毕业论文--浅谈机械搅拌通风发酵罐

1、毕业论文（设计）题 目 姓名 专业 指导教师*浅谈机械搅拌通风发酵罐学号<1% <7 <1%*k!><l>彳、职称讲师目录摘要3关键词3abstract 3key words3刖吕41发酵罐的发展历程41. 1发酵罐的定义41. 2发酵罐的分类41.3发酵罐的发展史42. 机械搅拌通风发酵罐的基本结构42. 1罐体42. 2搅拌器52. 2. 1涡轮搅拌器52. 2. 2螺旋桨式搅拌器62. 3挡板62. 4热交换器62. 5空气分布器72. 6消泡器72. 7联轴器及轴承72. 8变速装置82. 9轴封83. 机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧传质83. 1气

2、-液相间的溶氧传质理论93. 2机械搅拌通风发酵罐的溶氧系数93. 3机械搅拌通风发酵罐的通风量93. 3. 1持气率93. 3. 2通气速率93. 3.3通气功率103. 3通气压强103. 4富氧通风104. 机械搅拌通风发酵罐的搅拌104. 1搅拌叶伦尺寸与类型104. 2搅拌叶尖速度与剪应力105机械搅拌通风发酵罐的热量传递116发酵罐系统的发展趋势116. 1大型化116. 2多样化116. 3高度仪表化11参考文献12致谢12浅谈机械搅拌通风发酵罐摘要机械搅拌通风发酵罐是在生产抗生素、酵母菌、氨基酸、有机酸、酶制剂等发酵产品 屮应用最多、最广泛的液体深层好氧发酵设备。据不完全统计，

3、它占了发酵罐总数的 70%80%,故乂常称z通用式发酵罐。本文主要对其基本结构、功能、特点进行了综述和 评价，对机械搅拌通风发酵罐的通风、搅拌、传质和传热性能进行了分析和讨论，最后就发 酵罐系统的发展趋势做了简单概述。关键词机械搅拌通风发酵罐；传质性能；结构on the mechanical agitation fermentor ventilationabstractmechanical mixing ventilation is in the production of antibiotic fermentation, yeast, amino acids, organic acids,

4、enzymes and other fermentation products, the most widely used, the most extensive submerged aerobic fermentation equipment. according to incomplete statistics, it accounts for 70%80% of the total number of fermentation tank , it is also often termed universal fermentor. in this paper, its basic stru

5、cture, functions and characteristics are reviewed and evaluated on mechanical ventilation and mixing ventilation fermentation tank, mixing, mass transfer and heat transfer performance is analyzed and discussed, and finally on the development trend of fermentation system made simple overview.key word

6、sair blow tank with machinery agitation； mass transfer performance； structure刖吞大多数的生化反应都是需氧的，故通风发酵设备是需氧生化反应设备的核心和基础。 无论是使用微生物、酶或动植物细胞（或组织）作生物催化剂，也不管其冃的产物是抗生素、 酵母、氨基酸、有机酸或是酶，所需的通风发酵设备均应具有良好的传质和传热性能，结构 严密，防朵菌污染，培养基流动与混合良好，良好的检测与控制，设备较简单，方便维护检 修，能耗低等特点。冃前，常用的通风发酵罐冇机械搅拌式、气升环流式、鼓泡式和自吸式 等，其屮机械搅拌通风发酵罐仍占据着主

7、导地位。机械搅拌通风发酵罐是现代生物工程工厂使用最广泛的一种发酵罐。它是利用机械搅 拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液屮溶解，为好氧性微牛物的牛长、 繁殖、代谢及发酵过程提供所需要的氧气。木文就其基木结构、功能、特点进行了综述和评 价，对其运行过程中的相关参数进行了分析和讨论。1发酵罐的发展历程1.1发酵罐的定义生物工程屮的发酵生产设备主要是指发酵罐，发酵罐又称生物反m器，它在发酵过程屮 占据屮心地位，是现代住物技术产业化的关键设备。简单地说发酵罐一种提供微生物生长繁 殖代谢的装置，各种微生物在其中生长，代谢和形成发酵产物。1.2发酵罐的分类按照发酵罐的设备，分为机械搅拌通风发

