發(fā)酵設(shè)備與反應(yīng)器

第 八 章 發(fā) 酵 設(shè) 備 與 反 應(yīng) 器 生 物 反 應(yīng) 過 程 示 意 圖 一 生 物 反 應(yīng) 器 概 述二 微 生 物 細(xì) 胞 反 應(yīng) 器 發(fā) 酵 罐三 發(fā) 酵 罐 的 放 大 v生 物 反 應(yīng) 器 ： 是 利 用 酶 或 生 物 體 （ 如 微 生物 ） 所 具 有 的 生 物 功 能 ， 在 體 外 進(jìn) 行 生 化反 應(yīng) 的 裝 置 系 統(tǒng) 。一 生 物 反 應(yīng) 器 概 述v生 物 反 應(yīng) 器 的 作 用 ： 為 生 物 反 應(yīng) 提 供 一 個(gè)體 外 優(yōu) 化 的 物 理 、 化 學(xué) 環(huán) 境 ， 以 獲 到 更 多需 要 地 生 物 量 或 代 謝 產(chǎn) 物 。 酶 反 應(yīng) 器 光 合 生 物 反 應(yīng) 器 開 發(fā) 發(fā) 酵 罐 二 微 生 物 細(xì) 胞 反 應(yīng) 器 發(fā) 酵 罐 v發(fā) 酵 罐 ： 微 生 物 細(xì) 胞 反 應(yīng) 器 ， 是 為 微 生 物生 長 和 產(chǎn) 物 形 成 提 供 良 好 環(huán) 境 的 容 器 。 v按 微 生 物 對(duì) 氧 的 需 求好 氧 發(fā) 酵 罐厭 氧 發(fā) 酵 罐 （ 一 ） 好 氧 發(fā) 酵 罐 機(jī) 械 攪 拌 式 發(fā) 酵 罐 機(jī) 械 攪 拌 式 發(fā) 酵 罐 （ 通 用 型 發(fā) 酵 罐 ）大 型 發(fā) 酵 罐 利 用 機(jī) 械 攪 拌 器 的 作 用 ， 使 空 氣 和 發(fā) 酵液 充 分 混 合 ， 促 使 氧 在 發(fā) 酵 液 中 溶 解 ， 以保 證 供 給 微 生 物 生 長 繁 殖 、 發(fā) 酵 所 需 要 的氧 氣 。機(jī) 械 攪 拌 通 風(fēng) 發(fā) 酵 罐 占 主 導(dǎo) 地 位 ， 約 為 總發(fā) 酵 罐 的 。 v發(fā) 酵 罐 的 結(jié) 構(gòu)罐 體攪 拌 裝 置 和 擋 板傳 熱 裝 置通 氣 部 分進(jìn) 出 料 口測 量 控 制 系 統(tǒng)附 屬 系 統(tǒng) 1 罐 體型 式 ： 圓 柱 體 、 橢 圓 形 或碟 形 封 頭 焊 接 而 成容 積 ： 實(shí) 驗(yàn) 室 0 .5-50L， 中試 罐 200-500L， 生 產(chǎn) 上0.5m3-600m3.材 質(zhì) ： 實(shí) 驗(yàn) 室 為 玻 璃 鋼 和不 銹 鋼 ； 工 廠 為 不 銹 鋼 與碳 鋼受 壓 容 器 ： 通 常 滅 菌 的 壓力 0.25MPa 2 攪 拌 裝 置作 用 ： 打 碎 氣 泡 ， 使 氧 溶 解 于 發(fā) 酵 液 中 ； 增加 接 觸 界 面 ； 延 長 氣 液 接 觸 時(shí) 間 ； 有 利 于 傳質(zhì) 傳 熱 。攪 拌 器 有 軸 向 式 （ 槳 葉 式 、 螺 旋 槳 式 ） 和 徑向 式 （ 渦 輪 式 ） 兩 種 。軸 向 式 徑 向 式 軸 向 式 攪 拌 器螺 旋 槳 式 槳 葉 式 徑 向 式 （ 渦 輪 式 ） 攪 拌 器平 葉 彎 葉 箭 葉 v相 同 半 徑 、 轉(zhuǎn) 速 時(shí) ， 功 率 消 耗 ：平 葉 彎 葉 箭 葉v相 同 攪 拌 功 率 下 ， 三 者 的 粉 碎 氣 泡 的 能 力 ： 平 葉 彎 葉 箭 葉v相 同 攪 拌 功 率 下 ， 翻 動(dòng) 流 體 的 能 力 ： 箭 葉 式 彎 葉 平 葉 3 擋 板作 用 ： 防 止 液 面 中 心 產(chǎn) 生 漩 渦 ， 改 變 液 流 的方 向 ， 促 使 液 體 