第二章 通气生物反应器
第一篇第二章通风发酵设备
防止泄露、污染杂菌。
采用—— 双端面轴封 结构：如图
原理
填料函 端面轴封 双端面轴封
现在好气性发 酵罐中已不再采用 此密封。 但是在转速较低的 其他设备中，如味 精结晶锅、啤酒糖 化罐等，仍用填料 函轴封做为密封。
采用氟橡胶 和碳素纤维 盘根
端面轴封
又称机械轴封，机械密封.
系指两块密封元件垂直于轴线的光洁而平
要达到全挡板条件必须满足下式要求：
b (0.1 ~ 0.12 ) D ( )n n 0 .5 D D
b----挡板宽度，mm。 D---- 罐的直径，mm； n---- 挡板数， 个；
竖立的蛇管、列管、排管，也可以起挡板作用。 挡板长度：自液面起至罐底为止。
挡板与罐壁之间的有一定的距离 。
3. 轴封 作用：使传动的搅拌轴与罐之间密闭，
（2）弹簧加荷装置 弹簧座靠螺钉固定在轴上； 当轴转动时，由弹簧座带动弹簧， 传递扭矩，带动动环及动环上的密封 圈 转动，并向静环端面传递压力，即：弹簧的弹力 。
弹簧：小轴4根，大轴6根。
（3）辅助密封元件 主密封——端面密封 动环与轴之间的————相对静止 辅助密封 静环与静环座之间 静环座与壳体之间 绝对静止
传热壁较厚
K值较低 弯曲处易蚀穿 传热系数较蛇形管低 用水量大
5m3以下的罐
冷水温度
（ 4~6组）
K值较大
要求低
（3）竖式列管：有利于提高温差 （排管） 传热推动力大
加工方便
为了提高传热系数，可采用罐外装设板式换热器，不仅强化了热交换， 而且便于检修和清洗。
第二节
如： 有机酸
抗生素 维生素
机械搅拌通风发酵罐的溶氧传质
第四章生物反应器(2)
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
山东中德设备有限公司
生物工程设备课件
自动清洗系统（CIP）
生物工程设备课件
CO2 排出口
洗涤液进口 1
2 3 4
2．大直径露天贮酒 罐
为柱体形罐，略带 浅锥形底，内设自 动清洗装置，罐底 部有CO2喷射环外， 部是保温材料，厚 度达100-200毫米。
1992, 64, 146
IUPAC Compendium of Chemical Terminology 2nd Edition (1997)
生物工程设备课件
一、气升式生物反应器（ALR）的主要类 型及结构
1．带升式发酵罐 2．气升及外循环发酵罐 3．气升环流发酵罐 4．塔式发酵罐
生物工程设备课件 1．带升式发酵罐罐外装设上升管； 空气从下部的喷嘴喷入上升管； 上升管内的发酵液上升，罐内液体补充，形成循环
生物工程设备课件
第二篇 生物反应设备
第四章 生物反应器
生物工程设备课件
第二节 气升式生物反应器
Airlift bioreactor
分为内循环及外循环两种。借空气喷嘴的作用而 使空气气泡分割细碎，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，形成反复的循环，供给发酵液所 耗的溶解气量。
生物工程设备课件
生物工程设备课件
生物工程设备课件
微生物多糖发酵气升式反应器局部
生物工程设备课件
冷凝水接口
冷凝水接口
图4-8 气升及外环流发酵罐 1-发酵罐；2-消泡室；3-气体分布器；4-培养液； 5-消泡层；6-下降管；7-喷淋器；8-带升管；9-气液分离器； 10-循环泵；11-供气管；12-培养液入口；13-培养液出口；
发酵设备习题及答案
发酵设备试卷库一、名词解释持气率通气生物反应器流动床反应器光照生物反应器气流干燥沸腾干燥贴壁依赖性细胞蒸发膜生物反应器恒压过滤通气强度嫌气生物反应器膜生物反应器悬浮培养喷雾干燥流化干燥膜生物反应器恒速过滤非贴壁依赖性细胞结晶植物细胞氧饱和浓度临介氧浓度氧饱培养间歇发酵动物细胞培养连续发酵呼吸强度Qo2和浓度 VVM二、填空题1.对流干燥的实质是、的过程。
2.喷雾干燥一般采用、、三种喷雾方式使物料雾化。
3.碟片式离心机按除渣方式不同主要有、、三种。
4.管式薄膜蒸发器按液体的流动方向可分、、为三种类型。
5.常用的通风发酵设备有、、和等。
6.气升式发酵设备主要有、和等几种形式。
7.固体物料干粉碎主要采用、二种粉碎机。
8.过滤设备可按过滤时的压力分为、、三种类型。
9.常见的发酵液按流变学特性类型分为和两类10.固体物料干粉碎主要采用、二种粉碎机。
11.固体物料粉碎按其受力情况可分为、、、、五种。
12.水的软化和脱盐的区别是_____________________________。
13.生物工业中常用的干燥方法有______________、________________、__________________和_____________ 。
其中低温干燥有___________和___________________。
14.在供氧耗氧平衡时，根据公式的分析，提高发酵罐的操作压力相应提高了_______________________，即是说对传氧是有利的。
但在生产实践中，人们发现对于产生CO2的发酵系统，适当降低罐压，产物得率有明显提高，这是因为当降低罐压时，更易溶于醪液的 _________________________在醪液中浓度降低，发酵过程受到抑制减轻的结果。
15.空气过滤除菌机理包括________ ________ 、______ ___ ____________、___________ _____、_________ __________和_______ ____________。
【课堂笔记】《发酵工程》