8、酵罐和非机械搅拌通风发酵罐。按照微牛物的牛长代谢需要，分为好气型发酵罐和厌气型发酵罐。用于厌气发酵（如生产酒 精、溶剂）的发酵罐结构简单，用于好气发酵（如生产抗生素、氨基酸、冇机酸、维生索等） 的发酵罐结构较复杂，常用的冇机械搅拌式发酵罐、鼓泡式发酵罐和气升式发酵罐。 发酵罐按使用范围可分为牛物发酵罐、啤酒发酵罐、衙萄洒发酵罐等。1.3发酵罐的发展史第一阶段：19（x）年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简单的温度和热交换仪器。第二阶段：1900-1940年，出现了 200n?的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使 用空气分布器，机械搅拌也开始用在小型的发酵罐中。笫三阶段：1940-1960年，

9、机械搅拌，通风，无菌操作和纯种培养等一系列技术开始 完善，发酵丄艺过程的参数检测和控制方而己出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的ph电极 和溶氧电极，计算机开始用于发酵过程的控制。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商殆化。第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增人到80-150m3o由于大规模 生产单细胞蛋白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐，它可以克服一些气体交 换和热交换问题。计算机开始在发酵工业上得到广泛的应用。笫五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵丄业提出了新的课题。 于是，人规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化

10、。2. 机械搅拌通风发酵罐的基本结构机械搅拌通风发酵罐主要部件有罐体、搅拌器、挡板、热交换器、空气分布器、消泡 器、传动装置、变速装置、联轴器和轴承、轴封、人孔、视镜等，大型机械搅拌通风发酵罐 结构如图1-1所示。下面就发酵罐的主要部件加以说明。2. 1罐体罐体由罐身、罐顶、罐底组成，罐身为圆柱体，大中型发酵罐罐顶、罐底和小型发酵罐罐底多采用椭圆形或碟形封头通过炸接和罐身相连，而小型发酵罐罐顶多采用平板盖和罐身 用法兰连接。罐顶和罐身装冇各种仪器仪表接ii管，如视镜，灯锐，进补料管及温度计，ph 计等。罐体上的管路越少越好，能合并的应合并，如进料管，补料管和接种管可合并为一个 接口管。罐体材料

11、多采用不锈钢，为满足工艺耍求，罐体需承受一定的压力，通常灭菌的压 力为0. 25mpa （绝压）。2. 2搅拌器搅拌器的主要作用是混合和传质，即使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，并 使生物细胞均匀分散于发酵体系屮，以维持适当的气-液-固（细胞）三相的混合与质最传递, 并强化传热效果。工业牛产上常使用两组以上搅拌器，主要采用的搅拌器有涡轮搅拌器（如 图卜2）和螺旋桨式搅拌器（如图1-3）,其材料使用不锈钢，叶类型选择必须通过试验确定。2. 2.1涡轮搅拌器涡轮搅拌器叶片分为平叶式、弯叶式和箭叶式三种，叶片数量一般为6个，六平叶或六 弯叶或六箭叶涡轮搅拌器是在一个水平圆盘上装置6片直叶或弯

12、叶或箭叶的桨叶构成。主耍 产生径向液流，若罐的四壁安装挡板，可产牛轴向液流。通入罐底的空气受圆盘的肌挡，保 证了气泡更好的分散，提高了搅拌效率。适川于各种牛顿和非牛顿流体及粘度人的液体的混 合。冃前，机械搅拌通风发酵罐均采用六弯叶和六箭叶涡轮搅拌器，这两种搅拌器均为高效 率搅拌器，适用于高度湍流的搅拌。般在相同的搅拌功率下打碎气泡的能力，直叶大于弯 叶，弯叶大于箭叶，但其翻动流体的能力正好相反。合适的桨叶类型必须通过试验确定，如 柠檬酸发酵多采丿ij六箭叶涡轮搅拌器，而谷氨酸发酵和酶制剂多采川六弯叶涡轮搅拌器。直叶圆盘涡轮搅拌器弯叶圆盘涡轮搅拌器箭叶圆盘涡轮搅拌器图1-2涡轮搅拌器2. 2.