激 烈 翻 動(dòng) ， 增 加 溶 解 氧5.0)12.01.0()( ZD DZDW式 中 : D 罐 的 直 徑 Z 擋 板 數(shù) W 擋 板 寬 度 通 常 擋 板 寬 度 取 （ 0.1-0.12） D， 裝 設(shè) 4-6塊 即可 滿 足 全 擋 板 條 件 （ 所 謂 “ 全 擋 板 條 件 ” 是指 在 一 定 轉(zhuǎn) 速 下 再 增 加 擋 板 或 其 它 附 件 而 攪拌 功 率 仍 保 持 不 變 ， 漩 渦 基 本 消 失豎 立 的 列 管 ， 排 管 等 也 可 以 起 擋 板 作 用 ， 故一 般 具 有 冷 卻 列 管 或 排 管 的 發(fā) 酵 罐 內(nèi) 不 另 設(shè)擋 板擋 板 的 長 度 自 液 面 起 到 罐 底 為 止擋 板 與 罐 壁 之 間 的 距 離 為 （ 1/5-1/9） W， 避免 形 成 死 角 ， 防 止 物 料 與 菌 體 堆 積 。 4 軸 封作 用 ： 使 罐 頂 或 罐 底 與 軸 之 間 的 縫 隙 加 以 密封 ， 防 止 泄 露 和 污 染 雜 菌 。安 裝 ： 旋 轉(zhuǎn) 軸 與 設(shè) 備 之 間 5 傳 熱 裝 置作 用 ： 實(shí) 消 時(shí) 預(yù) 熱 和 冷 卻 ， 發(fā) 酵 過 程 中 的 冷卻 和 加 熱型 式 ： 夾 套 、 豎 式 蛇 管 、 列 管5M3以 下 發(fā) 酵 罐 一 般 采 用 夾 套 冷 卻大 型 發(fā) 酵 罐 一 般 采 用 蛇 管 或 列 管 ， 易 腐 蝕 或磨 損 穿 孔 夾 套 蛇 管 6 通 氣 部 分作 用 ： 吹 入 無 菌 空 氣 ， 使 空 氣 均 勻 分 布形 式 ： 單 管 及 環(huán) 形 管 等常 用 的 為 單 管 式 ， 管 口 對(duì) 正 罐 底 中 央 ， 裝 于最 低 一 擋 攪 拌 器 下 面 ， 管 口 與 罐 底 的 距 離 約40mm， 氣 速 20m/s空 氣 分 布 器 7 消 泡 裝 置作 用 ： 打 碎 泡 沫 ， 防 止 逃 逸長 度 ： 約 為 罐 徑 的 0 65倍 。安 裝 在 發(fā) 酵 罐 內(nèi) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 軸 的 上 部 或 安 裝 在 發(fā) 酵罐 排 氣 系 統(tǒng) 上 ， 可 將 泡 沫 打 破 或 將 泡 沫 破 碎分 離 成 液 態(tài) 和 氣 態(tài) 兩 相 的 裝 置最 簡 單 實(shí) 用 的 是 耙 式 消 泡 器 8 進(jìn) 出 料 口進(jìn) 料 口 ， 補(bǔ) 料 口 ， 罐 頂出 料 口 ， 罐 底9 測 量 控 制 系 統(tǒng)傳 感 器10 附 屬 系 統(tǒng)視 鏡 、 取 樣 管 等 pH電 極 溶 氧 電 極 2 氣 升 式 發(fā) 酵 罐 （ ALR） v工 作 原 理 ： 把 無 菌 空 氣 通 過 噴嘴 或 噴 孔 噴 射 進(jìn) 發(fā) 酵 液 中 ， 通過 氣 液 混 合 物 的 湍 流 作 用 而 使空 氣 泡 分 割 細(xì) 碎 ， 同 時(shí) ， 形 成的 氣 液 混 合 物 含 由 于 氣 量 多 的發(fā) 酵 液 密 度 降 低 上 升 ， 含 氣 量少 的 發(fā) 酵 液 下 沉 ， 形 成 循 環(huán) 流動(dòng) ， 實(shí) 現(xiàn) 混 合 與 溶 氧 傳 質(zhì) 。 v氣 升 式 反 應(yīng) 器 與 機(jī) 械 攪 拌 通 風(fēng) 反 應(yīng) 器 的 不 同在 于 無 機(jī) 械 攪 拌v特 點(diǎn)反 應(yīng) 溶 液 分 布 均 勻較 高 的 溶 氧 速 率 和 溶 氧 效 率剪 切 力 小 ， 對(duì) 生 物 細(xì) 胞 損 傷 小傳 熱 良 好結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 易 于 加 工 制 造 。 