【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者：赵可⽬录第⼀章绪论（p1） (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程（p36） (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养（p44） (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基（p48） (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8)4.3.2摇瓶实验： (8)4.3.3正交实验：多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析（p53） (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类： (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学（p59） (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图（来⾃中国MOOC余龙江教授） (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵（p81） (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围： (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵（p105） (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵（p121） (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵（p154） (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施： (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素（p167） (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程（p183） (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌（p250） (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念，强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程（p228） (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备（p265） (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论（p1）1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能，通过现代化⼯程技术⽣产有⽤物质或直接应⽤于⼯业化⽣产的技术体系；是将传统发酵与现代的DNA重组，细胞融合，分⼦修饰，和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术；它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学，是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
生物反应及反应器原理(全)
生物反应及反应器原理第一章序论1。
1 生物反应工程研究的目的1。
2 生物反应工程学科的形成生物反应工程的研究内容与方法⏹1。
3.1生物反应动力学⏹1。
3.2 生物反应器⏹1。
3.3 生物反应过程的放大与缩小第二章酶促反应动力学⏹2。
1 酶促反应动力学的特点⏹ 2.1.1 酶的基本概念⏹ 2.1.1。
1 酶的分类、组成、结构特点和作用机制⏹一、酶的分类⏹（1）氧化还原酶⏹（2）转移酶⏹（3）水解酶⏹(4)异构酶⏹（5）裂合酶⏹(6）连接酶(合成酶）⏹二、酶的组成⏹酶是蛋白质,因此有四级结构，其中一级结构二级结构三级结构四级结构酶蛋白有三种组成：单体酶寡聚酶多酶复合体全酶＝蛋白质部分（酶蛋白）＋非蛋白部分三、酶的作用机制⏹（1）锁钥模型(2）诱导契合模型2.1.1。
2 酶作为催化剂的共性➢一、催化能力➢二、专一性➢三、调节性⏹酶浓度的调节⏹激素调节⏹共价修饰调节⏹限制性蛋白水解作用与酶活力调控⏹抑制剂调节⏹反馈调节⏹金属离子和其它小分子化合物的调节2.1.2 酶的稳定性及应用特点⏹2。
1.2.1 酶的稳定性⏹2。
1.2.2 酶的应用特点2.1。
3 酶和细胞的固定化技术⏹2。
1。
3。
1 固定化技术的基本概念⏹ 2.1。
3。
2 固定化酶的特性⏹ 2.1.3。
3 固定化细胞的特性⏹2。
1.3。
4 酶和细胞的固定化技术2.1.4 酶促反应的特征2。
