氣升式發酵罐

氣升式發酵罐

氣升式發酵罐(ALR)是應用最廣泛的生物反應設備。這類反應器具有結構簡單、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等優點。

有多種類型,常見的有氣升環流式、鼓泡式、空氣噴射式等,生物工業已經大量應用的氣升式發酵罐有氣升內環流發酵罐、氣液雙噴射氣升環流發酵罐、設有多層分佈板的塔式氣升發酵罐。而鼓泡罐則是最原始的通氣發酵罐,當然鼓泡式反應器內沒有設置導流筒,故未控制液體的主體定向流動。

工作原理


氣升式發酵罐原理
氣升式發酵罐原理
利用空氣噴嘴噴出高速的空氣,空氣以氣泡式分散於液體中,在通氣的一側,液體平均密度下降,在不通氣的一側,液體密度較大,因而產生與通氣側的液體產生密度差,從而形成發酵罐內液體的環流。氣升式發酵罐有多種形式,,較常見的有內循環管式,外循環管式、拉力筒式和垂直隔板式。
外循環式的循環管設計在罐體外部,內循環管是兩根,設計罐體內部。在氣升式發酵罐中,循環管的高度一般不高於,罐內液面不高於循環管出口,且不低於環流出口。氣升式發酵罐的優點是能耗低,液體中的剪切作用小,結構簡單。在同樣的能耗下,其氧傳遞能力比機械攪拌式通氣發酵罐要高得多。

主要優點


(1)結構簡單,基本原理也不複雜,與帶攪拌槳的漿式反應器相比能耗較低
(2)依靠氣體產生定向循環,而非離心泵類機械設備,流動形式確定,液體循環強烈,內部無運動部件,具有較小的剪切應力,能量耗散很均勻,對剪切力敏感物料具有特別重要的意義;
(3)與傳統的鼓泡塔相比,其可操作量的氣體和液體流速範圍大得多;
(4)供氣效率高,升氣管中通氣可大於鼓泡反應器進氣量,有利於好氧類反應;
(5)流化效果極佳,可以是固體顆粒,甚至較重的顆粒完全保持懸浮狀態。

主要缺點


(1)需要非常大的空氣吞吐量;
(2)相間混和接觸較差;
(3)當循環的有機體和操作條件發生變化時,底物、營養物和氧的量不能保持一致;
(4)混和與通氣是耦合問題,也即很難在不改變通氣的條件下改善混和狀況。

應用範圍


廣泛用於大規模生產單細胞蛋白質。但不適用於高黏度或含大量固體的培養液

主要特點


◆與機械攪拌式發酵罐相比節電70%-80%,降低成本
無菌操作可靠性高,該設備沒有動密封裝置,無泄露,且設備內無死區,滅菌徹底,染雜菌的機會大幅度減少。
◆傳熱和傳氧效率高,可滿足各種好氧性微生物在任何地區和季節里的發酵生產。
◆提高產率轉化率,設備機械剪切力對微生物的傷害小,加上溶氧充分、熱量移走及時,為微生物提供了一個良好的生長環境,有效地促進了新陳代謝,加速產品積累,使產品的產率和轉化率均有明顯提高。
◆容易實現大型化和自動化,設備體積可從0.02m3到200m3,沒有製造、安裝、操作和維修困難。設備的控制因素比攪拌罐少,容易實現自動化控制。
◆本設備具有工作噪音小,裝料係數高,基本不用維修等特點,設備投資比攪拌罐降低20%左右,另外,在不改變外形尺寸的情況下,可對原有機械攪拌罐進行改造。

主要用途


該設備可廣泛用於抗生素氨基酸酶製劑維生素、有機酸等好氧性發酵過程。在化工方面可用於氣-液、氣-液-固反應過程。在環保方面可用於污水處理。目前該設備在國內用於谷氨酸、抗生素、黃原膠糖化酶檸檬酸生產,設備體積已達到140m3,投入使用后取得了非常顯著的經濟效益。發酵所必須的空氣在靜態混合元件內外上下流動,帶動發酵液循環,促進氣-液充分混合。