v氣 升 式 反 應(yīng) 器 有 多 種 形 式 ， 比 較 典 型 的 兩 種形 式 氣 升 內(nèi) 環(huán) 流 發(fā) 酵 罐 氣 升 外 環(huán) 流 發(fā) 酵 罐 v典 型 的 氣 升 環(huán) 流 發(fā) 酵 罐 ICI壓 力 循 環(huán) 氣 升 發(fā) 酵 罐 v自 吸 式 發(fā) 酵 罐 吸 氣 原 理攪 拌 器 空 心 葉 輪 轉(zhuǎn) 動(dòng) 時(shí) 由 于 離 心 力 把 液 體 甩出 ， 形 成 真 空 ， 產(chǎn) 生 負(fù) 壓 ， 通 過 導(dǎo) 氣 管 吸 入空 氣發(fā) 酵 罐 外 的 空 氣 通 過 過 濾 器 不 斷 地 被 吸 入 ，隨 即 甩 向 葉 輪 外 緣 ， 再 通 過 導(dǎo) 輪 （ 定 子 ） 使氣 液 均 勻 分 布 甩 出 ， 使 氣 液 充 分 混 合 。3 自 吸 式 發(fā) 酵 罐 優(yōu) 點(diǎn) ：不 必 配 備 空 氣 壓 縮 機(jī) 及 其 附 屬 設(shè) 備 ， 節(jié) 約 投資 ；設(shè) 備 簡 單 ， 溶 氧 速 率 高 ， 能 耗 較 低 ；用 于 酵 母 生 產(chǎn) 和 醋 酸 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 效 率 高 ；設(shè) 備 便 于 自 動(dòng) 化 、 連 續(xù) 化 ；缺 點(diǎn) ：處 于 負(fù) 壓 ， 因 而 增 加 了 染 菌 機(jī) 會(huì)轉(zhuǎn) 速 高 ， 切 斷 菌 絲 ， 影 響 代 謝 二 厭 氧 發(fā) 酵 罐v密 閉 厭 氧 發(fā) 酵 罐要 求 ： 能 封 閉 ， 能 承 受 一 定 壓 力 ， 有 冷 卻 設(shè)備 ， 罐 內(nèi) 盡 量 減 少 裝 置 ， 消 滅 死 角 ， 便 于 清洗 滅 菌酒 精 等 都 屬 于 嫌 氣 發(fā) 酵 產(chǎn) 物 ， 其 發(fā) 酵 罐 因 不需 要 通 入 無 菌 空 氣 ， 因 此 在 設(shè) 備 放 大 、 制 造和 操 作 時(shí) ， 都 比 好 氣 發(fā) 酵 設(shè) 備 簡 單 得 多 1 啤 酒 發(fā) 酵 設(shè) 備v近 年 來 ， 啤 酒 發(fā) 酵 設(shè) 備 向 大 型 、 室 外 、聯(lián) 合 的 方 向 發(fā) 展 ， 迄 今 為 止 ， 使 用 的 大 型發(fā) 酵 罐 容 量 已 達(dá) 1500噸 。 v露 天 式 錐 底 發(fā) 酵 罐圓 筒 體 錐 底 立 式 發(fā) 酵罐 (簡 稱 錐 形 罐 )， 已廣 泛 用 于 發(fā) 酵 啤 酒 生產(chǎn) 。 v設(shè) 備 外 形 特 點(diǎn)一 般 置 于 室 外罐 體 圓 柱 形 ， 罐 頂 橢 圓 封 頭 ， 錐 形 體 底 。 錐底 角 取 排 出 角 為 7375， 對(duì) 于 貯 酒 罐 ， 常 取錐 角 為 120150 筒 體 直 徑 (D)和 筒 體 高 度 (H)是 主 要 特 性 參 數(shù)。 單 釀 罐 一 般 是 D： H 1： 12。 對(duì) 兩 罐 法的 發(fā) 酵 罐 D： H 1： 34， 對(duì) 兩 罐 法 的 貯 酒罐 D： H 1： 12， 也 有 采 用 直 徑 為 34m的臥 式 圓 簡 體 罐 作 貯 酒 罐 。 增 加 H有 利 于 加 速發(fā) 酵 ， 降 低 H有 利 于 啤 酒 的 自 然 澄 清 。 