2 均相酶促反应动力学2.2.1 酶促反应动力学基础影响酶促反应的主要因素有：（1)浓度因素：酶浓度、底物浓度（2)外部因素（主要是环境因素):温度、压力、溶液的介电常数、离子强度、pH值（3）内部因素(结构因素）：底物、效应物浓度、酶的结构⏹酶促反应动力学模型的建立➢ 当酶促反应速率与底物浓度无关，此时为零级反应当反应速率与底物浓度的一次方成正比时， 为一级反应⏹ 也就是酶催化作用下,A B 的过程 ⏹此时反应式为：式中：K1－一级反应速率常数a0－底物A 的初始浓度 b － t 时间产物C 的浓度➢ 当底物A 与底物B 产生产物C 时，即：A ＋B C 时，为二级反应—②式中：K2－二级反应速率常数a0－底物A 的初始浓度 b0－底物B 的初始浓度 C －t 时间底物C 的浓度 如果把②式积分可得：➢ 当：A B C 时,即连锁的酶促反应过程可用如下方程式表示:-—③——④——⑤式中：a －A 的浓度b －B 的浓度c －C 的浓度K1－第一步反应速率常数 A B K2－第二步反应速率常数 B C当 a + b + c=a0时，即：A 的初始浓度为a0,B 和C 的初浓度为0，得出：当反应达t 时间后，A 、B 、C 的最终浓度。
完整版生物工程设备有关概念
1.发酵：用于描述果汁或麦芽浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生二氧化碳所引起的“沸腾”现象。
2.发酵工程：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
3.无菌空气：是指通过除菌处理使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降低至极小，一般按染菌的概率为10－3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1次染菌。
4.深层过滤的对数穿透定律：Lg（N2/N1）=-K’L，它表示进入滤层的空气微粒浓度与穿透滤层的微粒浓度之比的对数是滤层的函数。
5.过滤效率：就是滤层所滤去的微粒数与原来微粒数的比值，它是衡量过滤器过滤能力的指标。
6.溶氧传质系数：L k a，即液膜传质系数与单位体积发酵液的气液界面面积的乘积，决定反应结构的最相关的参数。
7.全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变，要达到全挡板条件必须满足下式要求：(b/D)n=[(0.1～0.12)D/D]n=0.5，其中，D表示发酵罐直径，b表示挡板宽度，n表示挡板数。
8.自吸式发酵罐：是一种不需要空气压缩机提供加压空气，而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并同时实现混和搅拌与溶氧传质的发酵罐。
9.细胞固定化：是指将游离的细胞包埋在多糖或多聚化合物制备成的网状支持物中、培养液呈流动状态进行无茵培养的一门技术。
10.生物反应器过程的放大：就是指以实验室或中试反应设备所取得的试验数据为依据，设计制造大规模的反应系统，以进行工业规模生产。
11.实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。
12.下游加工过程:发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。
从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程13.超临界流体：随着向超临界气体加压，气体密度增大达到液态性质，这种状态的流体称为超临界流体。
生物反应工程-绪论本科
包括两个层次
ִ本征动力学（微观动力学） ִ反应器动力学（宏观动力学）
传递因素
22
生物反应过程动力学的几个方面
均相酶催化反应动力学：分子水平描述动力学， 由反应机理建立模型方程，模型参数具有明确的 物理意义。
23
细胞反应动力学
结构模型：考虑胞内组成变化和代谢网络，反映 胞内部分本质和机理。 黑箱模型：完全经验模型，不考虑过程机理，模 型不具有明确的物理意义。 非结构模型：理论定量与经验公式结合，状态变 量与模型参数有限，模型参数具有明确的物理意 义。
青霉素工业化生产了替代低效的 实验室生产方法，以满足军用需 求及少量的民用需求。
15
青霉素工业化发酵 － 生物化学工程诞生
时间： 世纪 世纪40－ 年代 时间：20世纪 －60年代 大规模液体发酵罐 搅拌装置（搅拌桨、轴封） 搅拌装置（搅拌桨、轴封） 通气装置（空气过滤、分散器） 通气装置（空气过滤、分散器） 灭菌装置（管路、阀门、罐内） 灭菌装置（管路、阀门、罐内） 无菌状态（接种、采样、隔离） 无菌状态（接种、采样、隔离） 控制装置（温度、 、溶氧、消泡） 控制装置（温度、pH、溶氧、消泡） 流加装置（ 流加装置（碱、葡萄糖、前体） 葡萄糖、前体） 目前规模： 目前规模：百吨至千吨级发酵罐
19
0.3 生物反应工程的重点内容
酶反应动力学 细胞反应动力学 固定化催化剂反应动力学 反应器操作动力学 生物反应器操作 选择与设计反应器 生物反应器传递与混合 生物反应器放大
20
建立反应动力学
生物反应工程
需要的前提知识
生物工艺学
化工原理
物理化学(化学反应动力学)
高等数学(微积分)
生物工程设备期末知识点——小字版
第二章物料输送过程与设备离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
生物工程设备作业题总结
1. 在工业化生产中，发现溶氧速率偏低，造成产品质量降低，试问有哪些方法可以提升溶氧速率，进而提升产品的质量？答1 增加搅拌转速；2 增加通气量；3 通入纯氧；4 增加罐压力；5 加入促进氧气溶解的试剂6 减少装液量或减少发酵罐体积2. 试解释为什么生物反应器体积增加，传质效率降低？答：生物反应器的传质效率主要用T f对流传递时间常数，值等于L/V; T d为扩散传递时间常数L/k2 T C 等于基质消耗时间常数。
