机械搅拌通风发酵罐的主要结构

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细胞生物反应器搅拌方式有内部机械搅拌型,外部液体搅拌型,气升式发酵罐 等三种.。工业规模的微生物细胞反应器多为搅拌型发酵。

机械搅拌通风发酵 罐的结构

机械搅拌发酵是目前使用最多的一种发酵罐，使用性好、适应性好、放大容易，从小型直至大型的微生物 培养过程都可以应用。缺点：罐内的机械搅拌剪切力容易损伤娇嫩的细胞，造成某些细胞培养过程减产。

1 通用型发酵的几何尺寸比例

H/D=2.5-4

公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和。

2罐体

要求罐体设计的使用压力达到0.3MPa以上。小型发酵罐罐顶和罐身用法兰连接，上设手孔用于清洗和配料。

3 搅拌器和挡板

搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，其作用为混合和传质，它使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡破碎以增大气-液界面，获得所需的溶氧速率，并使细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气-液-固(细胞)三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。

搅拌叶轮大多采用涡轮式，涡轮式搅拌器的叶片有平叶片、弯叶片、箭叶式三种。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。涡轮式搅拌器轴向混合较差，搅拌强度随搅拌轴距离增大而减弱。此外还有其他新型搅拌器：Scaba搅拌器其叶片的特殊形状消除了叶片后面的气穴，从而使通气功率下降较小，因此可将电机的设计功率几乎全部用于气-液分散及传质。Prochem轴向流搅拌器，其通气功率下降较小。Lightnin公司的A315轴向流桨，比较适合高粘度非牛顿物系。Intermig搅拌器有较低功率准数，通气功率值较小，在黄原胶发酵中有较好的混合性能，但存在不稳定性问题。

挡板：防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍流和溶氧传质。挡板的高度自罐底起至设计的液面高度止。

全挡板条件　在搅拌发酵罐中增加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加，而旋涡基本消失。

4消泡器

(1)　罐内机械消泡　耙式消泡桨

(2)旋转圆板式消泡装置　设在发酵罐内的气相中，与发酵液的液面保持平行。圆板旋转的同时将槽内发酵液注入圆板的中央，通过离心力将破碎成微小泡沫散向槽壁，达到消泡的目的。

(3)液体吹入式机械消泡　把空气及空气与发酵液吹入发酵罐中形成的泡沫层来进行消泡

(4)气体吹入管内吸引消泡　将发酵内形成气泡群吸引到气体吸入管，利用气体流速进行消泡。该装置中在靠近吸入口附近的气体吸入管内形成增速用的喷头，而吸入管用来连接液面上部与增速喷头的负压部位。

(5)冲击反射板机械消泡　把气体吹入液面上部，通过在液面上部设置的冲击反射，吹回到液面，而将液面上产生的泡沫击碎的方法。

(6)超声波消泡　将空气在1.5-3.0MPa下，以1-2m/s的速度由喷嘴喷入共振室而起消泡的作用。该法目前仅适用于小型发酵过程的消泡，而不适合于大规模工业发酵的消泡。

(7)碟片式消泡器的机械消泡　使用时将消泡器安装于发酵的罐顶，使碟片位于罐顶的空间内，用固定法与排气口相连接，当高速旋转时进入碟片间的空气中的气泡被打碎同时甩出液滴，返回发酵罐中，而被分离后的气体由空心轴径排气口排出。

(8)罐外机械消泡

旋转叶片罐外机械消泡　将泡沫引出罐外，利用装置中的旋转叶片所产生的冲击力和剪切力进行消泡。

(9)喷雾消泡　利用冲击力、压缩力及剪断力来进行消泡的方法，它将水及发酵液等通过适当的喷雾器喷出来达到消泡的目的。

(10)离心力消泡　将泡沫注入用网眼及筛目较大的筛子做成的筐中，通过旋转产生的离心力将泡沫分散，从而达到消泡的目的。

(11)旋风分离器消泡　发酵罐内产生的泡沫通过旋风分离器上部进入脱泡器下方引入的气体逆向接触使其破碎。特点：泡沫通过旋风分离器等破碎后，再将带微小泡沫的液体导入装有充填物的脱泡器中，以增大液体表面积，然后从脱泡器下方吹入气体，使其与流下的液体逆向接触进行彻底的脱泡。

(12)转向板消泡　泡沫以30-90m/s的速度由喷头喷向转向板使泡沫破碎，分离液用泵送回发酵内，而气体则排出消泡器外。

4联轴器及轴承

搅拌轴较长时，常分为二至三段，用联轴器连接。

5变速装置

试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置。

6空气分布装置

有单管、环形管及采用气、液流射混合搅拌装置。单管式喷孔的总截面积等于空气分布管截面积。

气、液流射混合搅拌装置由环形布气管和多个切向布置的气、液射流器组成。该装置使气、液两相混合物产生与机械搅拌器旋转方向一致的径向全循环的喷射旋流运动，其气泡直径随着通气量的增大或喷嘴推动力的增加而减小，乳化程度加剧，气、液两相接触面积增加，容量传质系数提高。

7轴封

作用：防止泄漏和染菌。端面轴封的作用是靠弹性元件(弹簧、波纹管)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。

端面轴封的优点：清洁，密封可靠，使用时间长;无死角;摩擦功率耗损小;轴或套不受磨损;对轴的震动敏感性小。

测量系统：传感器系统，用以测量pH、溶氧等，传感器要求能承受灭菌温度及保持长时间稳定。

附属系统：包括视镜、挡板等以观察发酵液的情况或强化发酵液体的混合。