v罐 材 料大 型 C.C.T均 采 用 碳 鋼 加 涂 料 或 不 銹 鋼 兩種 材 料 制 成 。 啤 酒 是 酸 性 液 體 ， 能 造 成 鐵的 電 化 學(xué) 腐 蝕 ， 啤 酒 發(fā) 酵 時(shí) 產(chǎn) 生 的 H2S、SO2對(duì) 鐵 材 料 會(huì) 造 成 氧 化 還 原 腐 蝕 。 v冷 卻先 進(jìn) 的 C.C.T均 采 用 換 熱 片 式 一 次 性 冷 媒 直接 蒸 發(fā) 式 換 熱 ， 一 次 性 冷 媒 (如 氨 蒸 發(fā) 溫 度為 -3-4 )蒸 發(fā) 后 的 壓 力 在 1.0MPa1.2 MPa， 也 就 是 說 換 熱 片 需 耐 高 壓發(fā) 酵 罐 或 單 釀 罐 內(nèi) 的 冷 卻 裝 置 一 般 分 成 三段 ， 上 段 距 發(fā) 酵 液 面 15cm向 下 排 列 ， 中 段在 筒 體 的 下 部 距 支 撐 裙 座 15cm向 上 排 列 ，錐 底 段 盡 可 能 接 近 排 酵 母 口 ， 向 上 排 列 。 v隔 熱 層 和 防 護(hù) 層絕 熱 層 材 料 應(yīng) 具 有 ： 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 低 、 體 積 質(zhì)量 低 、 吸 水 小 、 不 易 燃 等 特 性啤 酒 C.C.T絕 熱 層 常 用 如 下 材 料 ： 聚 酰 氨 樹脂 和 自 熄 式 聚 苯 乙 烯 泡 沫 塑 料 。外 防 護(hù) 層 一 般 采 用 0.71.5mm厚 的 合 金 鋁 板或 0.50.7mm的 不 銹 鋼 板 ， 特 別 是 瓦 楞 型 板 更 受 歡 迎 。 vCIP清洗系統(tǒng)啤 酒 發(fā) 酵 罐 的 容 量 正 在 逐 步 增 大 ， 這 類 發(fā) 酵罐 大 部 分 安 裝 在 室 外 ， 原 來 的 清 洗 方 法 已 不適 用 ， 必 須 采 用 自 動(dòng) 化 的 噴 洗 裝 置采 用 較 多 的 是 CIP清 洗 系 統(tǒng)所 謂 CIP系 統(tǒng) ， 是 clean in place的 簡 稱 ， 意 即內(nèi) 部 清 洗 系 統(tǒng) 。 v優(yōu) 點(diǎn)發(fā) 酵 快 速易 于 沉 淀 收 集 酵 母減 少 啤 酒 及 苦 味 物 質(zhì) 的 損 失改 善 泡 沫 穩(wěn) 定 性 v缺 點(diǎn)由 于 罐 體 比 較 高 ， 酵 母 沉 降 層 厚 度 大 ， 酵 母泥 使 用 代 數(shù) 一 般 比 傳 統(tǒng) 低 (只 能 使 用 56代 ) 貯 酒 時(shí) ， 澄 清 比 較 困 難 (特 別 在 使 用 非 凝 聚性 酵 母 )， 過 濾 必 須 強(qiáng) 化若 采 用 單 釀 發(fā) 酵 ， 罐 壁 溫 度 和 罐 中 心 溫 度 一致 ， 一 般 要 57d以 上 ， 短 期 貯 酒 不 能 保 證溫 度 一 致 2 酒 精 發(fā) 酵 罐v酒 精 發(fā) 酵 罐 的 結(jié) 構(gòu) 要 求滿 足 酵 母 生 長 和 代 謝 的必 要 工 藝 條 件有 利 于 發(fā) 酵 液 的 排 出及 時(shí) 移 走 在 生 化 反 應(yīng) 過程 中 將 釋 放 的 生 物 熱便 于 設(shè) 備 清 洗 、 維 修有 利 于 回 收 二 氧 化 碳 v酒 精 發(fā) 酵 罐 結(jié) 構(gòu)圓 柱 形 ， 底 蓋 和 頂 蓋 均 為 碟 形 或 錐 形宜 采 用 密 閉 式 ， 便 于 回 收 二 氧 化 碳罐 頂 裝 有 人 孔 、 視 鏡 及 二 氧 化 碳 回 收 管 、 進(jìn)料 管 、 接 種 管 、 壓 力 表 和 測 量 儀 表 接 口 等罐 底 裝 有 排 料 口 和 排 污 口 ， 大 型 發(fā) 酵 罐 ， 為了 便 于 維 修 和 