随着生物反应器的增加，T f和T d急剧增加，因为L增加。
T C 值不随体积增加而改变，这就造成营养物质供应速率随体积增加而急剧减小，营养物质消耗速率不变，结果是物质供应相对于营养需求不足，总的表象就是传质性能差，所以要求大幅度提升传质性能，强化传质。
3. 气升式生物反应器是如何强化传质的？答1 高茎比较大，增加气体溶解效率，同时减少对径向传质的需求。
2 底部较大的通气量，强化轴向传质4. 气升式生物反应器的优缺点是什么？答：优点：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，对生物细胞的损伤小4 传热良好；5 结构简单，易于加工制造；6 操作和维修方便。
缺点：1 空气吞吐量大2 有机体、营养物质、溶氧混合控制难度高3 不适于颗粒和粘度大的培养基1 某个企业从高校研究室购买一株亚油酸高产菌株，在20 L 发酵罐内验收的指标都达到企业购买合同中对菌株实验室的性能要求，企业在合同中没有涉及工业化生产的要求，企业在工业化生产时发现，在20 m3 发酵罐中的产量远低于实验室水平，企业以菌株不合格为由，把高校诉讼到法院，你认为谁会胜诉，说明原因。
答企业败诉，因为合同仅仅要求实验室规模的产品质量，对工业化生产产品的质量没有要求。
实验室规模产品质量与工业化生产产品质量有很大的可能性存在巨大差异。
因为，随着发酵体积增加，对流传递时间常数和扩散传递时间急剧增加，而基质消耗时间不变，所以工业化生产往往存在溶氧工业不足或营养物质供应不足，温度或酸度控制不均匀或不灵敏的问题，这就造成产品质量或产量急剧下降。
第三章 生物反应器总论3生物反应器的通风和溶氧传质
mol/m3；
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
以上公式也可表述为推动力除以阻力的形式：
NA
P Pi 1
k0
NA
p p* 1
属于液膜传递控制，气体的传递速度由公式3-13决定。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
氧气向水中的传递属于上述情况，因此，氧气向发酵液 的传递速率可由下述公式计算：
溶氧速率 Na=KLa（c*-c）； （3-14） 式中： Na――溶氧速率，mol/（m3·s）；
a――每单位体积发酵液中气液界面面积，m2/m3。 由于a很难测定，KLa常常合并为一个常数，称为体积溶 氧系数，单位s-1或 h-1。 由公式3-14可看出，氧的传递推动力（c*-c）和体积溶 氧系数KLa是影响溶氧速率的关键因素，任何影响这两个数的 外界因素都影响发酵液中氧的传递。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
6．消沫剂 消沫剂对溶氧系数的影响较大，有双重作用。一方面， 消沫剂能够降低表面张力，减小发酵液中气泡的直径，使发 酵液中充满较多的小气泡，从而增加单位体积发酵液中的气 液接触面积，增加溶氧系数； 另一方面，消沫剂附着在气液 接触界面，改变了传质液膜的组成，不但增加了液膜传质阻 力，而且降低了气液界面的流动性，反而降低了溶氧系数。
3.3 生物反应器的通风和溶氧传质
一般来说，在一个罐式搅拌生物反应器中，溶氧系数KLa
可以用下式表示：
K La
X
( Pg VL
)
y
(Vg
)Z
式中：Pg ――在通气情况下的搅拌功率，W；
生物工程通风搅拌反应器习题参考答案
第1，2章通风搅拌反应器一、单项选择题1、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2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___A___反应器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。
A.小于一个或等于一个B.大于一个小于两个 D.等于两个C.以上答案都不对3、塔式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、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5、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6．机械搅拌通风发酵罐在装液灭菌冷却后，搅拌器的输出功率应是：( A ) A．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所下降B．通入无菌空气后比通入无菌空气前有所上升C．与有无空气无关，输出功率在通风前后保持不变D．通入无菌空气后与通入无菌空气前相比，有时上升，有时下降7．对于大通风比发酵过程来说，发酵罐内发酵液中的空气气泡直径：( C ) A．与通风量有关，与空气喷嘴直径有关B．与通风量无关，与空气喷嘴直径有关C．与通风量有关，与空气喷嘴直径无关D．与通风量无关，与空气喷嘴直径无关8. 外循环空气带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.罐外上升管二、多项选择题1、由于大生产中所使用的好气性发酵罐是受压容器，因此封头选用__ABC_____封头。
