气升式发酵罐 ppt课件

◆容易实现大型化和自动化，设备体积可从0. 02m3到200m3，没有
制造、安装、操作和维修困难。设备的控制因素比搅拌罐少，容易实
现自动化控制。
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1、气升环式反应器的特点
前面已经简单提到气升环式反应器的特点，由于气升环流 反应器内没有搅拌器，并且有定向循环流动，下面具体说 明。
(1)反应溶液分布均匀：气液固三相的均匀混合与溶液成分 的混合分散良好是生物反应器的普遍要求，因其流动、混 合与停留时间分布均受到影响。对许多间歇或连续加料的 通气发酵，基质和溶氧尽可能均匀分散，以保证其基质在 发酵罐内各处的浓度都落在0.1％～1％范围内，溶解氧为 10％一30％。这对需氧生物细胞的生长和产物生成有利。 此外，还需避免发酵罐液面生成稳定的泡沫层，以免生物 细胞积聚于上而受损害甚至死亡。还有培养基成分尤其是 有淀粉类易沉降的颗粒物料，更应能悬浮分散。气升环流 反应器能很好地满足这些要求。
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三 气升式发酵罐的用途：
设备可广泛用于抗生素、氨基酸、酶制剂、维 生素、有机酸等好氧性发酵过程。在化工方面 可用于气-液、气-液-固反应过程。在环保方面 可用于污水处理。目前该设备在国内用于谷氨 酸、抗生素、黄原胶、糖化酶、柠檬酸生产， 设备体积已达到140m3，投入使用后取得了非 常显著的经济效益。发酵所必须的空气在静态 混合元件内外上下流动，带动发酵液循环，促 进气-液充分混合。
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气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流 式、鼓泡式、空气喷射式等，生物工业已经大 量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、 气液双喷射气升环流发酵罐、设有多层分布板 的塔式气升发酵罐。
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气升式发酵罐与鼓泡塔式发酵罐相似，所不同的 是气升式罐含有导流筒，鼓泡塔式罐没有。导流 筒内置称内循环式，外置称外循环式。内循环气 升式发酵罐是以压缩空气鼓泡与罐内导流装置作 用实现气液混合。有关这类罐型的功耗指标，一 般是内循环气升式发酵罐功耗为3．5kw／m3， 而机械搅拌罐的功耗为5一lOkw／m3。目前，世 界上最大的工业发酵罐是气升式发酵罐。1984年 英国ICI公司以导流筒内多孔板分布结构的超大型 内循环罐型用于烃类发酵生产酵母取得成功。该 公司气升式发酵罐高200英尺，直径25英尺，容 积800多立方米。
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气升式发酵罐的发展
在发酵罐发展史中，机械搅拌式发酵罐算是较 为先进的。但是其中仍存在些不利因素：
消耗功率过大；
剪切作用影响某些微生物的菌丝生长形态；生 产
制造和运行费用较高等；由于存在不易解决的 传
热、混合、反应等问题，罐容积受到限制
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为克服机械搅拌罐存在的缺点，人们对气升式 发酵罐的研究开发日益重视。主要实现的目标 是：生产水平要高于或等于机械搅拌罐，要节 省能源，从而降低发酵成本，提高产品的竞争 力。
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典型的气升环流发酵罐
a—高位筛板 式发酵罐
b—用于培养 单细胞蛋白 的气升式发 酵罐
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a
b
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二 工作原理
气升式发酵罐的工作原理是利用空气喷嘴喷出高速 （250-300m/s）的空气，空气以气泡式分散于液体中， 在通气的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧， 液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密度差， 从而形成发酵罐内液体的环流。在气升式发酵罐中， 循环管的高度一般不高于罐内液面不高于循环管出口， 且不低于环流出口。气升式发酵罐广泛用于大规模生 产单细胞蛋白质。但不适用于高黏度或含大量固体的 培养液．
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四 气升式发酵罐的特点：
◆与机械搅拌式发酵罐相比节电70%-80%，降低成本。
◆无菌操作可靠性高，该设备没有动密封装置，无泄露，且设备内无 死区，灭菌彻底，染杂菌的机会大幅度减少。
◆传热和传氧效率高，可满足各种好氧性微生物在任何地区和季节里 的发酵生产。
◆提高产率、转化率，设备机械剪切力对微生物的伤害小，加上溶氧 充分、热量移走及时，为微生物提供了一个良好的生长环境，有效地 促进了新陈代谢，加速产品积累，使产品的产率和转化率均有明显提 高。
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4)传热良好：好气发酵均产生大量的发酵热，如 酵母培养旺盛期发酵热高达3.0～4.0×105kJ／ (m3.h)，而传热温差则只有几度，尤其夏季，若 使用非冷冻水，则只有3-10℃左右，故需很大的 换热面积与传热系数。气升式反应器因液体综合 循环速率高，同时便于在外循环管路上加装换热 器，以保证除去发酵热以控制适宜的发酵温度， 其示意图如图。
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气升式（空气带升环流式）发酵 罐
气升式发酵罐(ALR) 是应用最广泛的生物反应设 备。这类反应器具有结构简单、不易染菌、溶氧 效率高、能耗理是利用空气喷嘴喷出高 速的空气，空气以气泡式分散于液体中，在通气 的一侧，液体平均密度下降，在不通气的一侧， 液体密度较大，因而产生与通气侧的液体产生密 度差，从而形成发酵罐内液体的环流。
气升式发酵罐
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一 气升式发酵罐简介
气升式发酵罐是上世纪末开始发展应用的一种新型 生物反应器，无机械搅拌机构最大限度的减少了染 菌率，减少了机械剪切力，对长菌丝的各种真菌尤 为适宜，气体提升充分的气液混合使氧气的传递利 用极大提高，特别适合高粘度培养基和对于溶氧要 求高的产品。气升式发酵罐有多种形式,，较常见的 有内循环管式，外循环管式、拉力筒式和垂直隔板 式。外循环式的循环管设计在罐体外部，内循环管 是两根，设计罐体内部。
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(2)较高的溶氧速率和溶氧效率：气升式反应器 有较高的气含率和气液接触介面，因而有高传 质速率和溶氧效率，体积溶氧效率通常比机械 搅拌罐高。
(3)剪切力小，对生物细胞损伤小：由于气升式 反应器没有机械搅拌叶轮，故对细胞的剪切损 伤可减至最低，尤其适合植物细胞及组织的培 养。
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具有外循环冷却的气升环流式发酵罐