第八章第八章 发酵设备与反应器发酵设备与反应器发酵设备与反应器发酵设备与反应器生物反应器的分类及生物反应器的分类及设计目标和原则设计目标和原则微生物细胞反应器微生物细胞反应器发酵罐发酵罐发酵罐的放大发酵罐的放大生物反应器的分类生物反应器的分类酶催化反应器酶催化反应器细胞生物反应器细胞生物反应器 p按所用的生物催化剂的不同分类按所用的生物催化剂的不同分类生物反应器的分类生物反应器的分类按反应器结构特征分类按反应器结构特征分类釜式、管式、塔式、膜式等类型釜式、管式、塔式、膜式等类型生物反应器的分类生物反应器的分类根据细胞或组织的代谢要求根据细胞或组织的代谢要求厌氧厌氧生物反应器生物反应器 好氧生物反应器好氧生物反应器 光照生物反应器光照生物反应器膜生物反应器膜生物反应器反应器的设计目标和原则反应器的设计目标和原则生物反应器具备的特点：生物反应器具备的特点：1 1 严密的结构；严密的结构；2 2 良好的液体混合性能；良好的液体混合性能；3 3 较高的传质、传热性能较高的传质、传热性能4 4 结构简单、能耗低结构简单、能耗低5 5 配套而又可靠的检测和控制仪表配套而又可靠的检测和控制仪表生物反应器设计遵循的原则生物反应器设计遵循的原则生物反应器应具有适宜的径高比生物反应器应具有适宜的径高比应承受一定的压力应承受一定的压力有搅拌通风装置的反应器应能使气液固三相充分混合，有搅拌通风装置的反应器应能使气液固三相充分混合，满足物料必须的溶氧需求满足物料必须的溶氧需求反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体生反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体生长代谢过程中的温度要求长代谢过程中的温度要求反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻底底尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰连接处移位，造成污染连接处移位，造成污染保证灭菌工作的顺利进行，培养系统中已灭菌部分与未灭保证灭菌工作的顺利进行，培养系统中已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通菌部分之间不能直接连通厌氧发酵罐厌氧发酵罐用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌气发酵产品的生产，由用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌气发酵产品的生产，由于发酵过程中不需供氧，所以设备结构比较简单。嫌气于发酵过程中不需供氧，所以设备结构比较简单。嫌气生物反应器也已趋向大容量发展，并实现了自动清洗。生物反应器也已趋向大容量发展，并实现了自动清洗。啤酒发酵设备啤酒发酵设备传统的啤酒发酵设备是由分别设在发酵间的发酵池和贮酒传统的啤酒发酵设备是由分别设在发酵间的发酵池和贮酒间内的贮酒罐组成的。间内的贮酒罐组成的。目前目前圆筒体锥底罐圆筒体锥底罐（C.C.T)C.C.T)在露天大罐工艺中使用最为普在露天大罐工艺中使用最为普遍简称露天锥形发酵罐。遍简称露天锥形发酵罐。圆筒体锥底罐（圆筒体锥底罐（C.C.T)C.C.T)的结构及特点的结构及特点pC.C.TC.C.T发酵最大特点在于发酵最大特点在于大型化大型化，容积从容积从100-600m100-600m3 3( (国内也有国内也有60m60m3 3小型的小型的) )。1、设备的外型特点、设备的外型特点罐体罐体圆柱形圆柱形，罐顶为，罐顶为椭圆封头椭圆封头，罐底为，罐底为圆锥形圆锥形。筒体直径筒体直径(D)(D)和筒体高度和筒体高度(H)(H)是主要特性参数。是主要特性参数。D D：H H1 1：1.5-61.5-6。增加。增加H H有利于加速发酵，降低有利于加速发酵，降低H H有利于啤酒的自然澄有利于啤酒的自然澄清。清。发酵罐锥底角一般为发酵罐锥底角一般为60-13060-130考虑到发酵中酵母自然沉降考虑到发酵中酵母自然沉降最有利，以最有利，以7070为好。为好。2 2，罐材料，罐材料大型大型C.C.TC.C.T均采用碳钢加涂料或不锈钢两种材料制成。啤酒均采用碳钢加涂料或不锈钢两种材料制成。啤酒是是酸性液体酸性液体，能造成铁的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的，能造成铁的电化学腐蚀，啤酒发酵时产生的H H2 2S S、SOSO2 2对铁材料会造成氧化还原腐蚀。对铁材料会造成氧化还原腐蚀。3 3、冷却夹套、冷却夹套先进的先进的C.C.TC.C.T均采用均采用换热片式换热片式, ,一次性冷媒直接蒸发式换热，一次性冷媒直接蒸发式换热， ( (如氨蒸发如氨蒸发) )。发酵罐内的冷却夹套一般发酵罐内的冷却夹套一般分成分成三段三段，上段距发酵液面，上段距发酵液面15cm15cm向向下排列，中段在筒体的下部距下排列，中段在筒体的下部距支撑裙座支撑裙座15cm15cm向上排列，锥底向上排列，锥底段尽可能接近排酵母口，向上段尽可能接近排酵母口，向上排列。排列。4 4，隔热层和防护层，隔热层和防护层绝热层材料应具有：导热系数低、体积质量低、吸水小、绝热层材料应具有：导热系数低、体积质量低、吸水小、不易燃等特性。不易燃等特性。啤酒啤酒C.C.TC.C.T绝热层常用聚酰氨树脂和自熄式聚苯乙烯泡沫绝热层常用聚酰氨树脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。采用上述两种绝热材料只需厚度塑料。采用上述两种绝热材料只需厚度150-200mm150-200mm。外防护层一般采用外防护层一般采用0.7-1.5mm0.7-1.5mm厚的合金铝板或厚的合金铝板或0.5-0.7mm0.5-0.7mm的不锈钢板的不锈钢板5 5、罐主要附件、罐主要附件在上中下三段冷却介质进口位置下在上中下三段冷却介质进口位置下装智能型铂装智能型铂温度传感器温度传感器。