带升式发酵罐

带升式发酵罐

带升式发酵罐是以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有效循环。罐内分为上升管和下降管。从上升管通入气体，使管内气体含量升高，密度变小，气液混合物向上升，气泡变大，至液面处气泡破裂，气体由排气口排出。剩下的气液混合物密度较上升管内的气液混合物大，由下降管下降，从而形成循环。

（1）结构

根据上升管和下降管的布置方式不同，带升式发酵罐可分为两类：一类为内循环式，上升管和下降管都在反应器内，循环在反应器中进行，结构较紧凑，如图6.7-3（1）所示。多数内循环发酵罐内置同心轴导流筒，也有内置偏心轴导流筒或隔板的。另一类是外循环式，通常将下降管置于发酵罐外部，以便加强传热，如图6.7-3（2）所示。其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。

图6.7-3 带升式发酵罐

（2）特点

①反应溶液分布均匀，气液固三相均匀混合；

②溶氧速率和溶氧效率较高；

③剪切力小，对生物细胞损伤小；

④传热良好，同时便于在外循环管路加装换热器；

⑤结构简单，冷却面积小，易于加工制造；

⑥维修、操作及清洗简便，可减少染菌机会；

⑦料液填充系数达80％—90％，而不需加消泡剂；

⑧要求通风量和通风压头较高，使空气净化工段的负荷增加，对于黏度较大的发酵液，溶解氧系数较低。

（3）工作机理

在环流管底设有空气喷嘴，空气在喷嘴口以250～300m／s的高速喷人环流管，由于喷射作用，气泡被分散于液体中，借助于环流管内气液混合物的密度与

反应主体之间的密度差，使管内气液混合物连续循环流动。罐内培养液中的溶解氧由于菌体的代谢而逐渐减小，当其通过环流管时，由于气液接触而达到饱和。

（4）影响带升式罐性能的主要因素

①影响空气消耗量的因素、循环周期必须符合菌种发酵的需要；

②液面到喷嘴缩孔的垂直高度。由于空气流动和空气的浮力作用，使升液管与罐之间产生压力差，使醪液不断循环。液面到喷嘴缩孔的垂直高度越大，压力差也越大，醪液循环量及空气提升能力就越大；

③液面至升液管出口高度。当罐内实际液面低于升液管液体出口时，醪液循环量和升液效率都明显下降，液面越低，效率越低。当罐内液面与上升管出口相平时，醪液循环量和升液效率都达到最大。当液面高过上升管出口时，对提高效率没有明显影响；

④摩擦阻力。尽量缩短循环管的总当量长度，按最短线路安装循环管和选用阻力较小的管件。并尽量采用单管式，而不采用直径较小的多管式，以减小摩擦阻力。上升管的出口应在发酵罐侧壁，以切线方向与罐相接，这样管道阻力小，总扬程大大减小，可以提高升液能力；

⑤喷嘴前后压力差。压力差增大，醪液循环量增大，因而缩短循环周期；

⑥罐内压力。当罐内压力逐步升高时，醪液循环量及空气提升能力都逐步下降，但变化不大，从经济上考虑，没有特殊必要，最好采用低压操作；

⑦喷嘴直径。喷嘴较小时，醪液循环量也较小，通常在空气压力较低时，应采用较大直径的喷嘴。相反，如果空气的压力较高时，喷嘴直径可以缩小。具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与发酵液均匀接触，增加溶氧系数。