气升式发酵罐
工程设备课件-发酵罐
盘顶 旋风方向
图 13-11 空气分配盘
5
6
4 3
2
1
图 13-12 气流喷舞干燥喷咀 空气管 2-压紧螺帽 3-喷咀座 4-压紧螺帽
5-喷咀 6-进液管 7-喷咀口
➢喷雾干燥特点
1.干燥速率快、时间短； 2.干燥温度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。
➢应用
特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制 品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的 干燥。
一，粗馏塔板类型及结构
1 泡罩塔板
该类塔板适宜处理易起泡的液 体。是国内不少酒精厂家的粗 馏塔主要采用的装置。主要由 塔体，塔板和升气管等部件组 成。
泡罩塔的操作：
泡罩底部浸没在塔板上的液体，形成 液封，气体自升气管上升，流经升气 管和泡罩之间的环形通道，再从泡罩 齿缝（主要是分散气体，增大气液接 触面积）中吹出，进入塔板上的液层 中鼓泡传质。常见的泡罩为倒扣的自 行车铃盖形，周边有齿缝。齿缝一般 为矩形，三角形和梯形。
湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：
1.传热过程，热量由气体传递给湿物料，使其温度 升高；
2.传质过程，物料内部的水分向表面扩散，并在表 面汽化被气流带走。
三、干燥设备的选型原则
➢生物工业制品的干燥设备类型
瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥 设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备
低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备
机械搅拌自吸式发酵罐
▪
之
自 吸 式
自 吸
发
式
酵
发
罐
酵
罐
的结Βιβλιοθήκη 构气升式发酵罐类型： 气升环流式
鼓泡式 空气喷射式
发酵工程_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
发酵工程_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.发酵工程的目标不包含（）答案:无污染2.下列哪项不是微生物本征动力学参数？答案:微生物比生长速率μ3.微生物发酵过程中底物消耗速率取决于多种因素，其中不包括（）答案:细胞得率4.下列发酵产物属于非生长相关型的是（）答案:抗生素5.下列不是分批发酵优点的是（）答案:发酵设备外的外围设备利用度高6.下列关于分批发酵的说法错误的是（）答案:分批发酵过程中碳源耗尽时需进行补料维持发酵7.连续发酵处于流动状态，不属于稳态过程。
答案:错误8.底物比消耗速率qs是指单位质量细胞在单位时间内的底物消耗量。
答案:正确9.乙醇发酵按照Ganden的分类方法属于非生长相关型。
答案:错误10.分批发酵过程中如果目的产物为初级代谢产物，则可设法延长稳定期获得更多的产物。
答案:错误11.发酵液pH的改变会对发酵体系产生很大影响，影响菌体生长和产物代谢方向。
答案:正确12.根据氧传递方程的推导，在氧传递过程中的主要阻力是（）答案:液膜阻力13.关于气体溶解过程双膜理论以下说法错误的是（）答案:气膜内气体分子和液膜内液体分子以对流状态流动14.发酵过程中的氧传递方程式OTR=KLa(C*-CL)中，C*-CL代表（）答案:氧浓度推动力15.以下不是通过影响氧饱和浓度来改变推动力的因素是（）答案:微生物的耗氧能力16.通气准数Na与搅拌转速、通气线速度以及搅拌桨直径相关。
通气搅拌功率和搅拌轴功率的比值PG/P=1-12.6Na与PG/P= 0.62-1.85Na成立时，要求Na分别满足（）答案:＜0.035；≥0.03517.下列关于表面活性剂对KLa的影响的说法中，错误的是（）答案:随着表面活性剂浓度的增加a上升至最大值后保持不变18.一般来说高产菌具备的特点是呼吸强、生长快、代谢旺盛、产物专一。
答案:错误19.对好氧微生物的发酵过程进行温度控制时，应该在保证最适酶活的温度范围内尽可能选择较低的温度，以提高氧传递的推动力。
《气升式发酵罐》课件
REPORTING
• 气升式发酵罐简介 • 气升式发酵罐的应用 • 气升式发酵罐的设计与优化 • 气升式发酵罐的操作与维护 • 气升式发酵罐的发展趋势与展望