在圆筒形下部装可清洗在圆筒形下部装可清洗取样阀取样阀。在液面上在液面上150mm 150mm 装有装有CIPCIP装置。装置。还应装上视镜、灯镜、空气和二氧还应装上视镜、灯镜、空气和二氧化碳排出管等装置。化碳排出管等装置。锥底有直径锥底有直径500mm500mm的快开人孔。的快开人孔。圆筒体锥底发酵罐的优点圆筒体锥底发酵罐的优点加速发酵，加速发酵，C.C.TC.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质发酵和传统发酵相比，由于发酵基质( (麦麦汁汁) )和酵母对流获得强化，可加速发酵。和酵母对流获得强化，可加速发酵。厂房投资节省。厂房投资节省。冷耗节省。冷耗节省。C.C.T C.C.T 发酵可依赖发酵可依赖CIPCIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。到保证。加强对流：加强对流：发酵罐底部产生发酵罐底部产生CO2CO2气泡上升，对发酵液拖曳力大气泡上升，对发酵液拖曳力大在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部在发酵阶段，由于底部酵母细胞浓度大于罐上部，底部糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对糖降快，酒精生成快，造成罐上、下部间密度差而造成对流。流。在发酵时控制罐下部温度高于上部在发酵时控制罐下部温度高于上部( (差差1 12)2)，由于温，由于温差引起热对流，特别在发酵后期第一、二推动力减小后，差引起热对流，特别在发酵后期第一、二推动力减小后，温差对流更能发挥作用。温差对流更能发挥作用。圆筒体锥底发酵罐的缺点圆筒体锥底发酵罐的缺点由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数一般比传统低般比传统低( (只能使用只能使用5-65-6代代) )；贮酒时，澄清比较困难贮酒时，澄清比较困难( (特别在使用非凝聚性酵母特别在使用非凝聚性酵母) )，过滤，过滤必须强化；必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，一般要5-5-7d7d以上，短期贮酒不能保证温度一致以上，短期贮酒不能保证温度一致酒精发酵设备酒精发酵设备满足酒精发酵的工艺要求满足酒精发酵的工艺要求 满足酒精酵母生长和代谢的必满足酒精酵母生长和代谢的必要工艺条件要工艺条件 将发酵产生的热量及时移走将发酵产生的热量及时移走有利于发酵液的排出，设备的清洗、有利于发酵液的排出，设备的清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。维修以及设备制造安装方便等问题。酒精发酵罐的结构酒精发酵罐的结构1 1、基本结构、基本结构酒精酒精发酵罐筒体发酵罐筒体为圆柱形；为圆柱形；底盖和顶盖底盖和顶盖均为碟形或锥形；均为碟形或锥形；罐顶罐顶装有废汽回收管，进料管，按种装有废汽回收管，进料管，按种管，压力表、各种测量仪表接口管及管，压力表、各种测量仪表接口管及供观察清洗和检修罐体内部的人孔；供观察清洗和检修罐体内部的人孔；罐底罐底装有排料口和排污口对于大型发装有排料口和排污口对于大型发酵罐，为了便于维修和清洗，往往在酵罐，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔；近罐底也装有人孔；罐身罐身上下部装有取样口和温度计接口。上下部装有取样口和温度计接口。2 2，发酵罐的冷却装置，发酵罐的冷却装置 中中小小型型发发酵酵罐罐：多多采采用用罐罐顶顶喷喷水水淋淋于罐外壁表面进行膜状冷却；于罐外壁表面进行膜状冷却； 大大型型发发酵酵罐罐：由由于于罐罐外外壁壁冷冷却却面面积积不不能能满满足足冷冷却却要要求求，所所以以，罐罐内内装装有有冷冷却却蛇蛇管管或或罐罐内内蛇蛇管管和和罐罐外外壁壁喷喷洒洒联联合合冷冷却装置。却装置。 此此外外，也也有有采采用用罐罐外外列列管管式式喷喷琳琳冷冷却却的的方方法法，此此法法具具有有冷冷却却发发酵酵液液均均匀匀、冷冷却效率高等优点。却效率高等优点。3 3、发酵罐的洗涤装置、发酵罐的洗涤装置大型酒精发酵罐采用水力喷射洗涤装置大型酒精发酵罐采用水力喷射洗涤装置好氧发酵设备好氧发酵设备 大大多多数数的的生生化化反反应应都都是是需需氧氧的的，通通风风发发酵酵设设备备是是需需氧氧生生化反应设备的核心和基础。化反应设备的核心和基础。 1 1 良良好好传传质质和和传传热热性性能能，培培养养基基流流动动与与混混合合良良好好，特特别别是是溶溶氧氧性性能能，供供氧氧速速率率通通常常被被认认为为是是在在生生物物反反应应器器的的选选择择和和设计的主要问题；设计的主要问题； 2 2 结结构构严严密密，防防杂杂菌菌污污染染，是是必必须须保保证证的的条条件件；能能耗耗低低，运转经济性好；运转经济性好； 3 3 必要的检测与控制仪表；必要的检测与控制仪表； 4 4 设备较简单，方便维护检修。设备较简单，方便维护检修。通风发酵罐的类型通风发酵罐的类型常用的通风发酵罐有常用的通风发酵罐有 机械搅拌式机械搅拌式 气升环流式气升环流式 自吸式自吸式 鼓泡式等。鼓泡式等。 其中其中机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐占主导地位。占主导地位。机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐 机械搅拌通风发酵罐在生物工程占了发酵罐总数机械搅拌通风发酵罐在生物工程占了发酵罐总数的的70708080。又常称之为通用式发酵罐。又常称之为通用式发酵罐。 这类发酵罐大多用于通风发酵，靠通入的这类发酵罐大多用于通风发酵，靠通入的压缩无压缩无菌空气菌空气和和搅拌叶轮搅拌叶轮实现发酵液的混合、促使氧在醪液实现发酵液的混合、促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖，发酵所需要的中溶解，以保证供给微生物生长繁殖，发酵所需要的氧气。