13、2螺旋桨式搅拌器螺旋桨式搅拌器的桨叶是山3-4片沿叶片全长逐渐倾斜的螺旋桨叶构成。山于桨叶倾斜 角度的改变，产牛轴向液流，液体上下翻腾，混合效果较好，但对液体的剪切力较小，对气 泡的分散效果不好。适用于粘度低的液体和悬浮液的混合，特别适合于要求整罐混匀好，剪 切力温和的发酵过程。如图所示的lightnin公司生产的a315搅拌器在直径大于lm的实验 装置屮，同样的输入功率下，a315桨的持气量比rushton涡轮高80%,剪切力仅为rushton 涡轮的25%,产量提高10%-50%o罐内安装挡板的作用是阻止因液体的水平流动而在液而屮心产生的漩涡,促使液体上下 翻腾，增加氧的溶解，提高搅扌半效

14、率。罐内一般装有4-6块挡板，挡板一般为长方形，宽度 为罐直径(d)的1/12-1/8,垂直向下，接近罐底，上部为液面相平。为了避免挡板为罐壁 z间形成死角，扌出板与罐壁z间保持的距离为罐直径(d)的1/81/5,川支撑架固定在罐 壁上。发酵罐热交换用的竖立的列管、排管或蛇管也可起相应的挡板作用。2. 4热交换器热交换器用于发酵培养基的加热、消毒、灭菌、冷却并能够调节发酵过程中的温度。 2.4.1夹套式热交换器这种装置主要用于小型发酵罐或种子罐，夹套高度稍高于静止液血。优点是：结构简单, 容易加工，罐内死角少，便于消毒利灭菌；缺点是：传热壁厚，冷却水流速低，降温效果差, 传热系数较小,一般为6

15、(x)-1000kj/ (mh°c)242立式排管热交换器这种装置以排管形式分组对称安装在管内。优点是：加工方便，适用于气温较高，水源 充足地区，管内冷却水流速快，降温也快。缺点是：传热系数比蛇管热交换器低，用水量大。2.4.3立式蛇管热交换器这种装置主要用于大中型发酵罐。一般分为48组安装在罐内托架上，上端部超过液面, 下端距罐底100mm左右，毎组蛇管45圈，毎圈蛇管两直立管的中心距离为240300mm, 相邻两圈管的中心距离为管直径的1.8-2.1倍，毎圈蛇管距罐壁1 oonim.优点是：罐壁薄， 冷却水流速人，传热系数高达30()()4()()()kj/ (mh°c

16、 )。但所需冷却水温度较低，管的弯 illi部分也容易被腐蚀而穿透。2. 5空气分布器空气分布器乂叫通风管，是将无菌空气引入到发酵液中的装置。小型发酵罐常采用多孔 坏状管或多孔十字型管，大型发酵罐采用单孔管。多孔环形管或多孔十字型管安装在搅拌器 圆盘之下，其直径为搅拌器肓径的().8倍左右，通风管上开有许多向下的小孔，小孔宜径 58mm,小孔总面积约等于通风管截面积。单孔管安装在搅拌器卜方，正对圆盘中心，管 口向下，与罐底距离约40mm,通风吋空气沿管口山周上升，被搅拌器桨叶打碎成小气泡而 与发酵醪液充分混合，增加了气液传质效果。一般通风管入口空气压力为0l0.2mpa,空 气流速20m/so

