气升式发酵罐

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1、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:Thispaperbrieflyintroducestheairliftfermentor,workingprinciple,structuraldesign,equipmentcharacteristics,advantagesanddisadvantages，suitableoccasionandthepresen

2、tsituationinourcountry。Andtheprospectofairliftfermentationtankthebroadapplicationprospects。Keyworlds：Airliftfermentor；construction；highacidicfermentation；presentsituation；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

3、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。外循环式培养罐是在罐外装有气液上升管,上升管的两

4、端分别与罐底部和罐上部相连通,并构成一个气液循环系统。在上升管的下部装设空气喷嘴，空气以250-300m/s的高速度喷入上升管，使空气分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液比重较小，加上压缩空气的动能，使液体上升，罐内液体下降进入上升管，形成反复的循环。如此液体不断循环流动,并在上升管中与喷嘴喷出的细微空气粒均匀接触,不断得到溶解氧的补充,从而保证了菌体的正常生长。乳化了的醪液由上升管进入发酵罐,从培养液中分离出来的空气由罐顶排出。在罐顶还装有视镜和人孔,罐中部有温度计插口。培养过程中微生物代谢放出的热

5、量在上升管中经喷淋冷却除去,为此,在上升管上部要装冷却器。上升管和下降管的布置可以装在罐外，称为外循环；也可以装在罐内，称为内循环。二.气升式发酵罐的分类气升式发酵罐有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等，其工作原理是把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，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，实现混合与溶解氧传质。已大量应用的气升内环流发酵罐、气液双喷射气升环流发酵罐、有多层分布板的塔式气升发酵罐的结构分别如图所示。

6、三.气升式反应器的结构和设计1传统气升式反应器的结构和设计气升式反应器设计中的首要问题是结构。目前,研究最多、应用最广泛的是同心圆导流桶结构,根据气体通入方式及是否加入挡板又可将其分为3种,如图1所示。气体通入导流桶底部为最常见的设计,其结构见图1(a)。气体也可以通入导流桶和反应器内壁的环隙内,其结构见图1(b),形成相反的循环。这种通气方式能够改善罐壁和管内的热传导并减少泡沫的生成。CooperPG等[1]在1个55m³的发酵罐中证实了这种通气方式确实能够改善反应器的热传性能。在大型气升式反应器中,还可以在导流桶内加

7、入多孔平行挡板,其结构见图1(c),这种挡板的作用有2个:①使上升液流中的气泡变得更均匀;②消除由于气泡聚集形成的气穴。气升式反应设计的另一个问题是其尺寸。一般来讲,这种反应器为细长型,高径比(H/D)可达102-3。细长的反应器使气体在液体内停留时间变长,有利于氧气的充分利用。另外,在较高的反应器中,气体的抽提作用强、气液循环快、搅拌效果好。导流桶和反应器直径之比是这种反应器的另一个重要尺寸。Blenke的研究显示这个比值在0·59时,气液循环速度最快、阻力最小。Wang等用500L的反应器进行试验,结果表明这个比例在

8、0·59~0·75时,氧的传递效果变化不大,在0·65时最佳。WeilandP用41L的发酵罐得到试验结果:这个比值在0·8时混合效果最好。Kriegel等在导流桶与反应器内壁间隙通入空气形成反向循环,其结构见图1(b),结果显示,这种情况下,反应器和导流桶直径比值在0·8时氧的传递效果最好。除同心圆导流桶结构外,气