氧气。一、机械通风搅拌发酵罐的基本要求一、机械通风搅拌发酵罐的基本要求1 1、发酵罐应具有适宜的、发酵罐应具有适宜的高径比高径比（一般高度与直径之比（一般高度与直径之比为为1.71.74 4倍），罐身越长，氧气的利用率越高。倍），罐身越长，氧气的利用率越高。 2 2、发酵罐能、发酵罐能承受一定的压力承受一定的压力。由于发酵罐在灭菌和工。由于发酵罐在灭菌和工作时，罐内有一定的压力和温度，因此需要一定的强度。作时，罐内有一定的压力和温度，因此需要一定的强度。3 3、发酵罐的搅拌通风装置能、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合使气液充分混合，保证发，保证发酵液必须的酵液必须的溶解氧溶解氧。一、机械通风搅拌发酵罐的基本要求一、机械通风搅拌发酵罐的基本要求4 4、发酵罐应具有足够的、发酵罐应具有足够的冷却面积冷却面积。5 5、发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，、发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污， 灭灭菌能彻底。菌能彻底。6 6、搅拌器、搅拌器轴封应严密轴封应严密，尽量减少泄漏。，尽量减少泄漏。机械搅拌型发酵罐机械搅拌型发酵罐 主要组成部分有主要组成部分有 罐罐体体、控控温温部部分分、搅搅拌拌部部分分、通通气气部部分分、进进出出料料口口、测测量量系系统统和附属系统等。和附属系统等。二、机械搅拌通风发酵罐的结构二、机械搅拌通风发酵罐的结构1 1、主要部件有、主要部件有罐体罐体；搅拌器搅拌器、挡板挡板、传动装置、传动装置、轴封轴封；空气分布器空气分布器；消泡器消泡器；冷冷却管（或夹套）；却管（或夹套）；人孔、视镜、人孔、视镜、各种接口等。各种接口等。2发酵罐的部分部件发酵罐的部分部件（1 1）罐体）罐体结构：圆柱体和椭圆封头或碟形封头焊接而成，结构：圆柱体和椭圆封头或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢。材料为碳钢或不锈钢。刚刚度度和和强强度度：受受压压容容器器，空空消消或或实实消消，通通常常灭灭菌菌的的压压力力为为2.5Kgf/cm32.5Kgf/cm3。小小型型发发酵酵罐罐罐罐顶顶和和罐罐身身采采用用法法兰兰连连接接。顶顶部部设设有有清清洗洗用用的的手孔。手孔。封头、封底封头、封底椭圆形封头（底盖） 碟形封头（底盖） 接管接管罐罐顶顶：进进料料管管，补补料料管管，排气管和压力表管等。排气管和压力表管等。罐罐底底：出出料料管管，进进气气管管等。等。罐罐身身：冷冷却却水水进进出出管管，进进空空气气管管，温温度度计计管管和和测控仪表接口。测控仪表接口。(2)搅拌器搅拌器（1 1）搅拌器的主要作用：）搅拌器的主要作用：混合和传质混合和传质溶氧：使通入的空气分散成小气泡并与发酵液充分混合，使气溶氧：使通入的空气分散成小气泡并与发酵液充分混合，使气泡细碎以增大气一液界面，获得所需要的溶氧速率，并使生物泡细碎以增大气一液界面，获得所需要的溶氧速率，并使生物细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气一液一固（细胞）气一液一固（细胞）三相的混合与质量传递三相的混合与质量传递；有利于有利于热量传递热量传递；加强气液之间的湍动加强气液之间的湍动，增加气液接触面积及延长气液接触时间。，增加气液接触面积及延长气液接触时间。 搅拌器的结构与类型：搅拌器的结构与类型： 实现上述目的，搅拌器的设计应使发酵液有足够的实现上述目的，搅拌器的设计应使发酵液有足够的径向流径向流动动和适度的和适度的轴向运动轴向运动。 发酵罐采用的搅拌器主要有发酵罐采用的搅拌器主要有径向流搅拌器径向流搅拌器、轴向流搅拌轴向流搅拌器器和和组合式搅拌器组合式搅拌器。RushtonRushton涡轮是最典型的径向流涡轮是最典型的径向流搅拌器，其结构简单，通常由一搅拌器，其结构简单，通常由一个个圆盘圆盘上面带上面带六个直叶叶片六个直叶叶片，也，也称为六直叶圆盘涡轮。设置圆盘称为六直叶圆盘涡轮。设置圆盘的目的是为了的目的是为了防止气体未经分散防止气体未经分散直接从轴周围溢出液面直接从轴周围溢出液面。 径向流搅拌器径向流搅拌器大型发酵罐搅大型发酵罐搅拌装置拌装置搅拌桨冷却管搅拌电机上封头 径向流搅拌器径向流搅拌器随着发酵规模的扩大，这种结构并不是适用于气液分散随着发酵规模的扩大，这种结构并不是适用于气液分散的最优结构。的最优结构。SmithSmith等发现，当用六直叶圆盘涡轮式搅拌器等发现，当用六直叶圆盘涡轮式搅拌器把气体分散于低黏流体时，在每片浆叶的背面都有一对高把气体分散于低黏流体时，在每片浆叶的背面都有一对高速转动的速转动的漩涡漩涡，漩涡内负压较大，从叶片下部供给的气体，漩涡内负压较大，从叶片下部供给的气体立即被卷入漩涡，形成气体充填的立即被卷入漩涡，形成气体充填的空穴空穴（称为（称为气穴气穴），气），气穴的存在会影响发酵罐内的气液传质能力。穴的存在会影响发酵罐内的气液传质能力。 影响气液传质能力的原因：影响气液传质能力的原因：因为气体不是直接被搅拌器剪碎而分散的，而是首先在浆因为气体不是直接被搅拌器剪碎而分散的，而是首先在浆叶的背面形成稳定的气穴，而后气穴在尾部破裂，这些小叶的背面形成稳定的气穴，而后气穴在尾部破裂，这些小气泡在离心力的作用下被甩出而分散至液体内。气穴的存气泡在离心力的作用下被甩出而分散至液体内。气穴的存在使得在使得RushtonRushton涡轮的效率降低，特别在高气速下，有时涡轮的效率降低，特别在高气速下，有时整个搅拌器被气穴包围，搅拌器近似空转，效率很低，气整个搅拌器被气穴包围，搅拌器近似空转，效率很低，气体穿过搅拌器直接上升到液面。体穿过搅拌器直接上升到液面。 弯曲叶片弯曲叶片弯曲叶片的优点：弯曲叶片的优点：使其背面的使其背面的漩涡减小漩涡减小，抑制叶，抑制叶片后方形成气穴，提高载气能力；片后方形成气穴，提高载气能力；改善了分散和传质能力改善了分散和传质能力。 