清 洗 ， 往 往 在 近 罐 底 也 裝 有 入孔罐 身 上 下 部 裝 有 取 樣 口 和 溫 度 計(jì) 接 口 v發(fā) 酵 的 冷 卻 裝 置中 小 型 發(fā) 酵 罐 ， 多 采 用 罐 頂 噴 水 淋 于 罐 外 壁表 面 進(jìn) 行 膜 狀 冷 卻大 型 發(fā) 酵 罐 ， 罐 內(nèi) 裝 有 冷 卻 蛇 管 或 罐 內(nèi) 蛇 管和 罐 外 壁 噴 灑 聯(lián) 合 冷 卻 裝 置為 避 免 發(fā) 酵 車 間 的 潮 濕 和 積 水 ， 要 求 在 罐 體底 部 沿 罐 體 四 周 裝 有 集 水 槽 。 v酒 精 發(fā) 酵 罐 的 洗 滌過 去 均 由 人 工 操 作 ， 不 僅 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 大 ， 而 且二 氧 化 碳 氣 體 一 旦 末 徹 底 排 除 ， 工 人 入 罐 清洗 會(huì) 發(fā) 生 中 毒 事 故 。近 年 來 ， 酒 精 發(fā) 酵 罐 巳 逐 步 采 用 水 力 噴 射 洗滌 裝 置 ， 從 而 改 善 了 工 人 的 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 和 提 高了 操 作 效 率 。 大 型 發(fā) 酵 罐 采 用 這 種 水 力 洗 滌裝 置 尤 為 重 要 。 大 型 酒 精 發(fā) 酵 罐 采 用 水 力 噴射 洗 滌 裝 置水 力 噴 射 裝 置 ： 由 一 根兩 頭 裝 有 噴 嘴 的 灑 水 管組 成 ， 兩 頭 噴 水 管 彎 有一 定 的 弧 度 ， 噴 水 管 上均 勻 地 鉆 有 一 定 數(shù) 量 的小 孔高 壓 強(qiáng) 的 水 力 噴 射 洗 滌裝 置 ： 是 一 根 直 立 的 噴水 管 ， 沿 軸 向 安 裝 于 罐的 中 央 ， 在 垂 直 噴 水 管上 按 一 定 的 間 距 均 勻 地鉆 有 4-6mm的 小 孔， v高 效 生 物 反 應(yīng) 器 的 特 點(diǎn) ：設(shè) 備 簡 單 ， 結(jié) 構(gòu) 嚴(yán) 密良 好 的 液 體 混 合 性 能 ， 較 高 的 傳 質(zhì) 、 傳 熱 速率易 于 放 大具 有 配 套 而 又 可 靠 的 檢 測 及 控 制 儀 表 等 v判 斷 生 物 反 應(yīng) 器 好 壞 的 標(biāo) 準(zhǔn) 是 否 符 合 工 藝 要 求 ， 獲 得 最 大 的 生 產(chǎn) 效 率 。 生 物 反 應(yīng) 器 設(shè) 計(jì) 的 目 標(biāo) 和 原 則v生 物 反 應(yīng) 器 設(shè) 計(jì) 的 目 標(biāo) 獲 取 高 質(zhì) 量 、 低 成 本 的 產(chǎn) 品 v生 物 反 應(yīng) 器 設(shè) 計(jì) 的 原 則適 宜 的 徑 高 比承 受 一 定 的 壓 力滿 足 溶 氧 需 求滿 足 溫 度 要 求盡 量 減 少 死 角盡 量 減 少 法 蘭 連 接保 證 滅 菌 三 固 體 培 養(yǎng) 設(shè) 備 （ 自 學(xué) ）v應(yīng) 用 于 醬 油 與 釀 酒 生 產(chǎn) ， 飼 料 蛋 白v自 然 通 風(fēng) 發(fā) 酵 設(shè) 備v機(jī) 械 通 風(fēng) 發(fā) 酵 設(shè) 備 四 動(dòng) 、 植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 反 應(yīng) 器 動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 是 指 動(dòng) 物 或 植 物 細(xì) 胞 在 體外 條 件 下 進(jìn) 行 繁 殖 ， 此 時(shí) 細(xì) 胞 雖 然 生 長 與 增多 ， 但 不 再 形 成 組 織 。 