目录
PART 01
气升式发酵罐简介
REPORTING
定义与特点
定义
气升式发酵罐是一种利用气体提 升液体的方式进行混合、传质和 传热过程的设备，常用于生物发 酵领域。
乳制品加工
在气升式发酵罐中发酵生产酸奶、 奶酪等乳制品，丰富产品种类和风 味。
在环境保护领域的应用
有机废弃物处理
气升式发酵罐可用于有机 废弃物的厌氧消化处理， 实现废弃物的资源化利用 。
废水处理
通过气升式发酵罐进行废 水处理，降低污染物浓度 ，提高废水处理效率。
沼气生产
利用气升式发酵罐将有机 废弃物转化为沼气，为可 再生能源的开发利用提供 支持。
PART 05
气升式发酵罐的发展趋势 与展望
REPORTING
新型气升式发酵罐的研究与开发
新型气升式发酵罐的研究
01
新型气升式发酵罐的设计与开发，旨在提高发酵效率、降低能
耗和减少环境污染。
新型气升式发酵罐的特点
02
具有更高的传质效率和更低的能源消耗，同时能够更好地控制
发酵过程，提高产品质量和产量。
特点
气升式发酵罐具有结构简单、操 作方便、能耗低、耐腐蚀等优点 ，能够满足大规模生物发酵生产 的需求。
工作原理
工作原理
气升式发酵罐通过气体提升液体的方 式，使发酵液在罐内形成循环流动， 促进微生物与营养物质充分混合，提 高发酵效率。
气体提升
循环流动
发酵液在罐内形成循环流动，使微生 物与营养物质充分混合，提高发酵效 率。
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐是一种常用的发酵设备，用于微生物发酵过程中的生物质的生产。
它的工作原理如下：
1. 发酵罐内部有一定容积的发酵液，通常是一种含有养分物质的培养基。
2. 发酵过程需要微生物产生能量和生长，微生物会吸收培养基中的养分物质，并分解为生物质和代谢产物。
3. 在发酵过程中，微生物会产生一定量的气体，比如二氧化碳。
这些气体会积聚在发酵液中，导致罐内压力上升。
4. 气升发酵罐利用发酵过程中产生的气体推动液体上升。
在发酵罐内，有一个连接气氛的管道或气包，其中的气体将会被推动上升。
5. 当气体上升到一定高度时，它会推动液体从底部的接口进入气升管或气包，然后被推到上部。
6. 这样，液体从底部逐渐被推向顶部，实现了上升式发酵过程。
上升的液体会经过顶部的分离器，将气体与液体分离，然后液体会回流到罐底，形成循环。
7. 上升式发酵过程中，罐底的液体始终与微生物接触，提供养分物质和底部的气氛，使微生物继续进行生长和发酵。
总的来说，气升式发酵罐通过利用发酵产生的气体推动液体的上升，实现了底部液体与微生物的接触和养分补给，促进生物质的产生和代谢产物的积累。
这种工作原理更利于微生物的生长和发酵过程的控制。
通风发酵
第六章反应器的流动模型与放大
在前边讨论的CSTR和CPFR时，引入了全混流和活塞流概念，并称其
为理想流动模型，在实际生产的反应器流动都不符合上述这两种流动模 型，我们称非流动模型，它介于这两种理想流动模型之间。
在前边讨论，知道反应程度与反应时间有关，反应时间越长，反应
越彻底（转化率越高），反之越低。 在间歇操作反应器中由于物料同时放入，反应后同时放出，所以不存
P n V
g 0.5 s
0.4
0.5
kd=
Pg 2.36 3.30 Ni V
0.56
molO2 s0.7 n0.7 109 mL .min. 大气压（ p)
pg------千瓦；V------m3； vs------截面气速cm/min； n-----转数/分 有kLa与kd换算式可得出kLa的算式
P nD P 0.32 Q
2 3 o g 0.08
0.39
若：发酵罐搅拌器直径D=1.3m，搅拌转速n=80转 数/分，通风量27m3/分，采用涡轮用两档搅拌。 不通风时搅拌功率;
P 2 4.63N n D 10
3 5 2 P
9
P2=2×4.63×4.7×803×1.35×1060 ×10-9 =87.7（KW）
V N molO N 1000 m t 4 ml min
2 V
C
2、）物料衡算法 VL ×kLa×（C*-C）=Q×(C进-C出)
3、KLa与kd的关系 由亨利定律知：p=HC* 由气体分压定律知:p=Px
x 1 N k a Pk a p H H x k 定义： k a H
• p=H C* p*= H C
发酵罐的结构
4.消泡器
作用：破碎气泡，改善供氧，防止污染。
消泡桨形式
填料函式轴封
填料函式轴封是由 填料箱体，填料底 衬套，填料压盖和 压紧螺栓等零件构 成，使旋转轴达到 密封的效果。