弯曲非对称叶片弯曲非对称叶片19981998，BakkerBakker提出上面叶片提出上面叶片略长于下面叶片，略长于下面叶片，避免了气避免了气体过早的从叶轮区域上升逃体过早的从叶轮区域上升逃逸逸；采用抛物线设计，能明；采用抛物线设计，能明显减少叶片后方气穴显减少叶片后方气穴。 轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌器对气体分散的能力较强径向流搅拌器对气体分散的能力较强，但其作用的范围，但其作用的范围较小。随着发酵规模的不断扩大，其缺点也越发明显。较小。随着发酵规模的不断扩大，其缺点也越发明显。尤其对于要求整罐混匀好，剪切性能温和的过程，径向尤其对于要求整罐混匀好，剪切性能温和的过程，径向流搅拌器往往无能为力。流搅拌器往往无能为力。 轴向流搅拌器轴向流搅拌器A315A315搅拌器特别适合于气搅拌器特别适合于气液传质过程。液传质过程。 与与RushtonRushton涡轮相比，涡轮相比，持气持气量高量高8080，气体分散量提气体分散量提高高4 4倍，产量提高倍，产量提高10105050，剪切力仅为，剪切力仅为RushtonRushton涡涡轮的轮的2525。3.Lightnin A315式 组合式搅拌器组合式搅拌器在生物反应器中，将径向流搅拌器和轴向流搅拌器组合使在生物反应器中，将径向流搅拌器和轴向流搅拌器组合使用，就可利用用，就可利用径向流搅拌器强化小范围的主体对流扩散和径向流搅拌器强化小范围的主体对流扩散和涡流扩散涡流扩散，实现小范围的充分气液混合，然后再依靠，实现小范围的充分气液混合，然后再依靠轴轴向流搅拌器的主体对流实现大范围的气液混合向流搅拌器的主体对流实现大范围的气液混合；对于组合式，根据发酵罐一般是下部通气的特点，下层搅对于组合式，根据发酵罐一般是下部通气的特点，下层搅拌器选择径向流搅拌器，上层搅拌器选择轴向流搅拌器。拌器选择径向流搅拌器，上层搅拌器选择轴向流搅拌器。挡板的作用：挡板的作用：阻止液面中央部分产生下凹的阻止液面中央部分产生下凹的旋涡旋涡，促使液体激烈翻动，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。挡板宽度一般为（增加溶解氧。挡板宽度一般为（0.10.10.20.2）D D，装设，装设4 46 6块块即可满足全挡板条件。即可满足全挡板条件。 全挡板条件全挡板条件：在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保：在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。达到全挡板条件的要求，须满足：持不变。达到全挡板条件的要求，须满足： （3）挡板）挡板(4)(4)轴封轴封轴轴封封的的作作用用：使使罐罐顶顶或或罐罐底底与与轴轴之之间间的的缝缝隙隙加加以以密密封封，防防止止泄泄漏漏和和污污染染杂杂菌菌。常常用用的的轴轴封封有有填料函填料函和和端面轴封端面轴封两种。两种。 填料函式轴封填料函式轴封 由由填料箱体填料箱体，填料底衬套填料底衬套，填填料压盖料压盖和和压紧螺栓压紧螺栓等零件构成，等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。填料使旋转轴达到密封的效果。填料室的宽度可根据轴的直径决定。室的宽度可根据轴的直径决定。 优点：结构简单优点：结构简单 缺点：缺点： 死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和染菌死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和染菌 轴的磨损较严重轴的磨损较严重 填料压紧后摩擦功率消耗大填料压紧后摩擦功率消耗大 寿命短寿命短端面式轴封端面式轴封 优点优点清洁清洁密封可靠。密封可靠。无死角。无死角。 使用寿命长。使用寿命长。摩擦功率耗损小。摩擦功率耗损小。轴或轴套不受磨损。轴或轴套不受磨损。对轴的精度和光洁度没有填料函要对轴的精度和光洁度没有填料函要求严格求严格 ，对轴的震动敏感性小。，对轴的震动敏感性小。缺点缺点 结构比填料函复杂，装拆不便，对动环和静环的表面结构比填料函复杂，装拆不便，对动环和静环的表面光洁度及平直度要求高，否则易泄漏。光洁度及平直度要求高，否则易泄漏。(5)空气分布装置空气分布装置 作用：作用：吹入无菌空气吹入无菌空气，并使空气均匀分布并使空气均匀分布。 (a)(a)单管式分布装置：单管式分布装置： 管管口口正正对对罐罐底底中中央央，与与罐罐底底的的距距离离约约40mm40mm，这这样样的的空空气气分分散散效效果较好。果较好。(b)(b)环形管分布装置：环形管分布装置： 以以环环径径为为搅搅拌拌器器直直径径的的0.80.8倍倍较较有有效效，喷喷孔孔直直径径为为558mm8mm，喷喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。 (6)消泡装置消泡装置 起起泡泡原原因因：发发酵酵液液中中含含有有蛋蛋白白质质等等发发泡泡物物质质，故故在在通通风风、搅搅拌拌时时产生气泡物质。产生气泡物质。 危危害害：减减少少装装料料系系数数、料料液液外外溢溢（随随排排风风、各各接接口口、轴轴封封等等），并易引起染菌并易引起染菌 消消泡泡方方法法：加加入入化化学学消消泡泡剂剂；使使用用机机械械消消泡泡装装置置。通通常常，是是把把上上述两种方法联合使用。述两种方法联合使用。 最最简简单单实实用用的的消消泡泡装装置置为为耙耙式式消消泡泡器器，可可直直接接安安装装在在上上搅搅拌拌的的轴轴上，消泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。上，消泡耙齿底部应比发酵液面高出适当高度。 耙式消泡器结构耙式消泡器结构 (7)传热装置传热装置排除发酵过程中由于生物氧化作用及机械搅拌产生的热排除发酵过程中由于生物氧化作用及机械搅拌产生的热量的装置量的装置 发酵换热装置的形式发酵换热装置的形式1.1.夹套式换热装置夹套式换热装置 多用于容积较小的发酵罐、种子罐。