v動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 與 微 生 物 細(xì) 胞 的 區(qū) 別動(dòng) 物 細(xì) 胞 無 細(xì) 胞 壁 ， 動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 對(duì) 環(huán) 境 影 響十 分 敏 感動(dòng) 植 物 細(xì) 胞 對(duì) 培 養(yǎng) 基 的 營 養(yǎng) 要 求 相 當(dāng) 苛 刻 ，并 且 生 長 緩 慢需 要 嚴(yán) 格 防 止 雜 菌 污 染 動(dòng) 物 細(xì) 胞 與 微 生 物 細(xì) 胞 的 性 質(zhì) 比 較 1 動(dòng) 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 反 應(yīng) 器 v動(dòng) 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 方 法動(dòng) 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 方 法 貼 壁 培 養(yǎng)懸 浮 培 養(yǎng)固 定 化 培 養(yǎng) 反 應(yīng) 器 的 優(yōu) 缺 點(diǎn)優(yōu) 點(diǎn) ： 避 免 向 培 養(yǎng)基 直 接 通 氣 時(shí) 氣 泡損 傷 細(xì) 胞 ， 沒 有 移動(dòng) 部 件 ， 密 封 好 ，氧 轉(zhuǎn) 換 率 較 高 ， 便于 放 大 。 缺 點(diǎn) ： 氧 傳 遞 系 數(shù)小 ， 氣 路 系 統(tǒng) 不 能就 地 滅 菌 。 反 應(yīng) 器 適 用 范 圍 懸 浮 培 養(yǎng) ： 非 貼 壁 依 賴 性 細(xì) 胞和 貼 壁 于 微 載 體 的 貼 壁 細(xì) 胞 2 植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 反 應(yīng) 器 植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 技 術(shù) 包 括 植 物 器 官 （ 根 、 枝葉 、 發(fā) 根 、 胚 和 冠 癭 組 織 等 ） 、 組 織 、 細(xì) 胞以 及 原 生 質(zhì) 體 培 養(yǎng) ， 并 以 此 發(fā) 展 起 來 的 各 種植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 技 術(shù) 。 v植 物 細(xì) 胞 培 養(yǎng) 反 應(yīng) 器固定化細(xì)胞培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)光生物反應(yīng)器組合式反應(yīng)器非機(jī)械攪拌反應(yīng)器機(jī)械攪拌反應(yīng)器懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器 膜反應(yīng)器流化床反應(yīng)器填充床反應(yīng)器固定化細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 Stirred Tank Bioreactors 優(yōu) 點(diǎn) ：混 合 性 能 好傳 氧 效 率 高操 作 彈 性 大可 用 于 細(xì) 胞 高 密 度 培 養(yǎng) ；缺 點(diǎn) ： 剪 切 力 大 。 