端面式轴封
端面式轴封又称机械 轴封。密封作用是靠 弹性元件（弹簧、波 纹管等）的压力使垂 直于轴线的动环和静 环光滑表面紧密地相 互贴合，并作相对转 动而达到密封。
3.挡板
伍式发酵罐 ：多用于纸浆废液发酵生产酵母
重组菌生物反应器
三、发酵罐的结构 1.外形、结构及几何尺寸要求 2. 搅拌装置 3.挡板 4.消泡器 5. 空气分布器 6. 换热装置
三、发酵罐的结构 1.外形、结构及几何尺寸要求
H/D=1.7－3
H—筒身高度 D-发酵罐直径
2. 搅拌装置
搅拌的目的 打碎气泡，增加气液接触面积，即a↑ 产生涡流，延长气泡在液体中的停留时间 造成湍流，减小气泡外滞流液膜的厚度，KL↑ 动量传递（N、Ws），有利于混合及固体物料保持悬浮状态
搅拌的效果: 原生流→圆周运动（径向运动）：层流及漩涡，原生流速V原∝n 挡板作用：次生流→轴向运动、翻动，决定混合好坏，V次∝n2 搅拌效果评价：传质，传热及混合效果
的发酵罐。 （2）气升式发酵罐 此类发酵罐是依靠无菌压缩空气作为液体的提升力，使罐内发酵液通过上下
翻动实现混合和传质传热过程。其特点是结构简单，无轴封，不易污染， 氧传质效率高，能耗低，安装维修方便。 （3）管道式发酵罐 管道式发酵罐是以发酵液的流动代替搅拌作用，依靠液体的流动，实现通气 混合与传质等目的。 （4）固定化发酵罐 固定化发酵罐是一种在圆筒形的容器中填充固定化酶或固定化微生物进行生 物催化反应的装置。其优点是生物利用率比较高。 （5）自吸式发酵罐 自吸式发酵罐是一种无需其他气源供应压缩空气的发酵罐，其关键部位是带 有中央吸气口的搅拌器。在搅拌过程中可以自吸入过滤空气，适合于耗 氧很低的发酵类型。 （6）伍式发酵罐 伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。搅拌时液体沿着套简外向上升至液 面，然后由套筒内反回罐底，搅拌器是用6根弯曲的中空的不锈钢管子焊 于圆盘上，兼作空气分配器。这种发酵罐多应用于纸浆废液发酵生产酵 母。设备的缺点是结构复杂，清洗筒套较困难，消耗功率较高。
发酵罐的结构系统及使用
、实验目的：1 ．了解发酵罐(气升式、搅拌式)的几大系统组成，即空气系统、蒸汽系统、补料系统、进出料系统、温度系统、在线控制系统。
2．掌握发酵罐空消的具体方法及步骤3．掌握发酵罐进料及实消的具体方法及步骤4．掌握发酵罐各系统的控制操作方法二、实验原理：1．蒸汽系统：三路进汽——空气管路、补料管路、罐体)2．温度系统：(1)夹套升温：蒸汽通入夹套。
(2)夹套降温：冷水通入夹套，下进水，上出水。
(3)发酵过程自动控温系统：热电偶控温，马达循环，只能加热，发酵设定温度低于室温时，由夹套进冷水降温。
3．空气系统：取气口T空压机：往复式油泵获得高脉冲的压缩空气粗过滤器：由沙布包裹棉花压实成块状叠加制得，作用是去除部分细菌及大部分灰尘(贮气罐)：空压机压缩使气体温度升高，经贮气使气体保温杀菌；压缩空气中有油污、水滴，且压力不稳，有一定的脉冲作用，会冲翻后面的过滤介质，贮气后可使油滴重力沉降，减小脉冲。
（冷却塔）：有降温并稳定作用，同时经旋风分离器进行气液分离（丝网分离器）：通过附着作用，逐步累积沉降而分离 5 微米以上的微粒其作用介质为铜丝网（加温器）：对压缩空气升温，除湿，使湿度达50%-60%总过滤器：纱布包裹棉花加活性炭颗粒，逐层压紧而成。
分过滤器：平板式纤维，中间为玻璃纤维或丝棉，下面放水阀应适时打开放出油、水，再用压缩空气控干。
种子罐或发酵罐4．补料系统：补培养基、消泡剂、酸碱等。
5．在线控制系统：热电偶（温度探关）、溶氧探头、pH 探头（后二者实消时才安装，为不可再生探头，有限定使用次数，pH 探头使用前要先校准）、控制柜、数据采集系统。
6、进出料系统：进料口（接种口）、出料口（取样口）。
7．蒸汽过滤器：在蒸汽进入空气系统时应用，以免蒸汽中携带的杂质颗粒堵塞分过滤器微孔。
三、方法与步骤：（一）原则：1．通蒸汽前先关闭所有阀门。
2．粗过滤器不空消也不实消，要定期处理，所以必须关闭通向粗过滤器的阀门。
第6章 生物反应器
第6章生物反应器生物反应器就是指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件，促进细胞的新陈代谢，在低消耗下获得高产量的一种反应设备。
一个优良的发酵罐应具备的条件：1)结构简单;2)不易染菌;3)良好的液体混合性能;4)较高的传质传热速率;5)单位时间单位体积的生产能力高;6)同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。