一般小于多用于容积较小的发酵罐、种子罐。一般小于5m5m3 3，夹，夹套的高度比静止液面高度较高即可，约高套的高度比静止液面高度较高即可，约高50-100 mm50-100 mm。夹套的宽度对于不同直径的发酵有不同的尺寸，一般为夹套的宽度对于不同直径的发酵有不同的尺寸，一般为50-200 mm50-200 mm。 优点优点结构简单结构简单加工容易加工容易罐内无冷却设备，死角少，容易进行灭菌工作，有利于发罐内无冷却设备，死角少，容易进行灭菌工作，有利于发酵。酵。缺点是传热壁较厚，冷却水流速低，降温效果差，传热系缺点是传热壁较厚，冷却水流速低，降温效果差，传热系数数400400600 KJ/(m600 KJ/(m2 2h h) 竖式蛇管换热装置竖式蛇管换热装置竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组。竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组。5m5m3 3以上的发酵罐多采用以上的发酵罐多采用优点：冷却水在管内的流速较快，传热系数高。约为优点：冷却水在管内的流速较快，传热系数高。约为120012002000KJ/(m2000KJ/(m2 2h h) ) 缺点：弯曲部位容易被腐蚀，增加培养液中金属离子的缺点：弯曲部位容易被腐蚀，增加培养液中金属离子的浓度，腐蚀而形成穿孔，引起污染。浓度，腐蚀而形成穿孔，引起污染。 气升环流式发酵罐（气升环流式发酵罐（ALR）1、混合原理：混合原理： 利利用用通通入入反反应应器器内内的的空空气气上上升升时时的的动动力力来来带带动动发发酵酵液液的的运运动动，从而达到混合的目的。，从而达到混合的目的。 即即：把把具具有有一一定定压压力力和和流流速速无无菌菌空空气气通通过过喷喷嘴嘴或或喷喷孔孔喷喷射射进进发发酵酵液液中中，通通过过气气液液混混合合物物的的湍湍流流作作用用而而使使空空气气泡泡分分割割细细碎碎，同同时时由由于于形形成成的的气气液液混混合合物物密密度度降降低低故故向向上上运运动动，而而气气含含率率小小的的发发酵酵液液则则下下沉沉，形形成成循循环环流流动动，实实现现混混合合与与溶氧传质。溶氧传质。 2、结构类型：、结构类型： 外循环外循环与与内循环内循环气升式发酵罐气升式发酵罐环流管的布置可以装在罐外，称为外循环环流管的布置可以装在罐外，称为外循环也可装在罐内，称为内循环。也可装在罐内，称为内循环。1.1.人人孔孔；2.2.视视镜镜；3.3.空空气气管管；4.4.上上升升管管；5.5.冷冷却却器器；6.6.单向阀门；单向阀门；7.7.空气喷嘴；空气喷嘴；8.8.带升管；带升管；9.9.罐体罐体 气升式发酵罐优缺点气升式发酵罐优缺点 优点优点1 1、结构简单，冷却面积小；、结构简单，冷却面积小；2 2、无搅拌传动设备无搅拌传动设备，节约动力约，节约动力约5050，节约钢材；，节约钢材；3 3、操作无噪音；、操作无噪音；4 4、料液可充满达、料液可充满达80809090；5 5、维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。、维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。应用应用酵酵母母的的生生产产、单单细细胞胞蛋蛋白白生生产产和和细细胞胞培培养养酶酶制制剂剂等等的的发发酵酵生产。生产。 4、适用范围：、适用范围：对对生生物物细细胞胞损损伤伤小小。适适合合于于动动植植物物细细胞胞培培养养适适合合于于固固形形物物含量低、黏度小、需氧量低含量低、黏度小、需氧量低的微生物培养和发酵过程。的微生物培养和发酵过程。 但但不不适适合合固固形形物物含含量量高高、黏黏度度大大、需需氧氧量量高高的的微微生生物物培培养养和发酵过程。和发酵过程。目目前前世世界界上上最最大大型型的的通通气气发发酵酵罐罐就就是是气气升升环环流流式式的的，体体积积高达高达30003000多立方米。多立方米。 自吸式发酵罐自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机不需要空气压缩机提供加提供加压空气，而依靠压空气，而依靠特设特设的机械搅拌吸气装置或液的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气并体喷射吸气装置吸入无菌空气并同时同时实现实现混合混合搅拌搅拌与与溶氧传质溶氧传质的发酵罐。的发酵罐。自自2020世纪世纪6060年代开始欧洲和美国展开研究开发，年代开始欧洲和美国展开研究开发，然后在国际和国内的酵母及单细胞蛋白生产、然后在国际和国内的酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵及维生素生产等获得应用。醋酸发酵及维生素生产等获得应用。 种类种类机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐溢流喷射自吸式发酵罐溢流喷射自吸式发酵罐 机械搅拌自吸式发酵罐机械搅拌自吸式发酵罐不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。发酵罐。开始于开始于1960s1960s，通风装置由转子和定子组成。通风装置由转子和定子组成。 1、结构构成、结构构成1.1.人孔人孔2.2.进风管进风管3.3.轴封轴封4.4.转子转子5.5.电机电机6.6.联轴器联轴器7.7.轴封轴封 8.8.搅拌轴搅拌轴9.9.定子定子10.10.冷却蛇管冷却蛇管11.11.消泡器消泡器12.12.排气管排气管13.13.消泡转轴消泡转轴 2、主要部件、主要部件自吸装置：由自吸装置：由转子转子和和定子定子组成。组成。转转子子（叶叶轮轮）形形式式有有：三三叶叶轮轮、四四弯弯叶叶轮轮、六六叶叶轮轮等等形形式式。常常见见的的为为三三叶叶轮轮和和四四弯弯叶叶轮轮。叶叶轮轮都都是是空空心心体体，叶叶轮直径为罐直径的轮直径为罐直径的1/31/3到到1/151/15。 