機(jī) 械 攪 拌 懸 浮 培 養(yǎng) 生 物 反 應(yīng) 器 氣 體 攪 拌 懸 浮 培 養(yǎng) 生 物 反 應(yīng) 器 所 產(chǎn) 生 的 剪 切 力較 小 ， 結(jié) 構(gòu) 簡 單 。 其 主 要 類 型 有 鼓 泡 式 反 應(yīng) 器、 氣 升 式 反 應(yīng) 器 等 氣 體 攪 拌 式 反 應(yīng) 器 。 氣 體 攪 拌 懸 浮 培 養(yǎng) 生 物 反 應(yīng) 器Air inletG as outletCulture mediumSieve plate Bubble Column Bioreactor 第 三 節(jié) 發(fā) 酵 罐 的 放 大 （ 自 學(xué) ） 就 是 使 大 型 發(fā) 酵 罐 的 性 能 與 小 型 發(fā) 酵 罐 接近 ， 使 大 型 發(fā) 酵 罐 與 小 型 發(fā) 酵 罐 的 生 產(chǎn) 效 率 相似 。 v放 大 方 法經(jīng) 驗(yàn) 放 大 法因 次 分 析 法數(shù) 學(xué) 模 擬 法 等 v經(jīng) 驗(yàn) 放 大 法幾 何 尺 寸 放 大 幾 何 相 似 原 則 ： H1/D1 = H2/D2 = A 放 大 倍 數(shù) ： m = V2/V1 H2 / H1 = D2 / D1= m1/3 H :反 應(yīng) 器 的 高 度 ， m； D： 反 應(yīng) 器 的 內(nèi) 徑 ， m； V： 反 應(yīng) 器 的 體 積 ， m3； 下 標(biāo) “ 1” “ 2” ：模 擬 反 應(yīng) 器 及 放 大 反 應(yīng) 器 采 用 單 位 體 積 培 養(yǎng) 液 中 攪 拌 功 率 相 同 放 大 即 ： P/VL=常 數(shù) 不 通 氣 發(fā) 酵 ： Po2 = Po1 * (d2/d1)3 Po： 不 通 氣 攪 拌 功 率 ， W； d： 攪 拌 葉 輪 直 徑 ，m； V： 發(fā) 酵 液 的 體 積 ， m3 采 用 單 位 培 養(yǎng) 液 的 通 氣 攪 拌 功 率 相 等 的 原 則 即 ： （ Pg/VL） 2=（ Pg/VL） 1 Pg2 = Pg1 * (d2/d1)2.765 * (s2/s1)0.24 Pg： 通 氣 攪 拌 功 率 ， W； ： 空 截 面 氣 速 空 氣 量 的 放 大 空 氣 流 量 表 示 方 法 ：（ 1） 單 位 體 積 培 養(yǎng) 液 在 單 位 時(shí) 間 內(nèi) 通 入 的 空 氣量 ， 即 Qg/VL=VVM m3/(m3.min)（ 2） 操 作 狀 態(tài) 下 的空截面速度（ s， m/h)） 兩 者 的 換 算 關(guān) 系 ：VVM= spD2/27465.6 (VL)(273+t) (m3.m-3.min-1 ) p=(pt+9.81 104)+9.81HL/2p： 液 面 上 承 受 的 空 氣 壓 強(qiáng) 壓 力 表 壓 力 ， Pa；D： 發(fā) 酵 罐 直 徑 ， m； VL： 發(fā) 酵 液 體 積 ， m3；HL： 發(fā) 酵 罐 液 柱 高 度 ， m；：發(fā) 酵 培 養(yǎng) 液 密 度 ， kg/m3; 1 以 單 位 培 養(yǎng) 液 體 積 中 空 氣 流 量 相 同 的 原 則 放大 可 得 到 ： s2/ s1 =D2/D1=p1/p2 2 以 空 截 面 氣 速 相 同 的 原 則 放 大 可 得 到 ： (VVM)2/ (VVM)1=( P2/P1) (D1/D2) 3 以 kLa值 相 同 的 原 則 放 大 可 得 到 ：n2=n1(s2/s1)0.23(D2/D1)0.53Po2=Po1(s2/s1)0.681(D2/D1)3.40Pg2=Pg1(s2/s1)0.967(D2/D1)3.667