工业生产用的发酵罐趋向大型化和自动化。
6.1 通风发酵罐一、通用式发酵罐又称机械搅拌通气式发酵罐，使之既有机械搅拌装置，又有压缩空气分布装置的发酵罐。
1、工作原理是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧。
一个好的通用式发酵罐的基本条件：1)具有适宜的径高比；通常H/D = 2～4，罐身长有利于氧的溶解2)能承受一定压力；水压试验压力为工作压力的1.5倍，即0.38MPa3)搅拌通风装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率4)具有足够的冷却面积；5)罐内应抛光，尽量减少死角，使灭菌彻底，避免染菌；6)搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
2、结构特点发酵罐主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布器、挡板、冷却装置、人孔及视镜等。
1) 罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢2) 搅拌器和搅拌轴其作用一是打碎空气气泡，增加气－液接触界面，以提高气－液间的传质速率；二是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。
3) 挡板其作用是为防止发酵液随搅拌器运转而产生旋涡，以提高混合效果。
4) 空气分布器其作用是将无菌空气引入到发酵液中同时初步分散气泡。
5) 冷却装置在发酵过程中，细胞呼吸和机械搅拌都将产生一定热量，为了保证发酵在一定温度下进行，必须将这些热量及时移去，因此需要设置冷却装置。
6) 消泡器分耙式消泡器和半封闭涡轮消泡器二、机械搅拌自吸式发酵罐利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气的一种发酵罐。
发酵罐设计
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。
发酵罐综述
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。
通风发酵设备介绍
通风发酵设备介绍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。
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。
生物工程设备复习大纲
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。
气升式发酵罐的工作原理及特点
气升式发酵罐(ALR）也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。
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。
现以气升环流式反应器为例说明其工作原理。
气升环流式反应器工作原理气升环流式反应器是在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵醪液分为上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外），在上升区的下部安装了空气喷嘴，或环型空气分布管，空气分布管的下方有许多喷孔。
加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，从空气喷嘴喷入的气速可达 250~300（米/秒），无菌空气高速喷入上升管，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，与导流筒内的发酵液密切接触，供给发酵液溶解氧。
由于导流筒内形成的气液混合物密度降低，加上压缩空气的喷流动能，因此使导流筒内的液体向上运动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，二氧化碳排出到反应器上部空间，而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动，导流筒外的发酵液因气含率小，密度增大，发酵液则下降，再次进入上升管，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