吸气机理吸气机理在在转转子子启启动动前前，先先用用液液体体将将转转子子浸浸没没，然然后后启启动动电电动动机机使使转转子子转转动动，由由于于转转子子高高速速旋旋转转，液液体体、空空气气在在离离心心力力的的作作用用下下，被被甩甩向向叶轮外缘。叶轮外缘。转子叶轮转子叶轮中心形成负压中心形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。转转子子的的空空腔腔用用管管子子与与大大气气相相通通，空空气气不不断断的的被被吸吸入入，甩甩向向叶叶轮轮的的外缘，通过导轮而使气流均匀甩出。外缘，通过导轮而使气流均匀甩出。转转子子搅搅拌拌使使气气液液在在转转子子的的周周围围形形成成强强烈烈的的混混合合流流，使使空空气气不不断断分分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中。裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合、翻腾、扩散到整个罐中。自吸式通风装置在搅拌的同时，完成了吸气作用。自吸式通风装置在搅拌的同时，完成了吸气作用。 喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐喷射自吸式发酵罐是利用泵使发酵液通过喷射自吸式发酵罐是利用泵使发酵液通过文氏管文氏管喷喷射吸气装置进行混合通气的，既不用空压机，又不射吸气装置进行混合通气的，既不用空压机，又不用机械搅拌吸气转子。用机械搅拌吸气转子。 文氏管自吸式发酵罐结构文氏管自吸式发酵罐结构 利用泵使发利用泵使发酵液通过文酵液通过文氏管吸气装氏管吸气装置，液体在置，液体在收缩管段加收缩管段加速，形成真速，形成真空，吸入空空，吸入空气，气泡分气，气泡分散于液体混散于液体混合。合。文氏吸气管结构文氏吸气管结构 自吸式发酵罐的优点自吸式发酵罐的优点不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资30%30%以上，减少厂房面积。以上，减少厂房面积。溶氧速率高，溶氧效率高、能耗较低。溶氧速率高，溶氧效率高、能耗较低。用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益用于酵母生产和醋酸发酵具有生产效率高、经济效益高的优点。高的优点。装料系数低，约装料系数低，约40%40%左右。左右。易染菌，需高效过滤系统。易染菌，需高效过滤系统。搅搅拌拌转转速速高高，对对于于长长菌菌丝丝的的微微生生物物的的菌菌丝丝，搅搅拌拌的的剪剪切切力力会产生不利影响（机械搅拌自吸式）。会产生不利影响（机械搅拌自吸式）。吸吸程程（即即液液面面与与吸吸气气转转子子距距离离）一一般般不不高高，需需要要采采用用低低阻阻力高效率空气除菌装置。力高效率空气除菌装置。 自吸式发酵罐的缺点自吸式发酵罐的缺点 改进：改进：为克服上述缺点，可采用自吸气与鼓风相合的鼓风为克服上述缺点，可采用自吸气与鼓风相合的鼓风自吸式发酵系统，即在过滤器前加装一台鼓风机，自吸式发酵系统，即在过滤器前加装一台鼓风机，适当维持无菌空气的正压适当维持无菌空气的正压。 固态培养设备固态培养设备一、概述：一、概述： 固态发酵、固态反应器固态发酵、固态反应器二、二、 机械通风固体曲发酵设备机械通风固体曲发酵设备一、概述：一、概述： 固态发酵、固态反应器固态发酵、固态反应器1 1、固态发酵、固态发酵 固固态态发发酵酵是是微微生生物物在在没没有有或或基基本本没没有有游游离离水水的的固固态态基质上的发酵方式。基质上的发酵方式。 用于固态发酵的反应器称为固态反应器。用于固态发酵的反应器称为固态反应器。2、固态反应器的历史和现状、固态反应器的历史和现状历史古老：历史古老： 几几千千年年前前，中中国国就就利利用用这这项项技技术术酿酿酒酒和和制制造造各各种种调调味味品品，通通风风固固相相发发酵酵工工艺艺是是传传统统的的发发酵酵生生产产工工艺艺，广广泛泛应用于酱油与酿酒生产。应用于酱油与酿酒生产。发展与问题：发展与问题： 现现代代的的固固态态发发酵酵不不仅仅用用于于改改善善食食品品的的风风味味，更更主主要要的的是是用用于于酶酶制制剂剂、单单细细胞胞蛋蛋白白、有有机机酸酸、酒酒精精、生生物物杀杀虫剂等的生产。虫剂等的生产。 3、固态发酵具有以下特点：、固态发酵具有以下特点：培养基处理简单：培养基处理简单： 使用的原料不必经过复杂的加工，发酵过程中糖化与发酵同使用的原料不必经过复杂的加工，发酵过程中糖化与发酵同步进行，简化了操作程序、节约了能量；步进行，简化了操作程序、节约了能量；生长环境更近自然：生长环境更近自然： 可使微生物保持自然环境中的生长存在状态，模拟自然中的可使微生物保持自然环境中的生长存在状态，模拟自然中的生长环境，是许多丝状真菌适宜采用固体发酵的原因之一；生长环境，是许多丝状真菌适宜采用固体发酵的原因之一；适用于特殊微生物代谢和产物积累：适用于特殊微生物代谢和产物积累： 对于纤维素酶、果胶酶、白僵菌、绿僵菌、苏云金芽孢杆菌、对于纤维素酶、果胶酶、白僵菌、绿僵菌、苏云金芽孢杆菌、真菌毒素、脱落酸等，固态发酵的产率比液体深层发酵高得多；真菌毒素、脱落酸等，固态发酵的产率比液体深层发酵高得多；乃至像白僵菌、绿僵菌等的分生孢子，不能在液体中繁殖，只乃至像白僵菌、绿僵菌等的分生孢子，不能在液体中繁殖，只能用固态发酵方法生产。能用固态发酵方法生产。 固态发酵具有以下特点：固态发酵具有以下特点：（4 4）发酵供氧费用低：）发酵供氧费用低： 在需要大量供氧的发酵过程中，压缩空气通过固体层在需要大量供氧的发酵过程中，压缩空气通过固体层的阻力较小，因而能量消耗也较小；的阻力较小，因而能量消耗也较小；（5 5）发酵产物复杂、风味独特：）发酵产物复杂、风味独特： 由于存在明显的气、液、固三相界面，可以得到液体由于存在明显的气、液、固三相界面，可以得到液体发酵难于得到的产物，如传统固态发酵酿酒工艺可以具有发酵难于得到的产物，如传统固态发酵酿酒工艺可以具有独特的风味；独特的风味；（6 6）发酵后处理简单，有机废水少：）发酵后处理简单，有机废水少： 许多产品可直接烘干而无须提取，产品易于储藏，运许多产品可直接烘干而无须提取，产品易于储藏，运输，稳定性好。