通风发酵设备的认知与操作-其他类型通风发酵罐

结构特点工作机理性能的主要因素带升式发酵罐带升式发酵罐

带升式发酵罐是以气体为动力，靠导流装置的引导，形成气液混合物的总体有效循环。罐内分为上升管和下降管。

从上升管通入气体，使管内气体含量升高，密度变小，气液混合物向上升，气泡变大，至液面处气泡破裂，气体由排气口排出。

剩下的气液混合物密度较上升管内的气液混合物大，由下降管下降，从而形成循环。结构

根据上升管和下降管的布置方式不同，带升式发酵罐可分为两类：

一类为内循环式，上升管和下降管都在反应器内，循环在反应器中进行，结构较紧凑，如图（1）所示。多数内循环发酵罐内置同心轴导流筒，也有内置偏心轴导流筒或隔板的。

另一类是外循环式，通常将下降管置于发酵罐外部，以便加强传热，如图（2）所示。其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴。特点①反应溶液分布均匀，气液固三相均匀混合；②溶氧速率和溶氧效率较高；③剪切力小，对生物细胞损伤小；④传热良好，同时便于在外循环管路加装换热器；⑤结构简单，冷却面积小，易于加工制造；⑥维修、操作及清洗简便，可减少染菌机会；⑦料液填充系数达80％—90％，而不需加消泡剂；⑧要求通风量和通风压头较高，使空气净化工段的负荷

增加，对于黏度较大的发酵液，溶解氧系数较低。工作机理在环流管底设有空气喷嘴，空气在喷嘴口以250～300m／s的高速喷人环流管，由于喷射作用，气泡被分散于液体中，借助于环流管内气液混合物的密度与反应主体之间的密度差，使管内气液混合物连续循环流动。

罐内培养液中的溶解氧由于菌体的代谢而逐渐减小，当其通过环流管时，由于气液接触而达到饱和。影响带升式罐性能的主要因素

①影响空气消耗量的因素、循环周期必须符合菌种发酵的需要；

②液面到喷嘴缩孔的垂直高度。由于空气流动和空气的浮力作用，使升液管与罐之间产生压力差，使醪液不断循环。液面到喷嘴缩孔的垂直高度越大，压力差也越大，醪液循环量及空气提升能力就越大；

③液面至升液管出口高度。当罐内实际液面低于升液管液体出口时，醪液循环量和升液效率都明显下降，液面越低，效率越低。当罐内液面与上升管出口相平时，醪液循环量和升液效率都达到最大。当液面高过上升管出口时，对提高效率没有明显影响；④摩擦阻力。尽量缩短循环管的总当量长度，按最短线路安装循环管和选用阻力较小的管件。并尽量采用单管式，而不采用直径较小的多管式，以减小摩擦阻力。上升管的出口应在发酵罐侧壁，以切线方向与罐相接，这样管道阻力小，总扬程大大减小，可以提高升液能力；

⑤喷嘴前后压力差。压力差增大，醪液循环量增大，因而缩短循环周期；⑥罐内压力。当罐内压力逐步升高时，醪液循环量及空气提升能力都逐步下降，但变化不大，从经济上考虑，没有特殊必要，最好采用低压操作；⑦喷嘴直径。喷嘴较小时，醪液循环量也较小，通常在空气压力较低时，应采用较大直径的喷嘴。相反，如果空气的压力较高时，喷嘴直径可以缩小。具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与发酵液均匀接触，增加溶氧系数。结构工作机理特点塔式发酵罐塔式发酵罐

