氣升式發(fā)酵罐

1、氣升式發(fā)酵罐摘要:該文簡要介紹了氣升發(fā)酵罐的、工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備特點、優(yōu)缺點及適用場合及在我國的現(xiàn)狀。并展望了氣升式發(fā)酵罐的廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：氣升式發(fā)酵罐；結(jié)構(gòu)；高效發(fā)酵；現(xiàn)狀A(yù)bstractAbstract:Thispaperbrieflyintroducestheairliftfermentwkingprinciplestructuraldesignequipmentacteristicsadvantagesdis

2、advantages，suitableoccasionthepresentsituationinourcountry。theprospectofairliftfermentationtankthebroadapplicationprospects。KeyKeywldswlds：Airliftferment；construction；highacidicfermentation；presentsituation；生化反應(yīng)過程大都是需氧過程

3、，通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備是需氧生化反應(yīng)設(shè)備的核心和基礎(chǔ)。雖然目前應(yīng)用最廣泛的通風(fēng)發(fā)酵罐是機械攪拌式的，但這種類型的發(fā)酵罐功率消耗大，加工困難，投資高，維修麻煩，軸封易泄漏，易染菌，攪拌剪切力大，大型化后混合不均勻，傳質(zhì)效率下降，因而難于超大型化。因此，非機械攪拌發(fā)酵罐的研究和應(yīng)用得到迅速發(fā)展，特別是氣升式發(fā)酵罐。氣升式發(fā)酵罐是20世紀70年代開始發(fā)展應(yīng)用的一種新型生物反應(yīng)器。因為無機械攪拌機構(gòu)，所以最大限度地減少了染菌率；同時因為沒有了機械剪切力

4、，對長菌絲的各種真菌尤為適宜；由于氣體提升，充分的氣液混合使氧氣的傳遞利用極大提高，特別適合高黏度培養(yǎng)基和對于溶氧要求高的產(chǎn)品。一.氣升式發(fā)酵罐的原理氣升式發(fā)酵罐的原理它不用機械攪拌就能基本達到良好的氧溶解的目的。外循環(huán)式培養(yǎng)罐是在罐外裝有氣液上升管上升管的兩端分別與罐底部和罐上部相連通并構(gòu)成一個氣液循環(huán)系統(tǒng)。在上升管的下部裝設(shè)空氣噴嘴，空氣以250300ms的高速度噴入上升管，使空氣分割細碎，與上升管的發(fā)酵液密切接觸。由于上升管內(nèi)的發(fā)

5、酵液比重較小，加上壓縮空氣的動能，使液體上升，罐內(nèi)液體下降進入上升管，形成反復(fù)的循環(huán)。如此液體不斷循環(huán)流動并在上升管中與噴嘴噴出的細微空氣粒均勻接觸不斷得到溶解氧的補充從而保證了菌體的正常生長。乳化了的醪液由上升管進入發(fā)酵罐從培養(yǎng)液中分離出來的空氣由罐頂排出。在罐頂還裝有視鏡和人孔罐中部有溫度計插口。培養(yǎng)過程中微生物代謝放出的熱量在上升管中經(jīng)噴淋冷卻除去為此在上升管上部要裝冷卻器。上升管和下降管的布置可以裝在罐外，稱為外循環(huán)；也可以裝在

6、罐內(nèi)，稱為內(nèi)循環(huán)。1傳統(tǒng)氣升式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計氣升式反應(yīng)器設(shè)計中的首要問題是結(jié)構(gòu)。目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的是同心圓導(dǎo)流桶結(jié)構(gòu)根據(jù)氣體通入方式及是否加入擋板又可將其分為3種如圖1所示。氣體通入導(dǎo)流桶底部為最常見的設(shè)計其結(jié)構(gòu)見圖1(a)。氣體也可以通入導(dǎo)流桶和反應(yīng)器內(nèi)壁的環(huán)隙內(nèi)其結(jié)構(gòu)見圖1(b)形成相反的循環(huán)。這種通氣方式能夠改善罐壁和管內(nèi)的熱傳導(dǎo)并減少泡沫的生成。CooperPG等[1]在1個55m的發(fā)酵罐中證實了這種通氣方式確實能夠

7、改善反應(yīng)器的熱傳性能。在大型氣升式反應(yīng)器中還可以在導(dǎo)流桶內(nèi)加入多孔平行擋板其結(jié)構(gòu)見圖1(c)這種擋板的作用有2個:①使上升液流中的氣泡變得更均勻②消除由于氣泡聚集形成的氣穴。氣升式反應(yīng)設(shè)計的另一個問題是其尺寸。一般來講這種反應(yīng)器為細長型高徑比(HD)可達。細長的反應(yīng)器使氣體在液體內(nèi)停留時間變長有利于氧氣的充分利用。另外102?3在較高的反應(yīng)器中氣體的抽提作用強、氣液循環(huán)快、攪拌效果好。導(dǎo)流桶和反應(yīng)器直徑之比是這種反應(yīng)器的另一個重要尺寸。

8、Blenke的研究顯示這個比值在059時氣液循環(huán)速度最快、阻力最小。Wang等用500L的反應(yīng)器進行試驗結(jié)果表明這個比例在059~075時氧的傳遞效果變化不大在065時最佳。WeilP用41L的發(fā)酵罐得到試驗結(jié)果:這個比值在08時混合效果最好。Kriegel等在導(dǎo)流桶與反應(yīng)器內(nèi)壁間隙通入空氣形成反向循環(huán)其結(jié)構(gòu)見圖1(b)結(jié)果顯示這種情況下反應(yīng)器和導(dǎo)流桶直徑比值在08時氧的傳遞效果最好。除同心圓導(dǎo)流桶結(jié)構(gòu)外氣升式反應(yīng)器還有一類稱為管式環(huán)流

9、結(jié)構(gòu)(TubularLoop)。圖2是這種結(jié)構(gòu)的示意圖它由1粗1細2根圓柱管組成2根圓柱管頂部和底部相連氣體從粗管底端引入并驅(qū)動液體上升形成循環(huán)。管式環(huán)流氣升式反應(yīng)器有以下特點:①在頂部可將液體中的氣體全部釋放出來有效地防止了發(fā)酵液中CO2氣體的積累不僅有利于生物的生長且有利于氣泡中的氧氣分壓提高氧氣的傳遞速率②在反應(yīng)器的頂部液體流型均勻劃一沒有死角③由于在下降液流中沒有氣泡可在細圓柱管內(nèi)安裝換熱器便于移出熱量④細圓柱管內(nèi)可安裝流量計由