输，稳定性好。新型固态发酵是生化工程研究的方向：新型固态发酵是生化工程研究的方向： 鉴鉴于于上上述述优优点点，以以及及现现代代发发酵酵工工业业的的发发展展方方向向是是高高浓浓度度、高高黏黏度度发发酵酵过过程程，而而高高浓浓的的、高高黏黏度度的的极极限限就就是是固固态态发发酵酵基基质质。但但是是发发酵酵过过程程中中氧氧的的浓浓度度梯梯度度很很大大，在在高高需需氧氧量量时时可可能能成成为为制制约约发发酵酵效效率率的的一一个个重重要要因因素素。由由此，此，影响固态发酵技术关键是固态发酵反应器。影响固态发酵技术关键是固态发酵反应器。 4、对固体发酵反应器的要求、对固体发酵反应器的要求要求：要求： （1 1）良好的搅拌、通气、无菌操作；）良好的搅拌、通气、无菌操作； （2 2）良良好好的的传传热热：散散热热、冷冷却却，包包括括气气- -固固、气气- -液、液液、液- -固等形式传质传热固等形式传质传热 （3 3）保温保湿：）保温保湿： （4 4）参数检测：温度、）参数检测：温度、pHpH、供氧等检测、供氧等检测 （5 5）物料输送：有效输送）物料输送：有效输送机械通风固体曲发酵设备机械通风固体曲发酵设备 l.输输送送带带 2.高高位位料料斗斗 3.送送料料小小车车 4.曲曲料料室室 5.进进出出料料机机 6.料料斗斗 7.输送带输送带 8.鼓风机鼓风机 9.空调室空调室 10.循环风道循环风道 11.曲室闸门曲室闸门优点：优点： 机机械械通通风风固固体体曲曲发发酵酵设设备备使使用用了了机机械械通通风风即即鼓鼓风风机机，因因而而强强化化了了发发酵酵系系统统的的通通风风，使使曲曲层层厚厚度大大增加。度大大增加。 不不仅仅使使制制曲曲生生产产效效率率大大大大提提高高，而而且且便便于于控控制制曲层发酵温度，提高了曲的质量。曲层发酵温度，提高了曲的质量。动植物细胞反应器动植物细胞反应器动物细胞反应器动物细胞反应器动物细胞培养动物细胞培养是指在体外条件下使动物细胞增殖的技术。此是指在体外条件下使动物细胞增殖的技术。此时细胞虽然生长与增多，但不再形成组织。时细胞虽然生长与增多，但不再形成组织。动物细胞作为生物催化剂，可用于动物细胞作为生物催化剂，可用于大规模生产具有重要价值大规模生产具有重要价值的生物活性物质的生物活性物质，包括疫苗、诊断试剂、干扰素、单克隆抗，包括疫苗、诊断试剂、干扰素、单克隆抗体和其他生物制品。多数动物细胞过程表达的目标蛋白质分体和其他生物制品。多数动物细胞过程表达的目标蛋白质分泌至培养液中，因此下游产品纯化过程比较简单。泌至培养液中，因此下游产品纯化过程比较简单。动物细胞培养技术为生物工程产品的生产提供了一条重要的动物细胞培养技术为生物工程产品的生产提供了一条重要的途径。途径。动物细胞培养的特点动物细胞培养的特点（1 1）动物细胞是没有细胞壁的）动物细胞是没有细胞壁的，受剪切力而破坏；而且大多数哺，受剪切力而破坏；而且大多数哺乳动物细胞需要附着在固体或半固体表面上才能生长；乳动物细胞需要附着在固体或半固体表面上才能生长；（2 2）动物细胞对培养基的营养要求相当苛刻，）动物细胞对培养基的营养要求相当苛刻，要求含有多种氨基要求含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物料；酸、维生素、无机盐、血清等物料；（3 3）对培养环境条件十分敏感，）对培养环境条件十分敏感，对温度、对温度、pHpH值、溶氧浓度等条件值、溶氧浓度等条件都比微生物培养要严格得多。都比微生物培养要严格得多。（4 4）动物细胞的生长要比微生物细胞缓慢得多）动物细胞的生长要比微生物细胞缓慢得多，一般只有在高细，一般只有在高细胞密度条件下，才能得到一定浓度的产物。胞密度条件下，才能得到一定浓度的产物。（5 5）由于动物细胞培养所需时间要比微生物细胞长，又）由于动物细胞培养所需时间要比微生物细胞长，又非常容易非常容易染菌染菌，因此需要有严格的防污染措施。，因此需要有严格的防污染措施。动物细胞培养技术动物细胞培养技术 体外培养的动物细胞分为两种类型。一种是体外培养的动物细胞分为两种类型。一种是非贴壁依赖型细非贴壁依赖型细胞胞。另一种动物细胞为。另一种动物细胞为贴壁依赖型细胞贴壁依赖型细胞，大多数动物细胞属于贴，大多数动物细胞属于贴壁依赖型细胞。壁依赖型细胞。（1 1）悬浮培养）悬浮培养 悬浮培养过程中细胞以单细胞或细胞聚集体的形式悬浮于培悬浮培养过程中细胞以单细胞或细胞聚集体的形式悬浮于培养基中增殖，这与微生物发酵过程差别较小。养基中增殖，这与微生物发酵过程差别较小。（2 2）贴壁培养）贴壁培养 贴壁依赖型细胞在培养过程中黏附在固体吸附介质上。当细贴壁依赖型细胞在培养过程中黏附在固体吸附介质上。当细胞贴附于固体表面后，原来是圆形的细胞一经贴壁就迅速铺展，胞贴附于固体表面后，原来是圆形的细胞一经贴壁就迅速铺展，然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期，一般在数天后铺满然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期，一般在数天后铺满生长表面，形成致密的细胞单层。生长表面，形成致密的细胞单层。（3）微载体技术）微载体技术细胞贴附于微载体上细胞贴附于微载体上悬浮于培养基中悬浮于培养基中，在微载体上逐渐生长成，在微载体上逐渐生长成细胞单层，细胞单层，生长表面积较大生长表面积较大，可实现细胞的高密度培养。并且，可实现细胞的高密度培养。并且由于细胞的生长环境均一，有利于对影响细胞的环境因素的由于细胞的生长环境均一，有利于对影响细胞的环境因素的检检测与控制测与控制。微载体技术使细胞培养过程的培养基利用率高，采样重复性高，微载体技术使细胞培养过程的培养基利用率高，采样重复性高，细胞收获和下游加工过程方便，过程放大容易，劳动强度小，细胞收获和下游加工过程方便，过程放大容易，劳动强度小，占用空间小。占用空间小。影响微载体培养的因素有微载体浓度、细胞接种浓度和搅拌速影响微载体培养的因素有微载体浓度、细胞接种浓度和搅拌速度等。度等。