅拌剪切强度的关键。
A搅拌叶尖线速度 B搅拌叶轮尺寸 C搅拌叶轮转速 D搅拌功率13。
以 C 的准则是在以丝状菌体发酵时进行机械搅拌通风发酵罐的放大时,必须考虑的准则之一.A体积溶氧系数相等 B以P0/VL相等 C搅拌叶尖线速度相等 D 混合时间相等14. 液气比是反映通气量大小的一个指标,其定义是 B 。
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三、机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性1、搅拌叶轮尺寸与类型●叶轮尺寸与罐直径比D i/D=0.33~0.45选用较大的叶轮或D i/D：多糖发酵，动物细胞培养；●叶轮类型的选择功率准数、混合特性，产生的液流作用力的大小；2、搅拌叶尖速度与剪应力●细胞与剪切作用损害程度：细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间；定性关系：球状和杆状细胞：耐受力强，丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则以搅拌叶尖线速度v为基准：v≤7.5m/s例外：谷氨酸发酵3、发酵液的流变特性液体流变特性的影响：传质、传热、混合；发酵罐设计与运转；●发酵液流变特性的类型：（1）牛顿型流体黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）；剪应力与剪切速率的关系：τ=F/A=μ(d u/d y)=μγτ为剪应力，Pa或N/m2；F为切向力，A 为流体面积；μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )；非牛顿型流体（2）宾汉塑性流体τ=τ0+μsγτ0为屈服应力，Pa;μs为表观黏度,Pa·s;如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体τ=KγnK：均匀系数，稠度系数， Pa·s n；n：流体状态特性指数，拟塑性：0﹤n﹤1涨塑性：n﹥1如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖；四、机械搅拌通风发酵罐的的热量传递1、发酵过程的热量计算●生物反应热的计算Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散Q搅拌：与搅拌功率P g有关，η功热转化率，取η=0.92；Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物；●冷却水带出的热量计算发酵过程的最大放热：Q发酵=[Wc(T2－T1)]/V L [kJ/(m3·℃)]W:冷却水流量，kg/h；c：水的比热容，kJ/(kg·℃)；T1、T2:冷却水进出口温度，℃；V L：发酵液体积，m3;●发酵液温升测量计算旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水，30min后测定发酵液的温度：Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/V L [kJ/(m3·℃)] w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg；c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)；△T：30min内发酵液的温升，℃；2、发酵罐的换热装置●换热夹套换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)；适应：5m3发酵罐；●竖式蛇管4~6组换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)；要求水温较低；●竖式列（排）管传热推动力大，用水量大；五、机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积●公称体积指罐的筒身（圆柱）体积与底封头体积之和。
椭圆形封头体积：V1=πD2h b/4+πD2h a/6h a：椭圆封头的直边高度，m；h b：椭圆短半轴长度，标准椭圆h b=D/4；罐的全体积：V0=πD2[(H0+2(h b+D/6)]/4≈πD2 /4+0.15D3 （m3）六、机械搅拌通风发酵罐的放大设计举例1、基因工程菌发酵罐的设计（1）设计任务与要求●年产量，●现有（中试）发酵工艺参数20L罐试验数据：细胞浓度，产物浓度，得率系数；培养条件：温度、pH、μ；大罐生产目标：细胞浓度50g/L（干）；培养基；发酵工艺；发酵液流体类型；产物收率；生产天数，24小时连续生产；（2）设计计算●物料衡算、热量衡算、反应器体积：产物总产量；细胞年产量，发酵总量；每天应生产的发酵液量；反应器体积；溶氧速率OTR；●发酵罐初步设计搅拌功率、D i/D、通气线速度；选择搅拌桨叶；由上述数据得到初步计算结果；●发酵工艺改进所得的溶氧速率OTR低于要求的OTR：采用改进取得供应；以计算得到的OTR计算，得到发酵特征参数；解决低OTR问题，在后期通富氧；●综合考虑，进行优化设计，得到改进的反应器计算结果；2、100m3大型发酵罐的设计●主要用于抗生素、氨基酸发酵8.2 气升式发酵罐(ALR)1、概述●工作原理把无菌空气通过喷嘴或喷孔以250～300m/s的速度喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使气泡碎裂，同时形成的气液混合物由于密度较低向上运动，而气含率小的发酵液则向下运动，形成循环流动，实现混合与传质。