17、在罐底屮央衬上不锈钢圆板，防止空气喷击，延长罐底寿命。2. 6消泡器某些发酵(如谷氨酸、蛋白酶、淀粉酶等)在发酵过程中产生大量泡诛，当泡沐溢出时 会使发酵液损失，更重要的是引起杂菌污染，造成发酵失败。在通气发酵生产中有两种消泡 方法：一是加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。通常，是把上述两种方法联合起來使 用。常用消泡装置有耙式消泡器、旋转圆盘式消泡器、超声波消泡器、碟片式消泡器等。耙式消泡器(如图1-4)是最简单实用的消泡装置，它安装在搅拌轴上，齿面略高于液 ffio产牛少量泡沫时，耙齿随时将泡沫打碎；产生人量泡沫时而超过耙桨，就会失去消泡作 用，此吋，仍需要添加消泡剂。桨的直径为罐直径的

18、0.80.9倍，以不妨碍旋转为原则。图1-4耙式消泡器2. 7联轴器及轴承大型发酵罐搅拌轴较长，常分为23段，用联轴器使上下搅拌轴构成牢固的刚性连接。 常用的联轴器有鼓形和夹壳形两种。小型发酵罐搅拌轴可用法兰连接，轴的连接应乖总，中 心线对正，以免与轴相连的轴封不均匀而发生泄露。为了减少震动，屮型发酵罐一般在罐底装有低轴承，而人型发酵罐不仅装有底轴承还要 装有中间轴承。底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能添加润滑油，应 采用液体润滑的塑料轴瓦(如石棉酚醛塑料或聚四氟乙烯等)，轴瓦与轴z间的间隙一般为 轴径的04%0.7%。2. 8变速装置实验索的发酵罐常采用无级变速装置。中试和

19、工业发酵罐常用三角皮带传送、圆柱或圆 锥齿轮减速装置两种类型，其中以三角皮带传动减速装置较为简单，而口噪声小。搅拌器动 力电机常用六级电机(转速1000r/min)、八级电机(转速75()r/min)、十级电机(转速5()()r/min)o 皮带传动减速装置的主从动轮直径比要小于7,以增加主动轮吃带面积；另外，加人主从动 轮间距，也可加大主动轮吃带面积，减少皮帶打滑、加热和烧带。2. 9轴封为了防止发酵醪泄踢和杂菌污染，搅拌器与罐顶或罐底连接处需耍密封，即轴封。常川 的轴封有：填料函轴対和端而轴封(机械轴封)。2.9.1填料函轴封填料函轴封由填料箱体、铜环、填料、填料压箱、压紧螺栓等零件构成，

20、使旋转轴达到 密封效果。填料函轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难灭菌彻底，容易渗漏 和染菌；轴的磨损情况严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短。因此，冃前已不大采用 填料函轴封，而多采用端面轴封。2.9.2端面轴封端面轴封又称机械轴封。有静环、动环、弹簧、辅助密封圈等元件构成。它是靠弹簧和 液体的压力，在作相対运动的动环和静环的接触面(端血)产生适当的压紧力，使这两个光 洁平直的端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封口的。在动坏与静坏之间 以及动环与轴之间还有辅助密封圈，防止流体从缝隙屮露岀。端面轴封的优点是：密封可靠，不会发牛泄露或很少发牛泄露；清洁、无死角，易消毒

21、灭菌；摩擦功率小，一般为填料函轴封的10%50%；寿命长，质量好的25年不需维修； 轴或轴套不受磨损。但其结构较复杂，装拆不便，对动环和静环的光洁度和平直度要求较高。 制造摩擦坏的材料，动坏一般采用硬质合金(也可用青铜或不锈钢)，如碳化钩钢或高硅铸 铁；静环需采用软质耐磨材料制作，如不透性石黑或四氟乙烯。动环及静环与轴封所用的辅 助密封圈一般为o型密封圈。由于轴封的动环和静环之间摩擦产生大量热最，所以，不论是单端面轴封还是双端面轴 封，其外都要设置夹套进行冷却。3. 机械搅拌通风发酵罐的通风与溶氧传质大多数的生物工业生产涉及的生化反应都是需氧的，如抗生索发酵、酶制剂生产、单细 胞蛋白生产以及有

