文档介绍：气升式发酵罐
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一、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、能耗低等优点。
设备特点
气升式发酵罐的工作原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。
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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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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,
,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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气升式发酵罐的用途
该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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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,%~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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(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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