植物细胞培养反应器植物细胞培养反应器 由于单个植物细胞具有整个植物的全部特性，其代谢过由于单个植物细胞具有整个植物的全部特性，其代谢过程能生成有很高药用价值的次生代谢物，植物细胞的大程能生成有很高药用价值的次生代谢物，植物细胞的大规模培养逐渐受到重视。但利用植物细胞培养的物质，规模培养逐渐受到重视。但利用植物细胞培养的物质，一般仅限于那些难于化学合成无法用微生物合成和附加一般仅限于那些难于化学合成无法用微生物合成和附加值很高的物质。值很高的物质。1 植物细胞培养的特点植物细胞培养的特点植物细胞的大小约为植物细胞的大小约为 1010100m100m，有纤维素细胞壁有纤维素细胞壁，细胞，细胞耐拉不耐扭，抵抗流体剪切力的能力较差；耐拉不耐扭，抵抗流体剪切力的能力较差；培养过程生长速度缓慢培养过程生长速度缓慢，如生长最快的烟草细胞的倍增时，如生长最快的烟草细胞的倍增时间为间为0.650.65天，而木本植物细胞的倍增时间高达天，而木本植物细胞的倍增时间高达2 21010天，根、天，根、茎和叶分化的器官培养的倍增时间为茎和叶分化的器官培养的倍增时间为1010天以上；天以上；代谢产物不分泌到胞外而留在细胞内代谢产物不分泌到胞外而留在细胞内，因此要得到大量次，因此要得到大量次级代谢产物须进行高密度培养；级代谢产物须进行高密度培养；细胞在培养液中会形成多细胞聚集体，黏度较大，悬浮培细胞在培养液中会形成多细胞聚集体，黏度较大，悬浮培养较困难，还会发生细胞在反应器壁黏附的情况；养较困难，还会发生细胞在反应器壁黏附的情况；植物培养细胞易发生反分化植物培养细胞易发生反分化，从而导致目的产物含量低于，从而导致目的产物含量低于原植物体的含量。原植物体的含量。植物细胞与组织的培养方法植物细胞与组织的培养方法植物细胞与组织的培养方法主要分为体外植物细胞与组织的培养方法主要分为体外游离细胞培养游离细胞培养和和植物组植物组织培养织培养。游离细胞培养：游离细胞培养：由植物组织挖块获取由植物组织挖块获取无菌细胞株无菌细胞株，然后在固体培，然后在固体培养基上筛选和培养养基上筛选和培养愈伤组织愈伤组织，使其分散在液体培养基中振荡培养，使其分散在液体培养基中振荡培养，形成形成单细胞单细胞或或多细胞聚集体多细胞聚集体培养物。培养物。植物植物组织培养组织培养也称为也称为器官培养器官培养，也是由，也是由愈伤组织愈伤组织出发，然后在固出发，然后在固体培养基上用生长素诱导愈伤组织分化形成器官，之后培养人工体培养基上用生长素诱导愈伤组织分化形成器官，之后培养人工种子和种苗并进行种植与繁殖。种子和种苗并进行种植与繁殖。生物反应器中进行的植物细胞培养过程的方式与微生物发酵过程生物反应器中进行的植物细胞培养过程的方式与微生物发酵过程基本相同。基本相同。植物细胞反应器植物细胞反应器1 1 悬浮培养反应器悬浮培养反应器 植物细胞悬浮培养的基本型式是植物细胞悬浮培养的基本型式是机械搅拌反应器机械搅拌反应器，采用机械搅，采用机械搅拌反应器可使物料混合均匀，也能完全满足细胞对反应器的供氧拌反应器可使物料混合均匀，也能完全满足细胞对反应器的供氧要求。要求。 机械搅拌式反应器应用于植物细胞培养，存在的主要问题是机机械搅拌式反应器应用于植物细胞培养，存在的主要问题是机械搅拌引起的械搅拌引起的细胞剪切损伤细胞剪切损伤，因此有许多研究者对搅拌式反应器，因此有许多研究者对搅拌式反应器做适当做适当改进改进以适应植物细胞培养的要求。以适应植物细胞培养的要求。气升式反应器的对细胞剪切小气升式反应器的对细胞剪切小，气升式反应器也能够满足植物细，气升式反应器也能够满足植物细胞的需氧的传质要求。胞的需氧的传质要求。固定化植物细胞反应器固定化植物细胞反应器固定化技术能够固定化技术能够克服细胞在培养过程中表现的不均一性克服细胞在培养过程中表现的不均一性、避免流避免流体剪切力的作用体剪切力的作用和和实现连续操作实现连续操作。p（l l）填充床反应器）填充床反应器p 在反应器中，细胞位于支撑在反应器中，细胞位于支撑物表面，或包埋于支撑物中。物表面，或包埋于支撑物中。培养基流经支撑物颗粒。培养基流经支撑物颗粒。优点优点: :单位反应器体积的细胞容量较单位反应器体积的细胞容量较大。大。缺点：缺点：反应器流体混合效反应器流体混合效果差，过程参数难以控制，床果差，过程参数难以控制，床层易被小颗粒物堵塞，流动阻层易被小颗粒物堵塞，流动阻力较大。力较大。（2 2）流化床反应器）流化床反应器 利用液体和气体使固定化细利用液体和气体使固定化细胞胞悬浮在反应介质中悬浮在反应介质中。优点。优点是是混合效果好混合效果好，但流体的剪，但流体的剪切力和固定化颗粒的碰撞常切力和固定化颗粒的碰撞常使支撑物破裂，而且流体力使支撑物破裂，而且流体力学条件复杂使放大困难。学条件复杂使放大困难。光照生物反应器光照生物反应器 微藻等光合微生物和光自养型植物微藻等光合微生物和光自养型植物 细胞的培养装置称为细胞的培养装置称为光照生物反应器光照生物反应器。光光照照培培养养时时需需要要足足够够的的光光照照，同同时时需需要要对对培培养养系系统统供供应应大大量量的的COCO2 2和和排排出出所所产产生生的的氧氧气气。根根据据这这种种特特点点，光光照照生生物物反反应应器器需需配配置置复复杂杂的的光光照照系系统统和和良良好好的的传传质质条条件件，其其混混合合条条件应有利于细胞的悬浮和沿光照表面的充分混合。件应有利于细胞的悬浮和沿光照表面的充分混合。 微藻光合生物反应器微藻光合生物反应器微藻大规模培养反应器有两类，一类是敞开式反应器；另一类微藻大规模培养反应器有两类，一类是敞开式反应器；另一类是封闭式反应器。是封闭式反应器。敞开式反应器敞开式反应器一般为占地面积较大的圆形浅水池，使用螺旋桨一般为占地面积较大的圆形浅水池，使用螺旋桨等搅拌器进行搅拌混合。等搅拌器进行搅拌混合。封闭式光照生物反应器封闭式光照生物反应器是一种能使培养液接受光照的透明容器，是一种能使培养液接受光照的透明容器，其组成包括机械搅拌或气流搅拌装置和参数控制机构等。管道其组成包括机械搅拌或气流搅拌装置和参数控制机构等。管道式反应器是主要应用的类型，已进入实用化阶段。式反应器是主要应用的类型，已进入实用化阶段。