气升环流式反应器的特点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，故具有多个优点，下面具体说明。
(1)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，以保证其基质在发酵罐内各处的浓度都落在0.1％～1％范围内，溶解氧为10％一30％。
这对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，以免生物细胞积聚于上而受损害甚至死亡。
发酵罐的常见分类
《发酵罐的常见分类》机械搅拌通风发酵罐，这可是发酵罐里的老大哥。
就像乐队里的指挥，搅拌器在里面起着关键作用，让物料混合得更均匀。
啤酒厂用这种发酵罐生产啤酒，那出来的啤酒口感醇厚，香气扑鼻，你说厉害不？气升式发酵罐，就像一个神奇的喷泉。
空气从底部进去，像喷泉喷水一样，带着发酵液上升，让发酵顺利进行。
在生产单细胞蛋白的时候，用这种发酵罐效率可高啦，就像开了挂一样，产量蹭蹭往上涨。
自吸式发酵罐，它就像一个贪吃蛇。
自己能吸入空气，就像贪吃蛇吃豆子一样把空气吃进去，为发酵提供氧气。
在一些小型的制药厂，用这种发酵罐来生产抗生素，成本低又实用，老板笑得合不拢嘴。
塔式发酵罐，这就像一座高楼大厦。
物料从顶部进去，像人在高楼里一层一层往下走一样，在里面慢慢发酵。
在生产柠檬酸的时候，塔式发酵罐发挥了大作用，那生产出来的柠檬酸质量好得没话说，客户都抢着要。
喷射自吸式发酵罐，它像一把强力的喷枪。
把空气和发酵液喷射出去又吸回来，让它们充分混合。
在生产酶制剂的时候，这种发酵罐能让酶的产量大幅提高，就像找到了宝藏一样，工人都觉得神奇。
伍式发酵罐，这是个独特的家伙。
它结合了搅拌和气升的特点，就像混血儿一样有优势。
在生产一些特殊的生物制品时，伍式发酵罐表现出色，那些生物制品的质量和产量都让人满意，研究员都对它竖起大拇指。
外循环发酵罐，就像一个循环的小世界。
发酵液在罐外循环，就像水流在河道里循环一样，能更好地控制发酵条件。
在生产氨基酸的时候，外循环发酵罐能精准控制温度和酸碱度，生产出来的氨基酸品质一流，市场上可受欢迎啦。
内循环发酵罐，这像一个内部的游乐场。
发酵液在罐内循环流动，像孩子们在游乐场里跑来跑去。
在生产维生素的时候，内循环发酵罐让维生素的合成更稳定，就像有了一个稳定的生产小环境，效果超棒。
膜式发酵罐，它像一个精密的筛子。
利用膜来控制物质的进出，就像筛子筛东西一样。
在生产一些高纯度的生物产品时，膜式发酵罐能把杂质挡在外面，得到的产品纯度高得惊人，那质量简直无敌了。
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐工作原理
气升式发酵罐是一种常用于微生物发酵过程中的设备，具有很高的效率和稳定性。
它的工作原理是利用气体注入和排出的动力驱动有机物进行氧化分解和微生物生长繁殖的过程，从而达到生产所需的发酵产物的目的。
气升式发酵罐的结构由罐体、进气管、排气管等部分构成。
在发酵过程中，首先将液体培养基倒入罐体，然后通过微生物菌株的接种和氧化分解反应，产生大量的CO2和其他气体。
这些气体排出后，通过排气管排放到外部。
为保持罐体内的压力平衡和氧气的供给，通过进气管引入新鲜的气体，以维持气相的含氧量、温度、PH值等要素的稳定。
气升式发酵罐在发酵过程中具有诸多优点。
首先，它能够有效地控制发酵过程中的气氛，保证了微生物菌株的正常生长繁殖，提高了产物的发酵效率。
其次，它能够防止液体在罐体内的过度搅拌，保证了微生物菌株的营养物质充分利用，提高了产物的品质。
另外，气升式发酵罐还能够实现自动化控制，减少人工干预，提高了生产效率和安全性。
在使用气升式发酵罐时，需要注意以下问题。
首先，罐体内的温度、PH值、氧气含量等要素的控制非常重要，要根据不同的微生物菌株和产物的特点进行合理的调整。
其次，气升式发酵罐内的液位也需
要特别注意，以免罐体内的压力过高导致设备损坏。
最后，定期清洗和维护也是必要的，以保证罐体的清洁卫生和稳定性。
总之，气升式发酵罐是一种非常适用于微生物发酵过程的设备，具有高效、稳定、自动化控制等优点。
在实际使用中，需要注意各种要素的合理控制和设备的维护保养，以保证发酵产物的品质和生产效率。