●优缺点结构简单，冷却面积小；无搅拌传动设备，节约动了约50％，节约钢材；操作无噪音；料液可充满达80～90％，而不需加消泡剂；维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。
缺点：不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低；●类型气升环流式、鼓泡式、空气喷射式；2、气升环流式反应器的特点●发酵液分布均匀基质均匀分散；避免液面形成稳定的泡沫层；使淀粉类易沉降的物料悬浮分散；●较高的溶氧速率和溶氧效率较高的气含率（gas-holdup)和气液接触界面；溶氧速率比机械搅拌罐高：k L a可达2000h－1；比如25m3的气升式反应器：溶氧速率：2~8kg/(m3·h)；溶氧效率：1~2kg/(kW·h)；●剪切力小，对细胞损伤小适合植物细胞和组织培养；●传热良好液体综合循环速率高；便于在外循环管路上进行换热；●结果简单，易于加工制造无搅拌器，不需安装结构复杂的搅拌系统；容易保证密封；加工制造方便，设备投资较低；易于放大制造大型反应器；●操作维修方便3、气升环流式反应器的主要结构及操作参数主要有：高径比、导流筒高度与反应器高度比，导流筒直径与反应器直径比，导流筒与罐顶部和罐底部的距离，通气速率，循环时间，平均循环雷诺准数，平均循环速度；（1）主要结构及操作参数●反应器高径比H/DH/D=5~9●导流筒径与罐直比D E/DD E/D=0.6~0.8●空气喷嘴直径与罐径比D1/D（2）操作特性●平均循环时间t m=V L/V c=V L/(ψD E2v m/4)V L：罐内发酵液量，m3；V c：发酵液循环流量，m3/s ；D E：导流管（上升管）直径，m；v m ：导流管中液体平均流速，m/s；黑曲霉生产糖化酶：t m﹤3min高密度单细胞培养：t m﹤1min●气液比R指通风量与发酵液的环流量比R=V G/V c平均环流度速v m ：1.2~1.8m/s；●溶氧传递取决于发酵液的湍动程度和气泡的剪切作用；输入的能量；气含率与空截面气速的关系：h=K v s nK，n为经验常数，鼓泡塔：低通气速率：n=0.7~1.2；高通气速率：n=0.4~0.7；体积氧传递系数：k L a=b v s mb为常数，与空气分布器和溶液性质有关；对水和电解质，m=0.8；输入功率P g/V L=1kW/m3:溶氧速率OTR：2~3kg/(m3·h)；溶氧效率：1~2kg/(kW·h)；4、典型气升环流发酵罐●ICI压力循环式发酵罐公称体积3000m3,液柱高达55m,发酵液量2100m3，沿罐高度设有19块有下降区的筛板，罐顶部设有气液分离部分；有关参数：罐中液体上升速度0.5 m/s，下降区达3~4 m/s；气含率：上升管0.52，下降区0.48；溶氧速率：10kg/(m3·h)；相应的输入功率6.6kW/m3；溶氧效率：1.5kg/(kW·h)；循环时间：1~3min；使用领域：酵母、酶、有机酸，细胞培养；●BIOHOCH多气升管反应器反应器内设多个气升管；有效体积达8000~20000m3；特点：节能、操作稳定、出水的BOD和COD低；无噪音、占地面积小；应用：废水处理8.3 自吸式发酵罐1、自吸式发酵罐的原理和特点●原理不需要空气压缩机提供压缩空气，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，同时实现混合搅拌与氧传质的发酵罐。
●特点①节约空压机及其附属设备冷却器、油水分离器、空气贮罐、过滤器等，减少占地面积，减少设备投资约30％左右；②溶氧效率高，能耗低；③设备便于自动化、连续化，用于酵母和醋酸生产具有生产效率高优点；缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。
2、机械自吸式发酵罐（1）原理自吸式发酵罐的构件主要使自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子；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，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；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，转子转速愈大，所造成的负压也愈大，吸入的空气量越大。
由于转子的搅拌作用，气液在叶轮周围形成强烈的混合流（湍流），使刚离开叶轮的空气立即在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，因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。
（2）机械自吸式发酵罐设计要点●发酵罐的高径比高径比不宜取过大；吸气装置离液面的距离2~3m；发酵液黏度高，适当降低罐高度；●转子与定子的确定三棱叶转子：直径较大，转速较低时，吸气量也较大，叶轮直径与罐直径比为0.35;四弯叶转子：剪切作用较小、阻力小、功率消耗少；转速高，吸气量较大，溶氧系数高；叶轮外径与罐直径比为：1/8~1/15；叶轮厚度与叶轮直径比：1/4~1/5；●吸气量计算用准数法计算和比拟放大设计；三棱叶搅拌器：f(N a,F r)=0N a：吸气准数，N a=V g/nd3；F r：弗鲁特准数，F r=n2d/g；V g：吸气量，m3/s；四弯叶搅拌器：V g =12.56nCLB(D-L)K(m3/s)n:叶轮转速；D：叶轮外径；L:叶轮开口长度；B：叶轮厚度；C：流率比，C=K/(1+K) ；K：充气系数；3、喷射自吸式发酵罐●原理发酵液通过文氏管或液体喷射装置时，在收缩段流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现氧传质。
●类型（1）文氏管自吸式发酵罐（2）液体喷射自吸式发酵罐主要用于酵母培养。