A.锥形B.椭圆C.蝶形D.球形2、通用式机械搅拌发酵罐中挡板的作用是__ACD___。
A.提高醪液湍流程度，有利于传质B.增加发酵罐罐壁的机械强度C.改变液流方向，由径向流改变为轴向流D.防止醪液在罐内旋转而产生旋涡，提高罐的利用率3、气升式发酵罐的特点有BDA. 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4、圆筒锥底啤酒发酵罐的夹套内可用ABC 与啤酒发酵醪进行热交换。
动物细胞大规模培养和专用生物反应器
贴壁培养细 胞转瓶机
细胞转瓶培养器
转瓶培养系统：
为最初采用系统;一般用 于小量培养到大规模培养的过 渡阶段;或作为生物反应器接 种细胞准备的一条途径 细胞 接种在旋转的圆筒形培养器— —转瓶中;培养过程中转瓶不 断旋转;使细胞交替接触培养 液和空气;从而提供较好的传 质和传热条件
转瓶机
转瓶培养的优 缺点
优点：
结构简单;投资少;技术成 熟;重复性好;放大只需简 单的增加转瓶数量等
缺点：
劳动强度大;占地空间大;单位体 积提供细胞生长的表面积小;细 胞生长密度低;培养时监测和控 制环境条件受到限制
二 悬浮培养suspension culture
指细胞在反应器中自由悬浮生长的过 程 主要用于非贴壁依赖型细胞培养;如杂 交瘤细胞等;是在微生物发酵的基础上发 展起来的
通过植物组织培养的药物：奎宁 长春碱 洋地黄 紫 草素 人参皂甙等
1
大 规2 模 动 物3 细 胞 培 养4 工 艺 流5 程 图
6
8 7
9
10 细胞培养反应器
诱生剂
细胞
提取 纯化
产品肿瘤抗原
提取 纯化 产品干扰素
细胞
浓缩纯化
产品单克隆抗体
大规模培养动物细胞的方法：
• 贴壁培养 • 悬浮培养 • 固定化培养
一 贴壁培养attachment culture
细胞贴附在一定的固相表面进行的培养
1 生长特性：贴壁依赖型细胞在 培养时要贴附于培养瓶器皿壁上;细 胞一经贴壁就迅速铺展;然后开始有 丝分裂;并很快进入对数生长期 一般 数天后就铺满培养表面;并形成致密 的细胞单层
贴壁培养细 胞转瓶机
2 贴壁培养的优点：
2 连续式培养的特点： ●细胞维持持续指数增长；
机械涡轮式发酵罐设计
烟台大学烟台大学课程设计100m3机械涡轮搅拌通风发酵罐的设计院系：海洋学院专业：海055-1姓名：朱义平学号： 2005775051182008年 9月 7日烟台大学目录1设计概述 (2)1.1生物反应器的类型、优缺点 (2)1.2选择依据 (2)1.3 发酵罐必须满足的基本要求 (3)1.3.1 发酵罐应具有适宜的高径比 (3)1.3.2 发酵罐能承受一定的压力 (3)1.3.3 发酵罐的搅拌通风装置 (3)1.3.4 发酵罐应具有足够的冷却面积 (3)1.3.5 发酵罐内应尽量减少死角 (3)2 生产能力、数量和容积的确定 (3)2.1 发酵罐容积的确定 (3)2.2生产能力的确定 (3)2.3 发酵罐个数的确定 (4)3发酵罐的结构说明、设计计算 (4)3.1 主要尺寸的计算 (4)3.2 冷却面积的计算 (4)3.3 搅拌器的设计 (4)3.3.1 搅拌轴功率的计算 (5)3.5 设备结构的工艺设计 (6)3.5.1空气分布器 (6)3.5.2挡板 (6)3.5.3 密封方式 (6)3.5.4 冷却管布置 (6)3.6 设备材料的选择 (8)3.7 发酵罐壁厚的计算 (9)3.7.1 计算法确定发酵罐的壁厚S (9)3.7.2 封头壁厚的计算 (9)3．8 接管设计 (9)3.8.1 接管的长度h设计 (9)3.8.2 接管直径的确定 (9)3.9 人孔及接口设计 (10)3.10支座选择 (10)4 课程设计感想 (10)1设计概述1.1生物反应器的类型、优缺点实际应用的生物反应器根据细胞或组织生长代谢要求、生物反应目的等的不同，可分为以下几种类型：（1）厌气生物反应器：发酵过程不需要通入氧气或空气，有时可能通入二氧化碳或氮气等惰性气体以保持正压，防止染菌，以提高厌氧控制水平。
比较成熟的是啤酒发酵反应器。
（2）通气生物反应器：可分为搅拌式、气升式、自吸式等。
其中，前两者需要在反应过程中通入氧气或空气，后者则可自行吸入空气满足反应要求。
第二章 通气生物反应器
挡板：
改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶 解氧。通常挡板宽度取(0.1～0.12)D，装设4~6块即可满足全挡板条件。
“全挡板条件”：是指在一定转速下再增加罐内附件而 轴功率仍保持不变。
要达到全挡板条件必须满足下式要求：
b n0.1~0.1D 2n0.5
D
D
无挡板的搅拌器形成的流型
有挡板的搅拌器形成的流型
3、轴 封
传动齿
转轴
齿轮箱
轮箱作用：使罐顶或罐底与轴之间填料的压盖 缝隙加以
密封，防止泄露和污染杂菌。 压紧螺栓
常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种。 填料箱体
填料函轴封：由填料箱体，填料底衬套，填料压盖
罐和体压铜环紧螺栓待零件构成，使旋转轴达到密封的效果。
端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性元
对旋浆式指出了大容器量液体时用低 转速，小容量液体时用高转速。
各类型式使用有重叠性，例如桨式搅 拌器由于其结构简单，用挡板后可以 改善流型，所以，在低黏度时也是应 用得较普遍的。而涡轮式由于其对流 循环能力、湍流扩散和剪切都较强， 几乎是应用最广泛的一种桨型。
（2）根据搅拌过程和目的选型