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(2)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 质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械 搅拌罐高。
(3)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 伤可减至最低，尤其适合植物细胞及组织的培 养。
4)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3.0～4.0×105kJ／ (m3.h)，而传热温差则只有几度，尤其夏季，若 使用非冷冻水，则只有3-10℃左右，故需很大的 换热面积与传热系数。气升式反应器因液体综合 循环速率高，同时便于在外循环管路上加装换热 器，以保证除去发酵热以控制适宜的发酵温度， 其示意图如图。
气升式发酵罐 - 指标及配置
1温度温度控制冷却水温度+5℃-80℃±0.2℃ 发酵过程顺序控制（根据发酵时间，温度自动变量控制，至少10段） 2pH显示范围：0.00~14.00±0.01 全自动控制范围：2.00~12.00±0.05 发酵过程顺序控制（根据发酵时间，pH自动变量控制,至少10段）3DO0-200±3％，显示 精度0.1％ 根据需要可以与转速或补料及罐压关联控制 发酵过程顺序控制（根据发酵时间，DO自动变量控制，至少10段）4泡沫全自动PID控制 与报警 灵敏度100~100000Ω 发酵过程顺序控制（根据发酵时间，泡沫自动变量控制,至少10段）5补料全自动设定控 制发酵过程分段控制（根据发酵时间，补料自动变量控制，至少10段）6压力手动控制， 仪表显示 7空气流量手动控制，仪表显示
气升式发酵罐
班级： 姓名： 学号：
一
气升式发酵罐简介
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（空气带升环流式）发酵 罐
气升式发酵罐(ALR) 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。
设备特点
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 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。
我国在这方面的成果—YZ型气升筛 板式发酵罐
用于利福霉素发酵生产的YZ型气升筛板式发 酵罐，是由多年从事发酵生产工作的技术人员研 究设计的，参考了国内外已有的气升式发酵罐 的结构，结合发酵生产实际，经多次改进，取 长补短，优化结构。在生产应用中取得了良好 的效果。
YZ型气升筛板式发酵罐的几何尺寸与标准的 机械搅拌酵罐基本相同。罐内中央安装有若干节 导流筒，筒内装有混合元件。压缩空气由罐底通 入，罐底有空气分布器。分布器喷出的气泡与发 酵液混合，带动发酵液上升，上升的发酵液进入 导流筒内，经与混合元件作用后冲向发酵液液面。 此时，参与完细胞代谢的气泡从发酵液中逸出， 被排出罐外。由于比重较大和气液混合形成的升 力造成导流筒外侧负压的原因，气泡逸出后的发 酵液，沿导流筒外侧空间快速下降至发酵罐底部， 再经气液混合上升。发酵液在气体的推动下在发 酵罐内形成了循环。导流筒内侧为富氧区，其外 侧为乏氧区。
对气升式发酵罐的看法：
对于“节能”观念很强的现今社会，再加上发酵 行业的开始迅猛发展，气升式发酵罐会逐渐成为 生物反应器的“罐中之王”．由于其结构简单， 易于制造，操作和维修简便，有较高的溶氧速率 与溶氧效率，传热良好，剪切力小，对生物细胞 损伤小，更重要的是它与机械搅拌式发酵罐相比 节电70%-80%，降低成本，且无菌操作可靠性更 高，给发酵行业带来更多的利润．但是发酵液在 环流管内循环一次的时间，需根据培养的微生物 种类及其耗氧的速率而定，且若控制不当，会严 重影响微生物的活力及减少发酵产率．
YZ型气升式发酵罐经生产实践检验表明，优 势明显： l、比机械搅拌罐节省电能，降低生产动力成 本； 2、可增加放罐体积，提高单罐批产量； 3、罐体无轴封，减少泄漏，降低了染菌率； 4、去除了电机及传动机构，既有利于安全生 产又消除了噪声污染； 5、结构简单稳固，不需要维修，运行费用 低； 6、容易操作，物料采用连消、实消都可以；
具有外循环冷却的气升环流式发酵罐 1一发酵罐 2一通气管 3一发酵液进口 4一空气分 布器 5一空气进口 6一循环泵 7一发酵液出口 8一 热交换器 9一喷嘴 10一发酵液出料口 12一排气管
