生物發(fā)酵罐是一種應(yīng)用廣泛的生物反應(yīng)設(shè)備。這類反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、不易染菌、 溶氧效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。氣升式反應(yīng)器有多種類型常見的有氣升環(huán)流式、 鼓泡式、空氣噴射式等 生物工業(yè)已經(jīng)大量應(yīng)用的氣升式發(fā)酵罐有氣升內(nèi)環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設(shè)有多層分布板的塔式升發(fā)酵罐。而發(fā)酵罐則是最原始的通=撥酵罐，當(dāng)然鼓泡式反 應(yīng)器內(nèi)沒有設(shè)置導(dǎo)流筒,故未控制液體的主體定向流動(dòng)?，F(xiàn)以氣升環(huán)流式反應(yīng)器為例說明其工作原理。前面已經(jīng)簡單提到氣升環(huán)式反應(yīng)器的特點(diǎn),由于氣升環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)沒有攪拌器,并且有定向循環(huán)流動(dòng),故具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn),下面具體說明:

1、反應(yīng)溶液分布均勻:氣液固三相的均勻混合與溶液成分的混合分散良好是生物反應(yīng)器的普遍要求,因其流動(dòng)、混合與停留時(shí)間分布均受到影響。對許多間歇或連續(xù)加料的通氣發(fā)酵,基質(zhì)和溶氧盡可能均勻分散,以保證其基質(zhì)在發(fā)酵罐內(nèi)各處的濃度都落在0.19% ~ 1%范圍內(nèi),溶解氧為10%- -30%。 這對需氧生物細(xì)胞的生長和產(chǎn)物生成有利。此外,還需避免發(fā)酵罐液面生成穩(wěn)定的泡沫層，以免生物細(xì)胞積聚于上而受損害甚至死亡。還有培養(yǎng)基成分尤其是有淀粉類易沉降的顆粒物料,更應(yīng)能縣浮分散。氣升環(huán)流反應(yīng)器能很好地滿足這些要求。

2.較高的溶氧速率和溶氧效率:升式反應(yīng)器有較高的氣含率和比氣液接觸介面,因而有高傳質(zhì)速率和溶氧效率,體積溶氧效率通常比機(jī)械攪拌罐高, KL d可達(dá)2000h ,且溶氧功耗相對低。

3.剪切力小,對生物細(xì)胞損傷小:由于氣升式反應(yīng)器沒有機(jī)械攪拌葉輪,故對細(xì)胞的剪切損傷可減至低,尤其適合植物細(xì)胞及組織的培養(yǎng)。

4.傳熱良好:好氣發(fā)酵均產(chǎn)生大量的發(fā)酵熱,如酵母培養(yǎng)旺盛期發(fā)酵熱高達(dá)3.0~ 4.0x105kJ / (m.h) ,而傳熱溫差則只有幾度

(°C),尤其夏季,若使用非冷凍水,則只有3-10°C左右,故需很大的換熱面積與傳熱系數(shù)。發(fā)酵罐因液體綜合循環(huán)速率高,同時(shí)便于在外循環(huán)管路上加裝換熱器以保證除去發(fā)酵熱以控制適宜的發(fā)酵溫度。