这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器 的流动效果作出判断选择。
第二章 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 机械搅拌发酵罐（TRC） 一、工作原理 二、结构及几何尺寸
一、工作原理
发酵罐搅拌器结构
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的 液流。
生物工程设备考试知识点必看
生物工程设备第一章绪论●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。
即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。
●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。
●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设备；代表：青霉素●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备向着大型化、自动化发展●20 世纪70 年代基因重组技术诞生；代表产物是胰岛素第二章原料处理及灭菌设备●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目，以M表示●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备，多用于清除物料中小或者轻的杂质。
●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力的差异进行分选的。
●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原料除石机该设备通常采用湿法重力分选●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选机●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一粉碎模型●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。
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。
生物工程设备知识点
第二章物料输送过程与设备1.离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
2.气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
3.往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀4.漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
5.螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
6.压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机8.往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
生物工程设备考试重点
一、名词解释1、公称容积：发酵罐大小体积通常用公称容积标示，所谓公称容积是指圆柱体体积与底封头体积之和。
2、滤饼过滤：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。
3、体积溶氧速率：OTR=K L(C*-CL)4、KLa体积溶氧系数，单位体积发酵液的溶氧速率。
KL表示液相总传质系数，a表示每单位体积发酵液中气液界界面。
5、过滤除菌：是目前生物技术工业生产中使用的最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阶截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气。
6、恒速干燥:.单位时间内于单位干燥面积上所能汽化的水分量在一段时间内是恒定的。
7、单程蒸发：溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环流动即成为浓缩液排出的蒸发操作。
8、自吸式发酵罐：是一种不需要空气压缩机提供加压空气，而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并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
9、体积溶氧系数：就是单位体积液体所能吸收的氧气。
10、气流输送混合比：每1kg空气所能提升的物料质量，或输送的物料流量G物与空气流量G气之比—μ=G物/G气。
11、色谱分离：利用各组分物理化学性质的差异，使各组分在固定相和流动相中的分离程度有差别，导致各组分移动速度不同而被分离的过程，称为色谱分离，又叫层析分离。
12、空气过滤除菌穿透率：过滤前后空气中微粒浓度的比值，即穿透滤层的微粒浓度与原微粒浓度的比值，称为穿透率。
13、全挡板条件：是指达到消除液面漩涡的最低条件，在一定转速下面增加罐内附件而轴功率仍保持不变。