(5)结构简单，易于加工制造：气升式反应器罐内 无机械搅拌器，故不需安装结构复杂的搅拌系统， 密封也容易保证，所以加工制造方便，设备投资低。 同时大型和超大型发酵反应器放大设计制造也已实 现。
空气自通气管２进入发酵罐底部后，经导 向筒４导向，推动发酵液没上升管上升， 由于发酵罐上部升管的空间不足以完全气 液分离部时，又受到来自罐底部空气的 推动，重新沿升管上升，开始下一个气液 混合循环过程．在循环过程中，气液达到 必要的混合，搅拌并取得充分溶氧，夹套 等冷却器的作用是在不同发酵阶段对发酵 液的温度实施合乎工艺要求的调节与控制， 多孔板使布气均匀一致．
典型的气升环流发酵罐
a—高位筛板 式发酵罐
b—用于培养 单细胞蛋白 的气升式发 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的 培养液．
该气升罐的独特之处在于： 1、导流筒内设计了特殊的混合元件，利用混 合元件强化传质； 2、独特的空气分布器； 3、导流筒的节数、直径、罐体高度、罐径的 参数合理，发酵液的循环适应菌体的生理活动； 4、混合元件的结构简洁流畅，无死角，不积 垢。
导流筒内混合元件具有如下功用： l、反复破碎气泡，阻止气泡聚合并发生最大 限度地保持气液接触面积，具有较强的传氧能力； 2、使气泡不断地改变运动的方向和路径，延 长气液接触时间，促使形成湍流，达到强制混合 的效果； 3、免除了机械搅拌罐存在的机械剪切力对细 胞的损伤，有利于细胞的生长。
实验用气升式玻 璃发酵罐（实物）
BIOTECH 实验用气 升式发酵 罐
（6)操作和维修方便：因气升式发酵罐无机械搅 拌系统，所以结构较简单，能耗低，操作方便， 特别是不易发生机械搅拌轴封容易出现的渗漏染 菌问题 。 另外因无机械搅拌热产生，所以发酵总热量较低， 便于换热冷却系统的装设。
五 内循环气升式发酵罐
1、气升环式反应器的特点
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 明。 (1)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 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 发酵罐内各处的浓度都落在0.1％～1％范围内，溶解氧为 10％一30％。这对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 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 反应器能很好地满足这些要求。
罐的主要理由。分离区的作用：增加液体体积；
降低泡沫量；使下降液体的含气量最小。
六
外循环气升式发酵罐应用
外循环气升发酵罐用于酒精发酵 中，通入压缩的CO2鼓泡CO2和 挥发的乙醇在塔顶出口处压缩并 冷凝收集乙醇，压缩的CO2循环 回发酵罐进物鼓泡，减少产物抑 制，在下降管内沉降下来的细胞 随循环发酵液返回上升管，以达 到一定的细胞密度，提高发酵速 率，有助于提高酒精产量．
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 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。
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 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 般是内循环气升式发酵罐功耗为3．5kw／m3， 而机械搅拌罐的功耗为5一lOkw／m3。目前，世 界上最大的工业发酵罐是气升式发酵罐。1984年 英国ICI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 公司气升式发酵罐高200英尺，直径25英尺，容 积800多立方米。
三
气升式发酵罐的用途：
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。
内循环气升式罐运转特点
内循环气升式罐分为三个区域：气体上升区； 液体下降区；气液分离区。进入上升区的空气被
分散，上升的气泡引起液体向上流动。气泡在分
离区逸出液体，液体向上的力被抵消，转而向下 流动，由此导致液体循环并促进混合。导流筒的