22、机酸、氨基酸发酵等。细胞要维持正常生长，需要呼吸，而增殖更需要氧, 且氧还参与某些生物反应，故需氧生物反应需一定的溶氧传质速率。氧是难溶气体，在常压 和25°c时，空气中的氧在纯水中的饱和溶解度只有0.25mol/m3,在培养基屮的溶解度则更 小。故发酵罐的通风供氧是十分重要的。根据传质理论，发酵液的溶氧传质速率为：otr=kla (c*-c)式中kla体积传氧系数，1/h或1/s；c*相应温度，压强条件下饱和溶氧浓度，mol/m3c发酵液屮溶氧浓度，mol/m3o根据研究与生产经验，在一般的通风发酵*产中，使用的是普通空气，发酵罐压也只比 大气压略高，故相应的c*在0.250.30

23、mol (o2)/m3；而发酵罐的kj.a值为100-1000 (1/h), 由此可计算出此类罐的供氧能力约为0.89kg (02) / (m3-h)o工业发酵常用的微生物的比 呼吸速率约为0.104kg (02) / (hkg t细胞)，而山糖等底物转化成细胞，则需氧量为 lkg (o2) /kg (增殖细胞)左右。这里要说明的是上述的供氧能力是在相应的通风和机械搅 拌功率输入的条件下实现的。对于高密度细胞发酵和非牛顿培养基发酵，在相同的发酵罐和 通气搅拌下，相应的溶氧速率大人降低。3.1气-液相间的溶氧传质理论对于通气搅拌的深层培养，培养液屮必须有适当的溶氧浓度，以使溶解氧不会成为限制 性

24、因素。在实际的牛 1物反应系统，溶氧浓度时细胞的耗氧速率（our）和氧传递溶率（otr） 的函数。氧由空气气泡传递到生物细胞可分为儿步进行，下面介绍最普遍的传统的双膜理论:（1）气泡中的氧通过气相边界层传递到气液界面上。（2）氧分子由气相侧通过扩散穿过界血。（3）在界面液相侧通过液相滞流层传递到液相主体。（4）在液相主体屮进行传递。（5）扩散通过生物细胞表面的液相滞流层传递到生物细胞内。由上述传质理论，溶氧传质的总推动力就是气和为细胞内的氧浓度z差。据传质理论分 析和实验研究结果证明，在大多数的通气发酵场合，氧山气泡传递到液相中是生物通气发酵 过程中的限速步骤。3. 2机械搅拌通风发酵罐的溶氧

25、系数在生物反应系统中，影响k皿的主要因索冇：（1）操作条件，如搅拌转速、通气量等。（2）发酵罐的结构及儿何参数，如体积、通气方法、搅拌叶轮结构和尺寸等。（3）物料的物化性能，如扩散系数、表而张力、密度、黏度、培养基成分及特性等。3. 3机械搅拌通风发酵罐的通风量通入无菌空气进反应器中使培养液获得溶解氧和起搅拌混介作用是通风发酵的共同要 求。前面已提及，溶氧传质过程必须通入空气，即使培养液有一定的通气速率，发酵液的体 积传氧系数的大小与反应器的空截血气速vs或单位体积溶液通气量（vg/vl）成一定的比例 关系。下面讨论通风发酵罐的有关特征参数及其影响。3. 3. 1持气率持气率是气液传质系统重要

26、参数。在通风发酵系统小存在持气与气泡问题，所以设计发 酵罐实际装料量吋必须耍考虑装液系数，即必须冲入培养液后留下一定空间。根据经验，通 风发酵罐的装料系数范围在0.60.85 z间。3. 3. 2通气速率据试验研究，通气速率（常用空截而气速乂表示）对气液传质有重要影响，它不仅影 响体积溶氧系数kg,而还影响搅拌功率，具体的影响叙述如下：（1）根据福皿秀雄等研究结果可知，提高vs会使通气搅拌功率下降，具体关系式如下式：pg=2.25 （p0ndi3/vg（）（）8） 039 - 10'3式中pg、p（）通气和无通气时搅拌轴功率，kwdl搅拌叶轮直径，cmvg通气虽:，ml/mi n（2）