14、气升式发酵罐：底部通无菌空气，无搅拌装置的发酵罐。
15、离心分离因数：离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数，用K C表示。
16、精馏系数（蒸馏系数）：在酒精蒸馏中用蒸馏系数表示杂质相对乙醇的挥发能力。
17、蒸发（或称浓缩）：将稀溶液通过加热蒸发，使溶液汽化或将稀溶液通过电渗析、离子交换等方法将溶液提高浓度的过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
同时也不利于料液的完全排放。
传动装臵
传动装臵是赋予搅拌装臵及其它
附件运动的传动件组合体，在满足机器
所必须的运动功率及几何参数的前提下
，希望传动链短、传动件少、电动机功
率小，以降低成本。
轴封
轴封是指搅拌轴及搅拌容器转轴处的密封装臵。
为避免食品污染，轴封的选择必须给予重视。
附件
典型搅拌设备通常还设有进出口管路、
，开口往下，以免培养液中固体物质在开口处堆积 管口与罐底的距离约为40mm。
发酵过程中通气量较大，气泡直径仅与通 和罐底固形物质沉淀。 气量有关而与分布器直径无关。
强烈机械搅拌时，多孔分布器对氧的传递 开口朝下的多孔环形管： 效果并不比单孔管为好，会造成不必要的 压力损失，且易使物料堵塞小孔。 环的直径约为搅拌器直径的0.8倍。
（3）倾斜式搅拌安装形式
是将搅拌器直接安装在罐体上部 边缘处，搅拌轴斜插入容器内进 行搅拌。 对搅拌容器比较简单的圆筒形或 方形敞开立式搅拌设备，可用夹 板或卡盘与筒体边缘夹持固定。 这种安装形式的搅拌设备比较机 动灵活，使用维修方便，结构简 单、轻便，一般用于小型设备上 ，可以防止打漩效应。
（4）底部搅拌安装形式
2
3
自动玻璃发酵罐 玻璃搅拌发酵罐 不锈钢搅拌发酵罐
1.罐体
结构：圆柱体和椭圆封头或碟形封头焊接
而成。
材料为碳钢或不锈钢。大型发酵罐可用衬 不锈钢或复合不锈钢制成。
刚度和强度：受压容器，空消或实消，通
常灭菌的压力为2.5Kg/m3。 小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接。顶 部设有清洗用的手孔。
接管
将搅拌器安装在容器的底部。 它具有轴短而细的特点，无需用中间轴承，可 用机械密封结构，有使用维修方便、寿命长等 优点。此外，搅拌器安装在下封头处，有利于 上部封头处附件的排列与安装，特别是上封头 带夹套、冷却构件及接管等附件的情况下，更 有利于整体合理布局。由于底部出料口能得到 充分的搅动，使输料管路畅通无阻，有利于排 出物料。此类搅拌设备的缺点是，桨叶叶轮下 部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团 物料混入产品中影响产品质量。
类型的搅拌器有框式、垂直螺旋式等，多 用于高黏度的物料。
各种典型搅拌器型式
2．搅拌器的安装形式
搅拌器不同的安装形式会产生不同的流场 ，使搅拌的效果有明显的差别。常见的五种搅 拌轴相对于容器的安装方式如图6. 3所示。
（1）中心立式搅拌安装形式
（2）偏心式搅拌安装形式
（3）倾斜式搅拌安装形式
（4）底部搅拌安装形式
4．搅拌器的选择
（1）根据介质黏度高低选型
（2）根据搅拌过程和目的选型
（１）根据介质黏度高低选型
随着黏度增高，各种搅拌器选用的顺 序为旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和
螺带式等。
对旋浆式指出了大容器量液体时用低 转速，小容量液体时用高转速。
各类型式使用有重叠性，例如桨式搅
拌器由于其结构简单，用挡板后可以 改善流型，所以，在低黏度时也是应
填料
端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性
元件（弹簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环 密封环 光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。 搅拌轴
填料函
4、空气分布器
空气分布器的作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。 分布装臵：单管及环形管等，常用的分布装臵有单管式。 通气量较小时，气泡的直径与空气喷口直 最简单的通气装臵：单孔管 径有关。 喷口直径越小，气泡直径越小， 氧的传质系数越大。 单孔管的出口位于最下面的搅拌器的正下方
有气体吸收的搅拌
圆盘式涡轮：最合适。它剪切力强，圆盘下 可存在一些气体，使气体的分散更平衡。
开启式涡轮：不适用。
平桨式及旋桨式：只在少量易吸收的气体要 求分散度不高的场合中使用。
结晶过程的搅拌操作
小直径的快速搅拌器：如涡轮式，适 用于微粒结晶。 大直径的慢速搅拌器：如桨式，用于
大晶体的结晶。
发酵罐搅拌器结构
搅拌器选择曲线
1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式； 4、5.涡轮式、旋浆式； R1=1750r/min; R2=1150r/min; R3=420 r/min
用得较普遍的。而涡轮式由于其对流 循环能力、湍流扩散和剪切都较强， 几乎是应用最广泛的一种桨型。
（2）根据搅拌过程和目的选型
这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌 器的流动效果作出判断选择。
电动机直接驱动。
（2）偏心式搅拌安装形式
搅拌器安装在立式容器的偏心位臵