塔式发酵罐又称空气搅拌高位发酵罐，是一种高径比较大的非机械搅拌式生物反应器。

常用的塔式发酵罐是气液两相反应器，是指气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程的反应器。

该反应器以气体为分散相，液体为连续相，通常液相中含有固体悬浮颗粒，如固体培养基、微生物菌体等。结构

塔式发酵罐的结构如图所示。反应器内流体的运动状况是随分散相气速的大小而改变的，一般分为两种：

一种是均匀鼓泡流，此时气速较低，气泡大小均匀，浮升较有规则；

另一种为非均匀鼓泡流，随着气速的增加，小气泡被大气泡兼并，同时也造成了液体的循环流动。

为了有利于气体的分散和液体的循环，一般在塔内装有多层水平筛板，其高径比大，液体深度大。工作机理

在塔式发酵罐中，压缩空气由塔底导人，经过筛板逐渐上升，气泡在上升过程中带动发酵液同时上升，上升后的发酵液又通过筛板上带有液封作用的导流筒下降而形成循环。

导流筒下端的水平面与筛板之间的空间是气液混合区，由于筛板对气泡的阻挡作用，使空气在塔内停留时间较长，同时在筛板上大气泡被重新分散，从而提高了氧的利用率。

利用通人培养液的空气泡上升时带动流体运动，产生混合效果。塔式发酵罐H／D高达7，流体深度大，空气进入培养液后有较大的停留时间，并可将气体重新分散，适用于培养液黏度低、含固量少、需氧量较低的培养过程。最简单的塔式反应器内部是一空塔，塔的底部用筛板或气体分布器来分布气体。其工作原理是利用通入培养基中的气泡在上升时带动液体而产生混合，并将气泡中的氧供培养基中的菌体使用。特点

塔式发酵罐的优点是：罐身高，高径比为6～7；罐内装有导流筒；液位高，空气利用率高，节约空气约50％；动力消耗少，节约动力约30％；不用电机搅拌省去轴封，容易密封，减少剪切作用对细胞的损害；设备结构简单，造价较低。

其缺点是：罐底有存在沉淀物的现象；温度高时降温较难。塔式发酵罐适用于多级连续发酵，有的多级连续发酵器具有十多层筛板，用于微生物的培养。结构工作机理特点文氏管自吸式发酵罐文氏管自吸式发酵罐结构文氏管自吸式发酵罐的结构如图所示。工作机理

文氏管的结构如图所示，文氏管中有一管径紧缩段，当用泵将发酵液压人文氏管中，文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空而将空气吸入，在管径增宽段形成涡流，使气泡分散与液体均匀混合，增加发酵液中的溶解氧，实现溶氧传质。特点

文氏管自吸式发酵罐的优点是：设备简单，无需空气压缩机及搅拌器，动力消耗省；吸氧的效率高，气液固三相混合均匀。

其缺点是气体吸人量与液体循环量之比较低，对于好氧量较大的微生物发酵不适宜。特点结构充气原理装置类型自吸式发酵罐自吸式发酵罐

自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而是利用特定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。自吸式发酵罐用于生产葡萄糖酸钙、维生素C、酵母、蛋白酶等发酵产品。自吸式发酵罐特点

自吸式发酵罐的优点是无需空气压缩机及其附属设备，减少厂房占地面积；减少工厂发酵设备投资为30％左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，容积酵母的产量可高达30～50g；设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力；发酵周期短，发酵液中菌体浓度高，分离菌体后的废液量少；设备的耗电量小，能保证发酵所需的空气，并能使气液分离细小、均匀地接触，吸入空气中70％～80％的氧被利用。自吸式发酵罐的缺点是进罐空气处于负压，增加了染菌机会；搅拌转速高，有可能使菌丝被切断，使正常的生长受到影响。自吸式发酵罐结构自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。转子由底部的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。自吸式发酵罐的结构如下图所示。充气原理

自吸式发酵罐的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体被甩出，叶轮中形成负压，转子转速越大，所造成的负压也越大，由于转子的空膛用管子与大气相通，从而将罐外的空气吸到罐内，并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在液体之中，在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中，自吸式充气装置在搅拌的同时完成充气作用。

转子的转速越快，旋转的线速度也越大，则流体的动能也越大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也越大，排出的风量也越大。装置类型