27、由上述式可知，随着通气量vg的增大，通气搅拌功率会降低。故为了提高vs以便强 化溶氧传质，必须适当提鬲搅拌转速或增大搅拌叶轮直径，或两者均提高，以维持通气搅拌 功率不变，这样便会使kg增人。（3）持气率和气泡均会随vs的提高而增大。英影响会随发酵类型和搅拌转速而变化，但研 究结果表明，发酵罐屮实际空气流速的上限应取1.752.0m/min,此范围是安全的。（4）较高的通气速率和泡沫水平可使敏感的微生物如动物细胞受损伤，甚至在低搅拌转速 下也是如此。故在组织培养中必须注意搅拌叶轮结构的改进，使用低剪切的叶轮。（5）对固定不变的通气强度（vvm） （wm,即每立方米每分钟通入多少立方米的空气），

28、其空截面气速乂随反应器规模的增加而提高。但实际上，通气强度随反应器的增大而适当 降低。由于大型反应器的液柱高，故其内的培养液冇较高的操作压强，若以标准状况计算, 对同样的vvm,人型罐的单位体积溶液的空气流量总小于小型罐的，其比值约为两种规模 反应器平均操作压强之比。3.3.3通气功率发酵罐的通气是必须消耗功率的。一定压强的无菌空气通过空气分布器的孔i i或管口， 减压膨胀且以一定速度进入发酵液中，起气液混合作用，带动发酵液一道呈气液固（微生 物）之相流动。当通气速率较高，而搅拌叶轮直径较小且转速较低时，会出现搅拌器对液体 流动和气体分散均基木无影响的情况，习惯上称为“溢流”现象，这是通气发酵

29、不希望的状 况。根据实验研究，通气带入发酵液的搅拌混合只占总量的10%左右，其余的90%则为机 械搅拌器输入。3. 3通气压强提高罐压即提高风压，可使相应的饱和溶氧c*增人，从而使溶氧率otr提离，这是十 分有效方法。当然，此法要求发酵罐的耐压强度升高，所用的空气压缩机的输出压强也相应 增大，所需的设备投资也就随z增加。对一般的通风发酵罐，设计的加热灭菌压强0.15mpa, 若发酵运行时维持此罐压，则使溶氧传质推动提高22.5倍。但是，提高罐压后，会对生物 细胞的牛长与代谢产牛影响，相应提高的co?浓度也会抑制牛物细胞的牛长代谢，从而降 低了发酵速率。故此操作应适度，在大多数的发酵中，罐顶压强

30、取0.05mpa较好。3. 4富氧通风通风发酵罐通常使用的是普通空气。当需要提高相应的饱和溶氧浓度c*时，除了上述 升高罐压外，更冇效地方法是用富氧空气或直接通入氧气，后者已在实验研究中经常使用。 对于工业规模发酵牛产商，因为通入纯氧或富氧使操作成本人增，故目前仍未使用。4. 机械搅拌通风发酵罐的搅拌当用同一发酵罐进行实验吋，若固定通气量，则当搅拌叶轮形状、大小、数量、转速等 参数改变时，所需的通气搅拌功率也随z变化，对发酵结果也产生影响。为了获得良好的设 计与发酵结果，必须对上述各项参变量予以综合平衡。4.1搅拌叶轮尺寸与类型搅拌叶轮直径与罐径z比di/d=0.330.45。当然也冇特殊的比