能防止液体打漩，效果与装挡板相近。 中心线偏离容器轴线的搅拌轴，会使液 流在各点处压力分布不同，加强了液层 间的相对运动，从而增强了液层间的湍 动，使搅拌效果得到明显的改善。 但偏心搅拌容易引起设备在工作过程中 的振动，一般此类安装形式只用于小型 设备上。
（一）基本结构
搅拌机械的种类较多， 但其基本结构是一致的。其 结构如图所示，主要由搅拌 装臵、轴封和搅拌容器三大 部分组成。
搅 拌 设 备 搅拌设备结构图
搅拌装置 轴封
传动装置 搅拌轴 搅拌器
罐体
搅拌容器
附件
搅拌器
搅拌器（或称搅拌桨）及搅拌轴的主要 作用是通过自身的运动使搅拌容器中的物料 按某种特定的方式流动，从而达到某种工艺 要求。所谓特定方式的流动（流型）是衡量 搅拌装臵性能最直观的重要指标。
• 促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进行；
• 促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行。
补充内容：液体搅拌器
液体搅拌目的 带有搅拌器的设备 （一）基本结构
（二）搅拌器
带有搅拌器的设备
工业中典型的带搅拌器的设备有 ：发酵罐、酶解罐、冷热缸、溶糖锅
、沉淀罐等。这些设备虽然名称不同
，但基本构造均属于液体搅拌机。
搅拌器可以使被搅拌液体形成轴向或径向的 液流。 发酵罐中以径向液流为主。 用涡轮式搅拌器时为避免气泡在阻力较小的 搅拌器中心部分沿着搅拌轴上升，在搅拌器 中央常带有圆盘。 常用的涡轮式搅拌器有平叶式、弯叶式和箭 叶式三种。 叶片数一般为六个，也有少至四个或多至八 个的。
发酵罐搅拌器结构
为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型， 用螺栓联成整体。 功率消耗：平板式最大，弯叶式次之，箭叶 式最小。
第二章 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 机械搅拌发酵罐（TRC） 一、工作原理 二、结构及几何尺寸
一、工作原理
二、结构及几何尺寸
1－轴封 3－梯 5－中间轴承 7－搅拌叶轮 9－放料口 11－热电偶接口 13－搅拌轴 15－轴承座 17－电机 19－取样口 22－补料口 24－回流口 2、20－人孔 4－联轴 6－温度计接口 8－进风管 10－底轴承 12－冷却管 14－取样管 16－传动皮带 18－压力表 21－进料口 23－排气口 25－视镜
夹套、人孔、温度计插套以及挡板等附件。
Байду номын сангаас
（二）搅拌器
1．搅拌器的类型 2．搅拌器的安装形式 3．搅拌器桨叶与流型 4．搅拌器的选择
典型的搅拌器型式
1．搅拌器的类型
两大类型：
① 小面积叶片高转速运转的搅拌器，属于这
种类型的搅拌器有涡轮式、旋桨式等，多
用于低黏度的物料；
② 大面积叶片低转速运转的搅拌器，属于此
小孔直径5-8mm孔的总面积约等于通风管的截面积
5、消泡装臵
消泡装臵就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装 在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分 离成液态和气态两相的装臵，从而达到消泡的目的。 两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂 (2)使用机械消泡装臵 化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等； 动物油脂，如猪油等； 高分子化合物。 机械消泡装臵：最简单实用为耙式消泡器。
（5）旁入式搅拌安装形式
搅拌器安装在容器侧壁。 在同等功率下，能得到最好的搅拌效果。
转速一般在360～450r/min之间。
驱动方式有齿轮传动与带传动两种。 主要缺点是轴封比较困难。 不同角度的流动效果
不同角度的流动效果
旁入式搅拌装臵在不同旋桨位臵所产生的不同流动状态。
(1)α = 7°～12°
悬浮液操作
涡轮式：使用范围大，其中以弯叶开启涡轮式最 好。它无中间圆盘，上下液体流动畅通，排出性 能好，桨叶不易磨损。 桨式：速度低，只用于固体粒度小，固液相对密 度差小、固相浓度较高、沉降速度低的悬浮液。 旋浆式：使用范围窄，只适用于固液相对密度差 小或固液比在5%以下的悬浮液。
对于有轴向流的搅拌器，可不加挡板。因固体颗 粒会沉积在挡板死角内，所以只在固液比很低的 情况下才使用挡板。
(2)α>12°
(3)α= 0°
旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形
3．搅拌器桨叶与流型
流动状态与搅拌容器的结构及其附件有一定
关系。 搅拌器桨叶的结构形状与运转情况是决定容 器内液体流动状态最重要的因素。 搅拌器件周围流体的运动方向有三种，即径 向流、轴向流和环流。 普通搅拌器一般只有一种为主导流向。
(1)轴向流型 或
搅拌容器
搅拌容器也称搅拌槽或搅拌罐。 其作用是容纳搅拌器与物料在其内进行操作。 对于食品搅拌容器，除保证具体的工艺条件外 ，还要满足无污染、易清洗等专业技术要求。
罐体
罐体大多数设计成圆柱形，其顶部为 开放式或密闭式，底部大多数成碟形或半 球形，平底的很少见到，因为平底结构容 易造成搅拌时液流死角，影响搅拌效果，
(2)径向流型
（1）轴向流型
液体由轴向进入叶片，从轴 向流出，称为轴向流型，如 图（1）所示。
（2）径向流型