31、例，如微生物胶发酵，因 培养液黏度人，故可选用人肓径的叶轮。同样，动物细胞培养所适用的搅拌反应器，应选用 较大的di/do搅拌叶伦类型的选择主要考虑功率准数，混合特性以及叶轮所产生的液流作用力的大小 与种类等等。通常，高能耗的叶伦如圆盘涡伦所需的搅拌功率高，但有良好的气液分散功能, 因而溶氧速率高，其缺点是剪切应力大。与此相反，推进式（螺旋桨式）搅拌叶轮能耗较低， 但混合效果好，尤其轴向混合好。对给定的转速与尺寸大小，低输入功率的搅拌叶轮比高功 率叶轮所需的数冃要多。这就会影响叶轮间的间距，进而影响发酵液的混合质量和能量输入。4. 2搅拌叶尖速度与剪应力生物细胞在机械搅拌的剪切作用下会受到损伤

32、，其损伤程度取决于生物细胞的特性和搅 拌力的性质、强度、以及作用时间等。关于搅拌剪切与细胞损伤的定性关系人致如2单细 胞微牛:物如球状或杆状的细菌、酵母、小球藻等耐受搅拌剪切的能力强，而丝状菌的耐受力 弱，特别是动物细胞对搅拌剪切甚金对通气混合所产生的较轻微的剪应力也非常敏感，以至 于在进行设计动物细胞纽织培养反应器时把降低剪切放于首位。关于搅拌的切与反应器形式、结构及对象生物细胞的设计准则，冃前以搅拌叶尖线速度 为基准。对耐剪切力较强的生物细胞，搅拌叶尖线速度应不人于7.5m/so若高于此值，则某 些微牛物如丝状菌、霉菌等会受到不同程度的损害。实际上，有关搅拌叶尖线速度与剪应力 的定量关系计

33、算以及对细胞损伤程度的定量关联仍未能实现。而在大容量的机械搅拌发酵罐 屮，为了满足溶氧传质、传热与混合要求，如用于谷氨酸等发酵时的搅拌叶尖线速度高于 7.5m/s,也未对谷氨酸生产菌株（杆菌等）产牛损伤作用。因而上述的最人叶尖线速度只是 一个参考数值，最佳数值的确定是耍通过实验研究和生产实践验证的。5机械搅拌通风发酵罐的热量传递生物反应过程有生物合成热产生，而机械搅拌通风发酵罐除了有生物合成热外，还有机 械搅拌热,若不从系统屮除去这两种热量，发酵液的温度就会上升,无法维持工艺所规定的 最佳温度。发酵生产的产品、原料及工艺不同，其过程放热也改变。为了保证温度的调控, 须按热量生成的高峰时期和一年

34、中气温授高的半个刀为基准进行热量衡算以及所需的换热 面积。为了提高反应器的传热效能，可在发酵罐的外部装设板式热交换器，不仅强化了热交 换，而且便于检修和清洗。6发酵罐系统的发展趋势发酵罐总的发展趋向，主要是大型化，多样化和高度仪表化与控制现代化。6. 1大型化为了增大产量，降低成本与提高劳动生产率。随着放大技术与防止污染技术的进步，国 外抗菌素、谷氨酸的发酵罐容积己达到100500m3,氮棊酸为500m3o这些设备一般采用机 械搅拌的发酵罐。至于气升式发酵罐，生产单细胞蛋白的可达4000m3,而污水生化处理装 备可达20（）（）0m3左右的超大型设备。6. 2多样化是为适应多相反应系统的需要。目前工业上采用的发酵反应器主要冇三种类型：（1）机 械搅拌型：能处理人容积，低速下的粘性液体系或悬浮体系，在技术上比较成熟。（2）输液 泵型：是利用液体和气体的动量交换使流体沿一定路程循环而达到搅拌目的。山喷嘴中心喷 出的液体射流与同时由喷嘴坏隙出来的气体进行动量交换，把气体冲击成细小气泡，进行氧 气的传递，在需氧发酵过程为微生物的生长及代谢过程提供人量氧气。（3）气升式：主要利 用流体本身的功能，合理利用系统比重差使液体循环。适用稀薄培养基的发酵及人型化，在 这些场合有逐步取代机械搅