高效气升式发酵罐：原理和用途

气升式发酵罐是一种新型 生物发酵罐 该装置于上世纪末开始研发和应用。该装置非正式的混合结构，可以最大限度地减少菌体的产出，同时也降低了机械剪切功率，尤其适用于菌丝体种类繁多的真菌。改进的气液混合结构大大提高了氧气的输送和利用率，尤其适用于高粘度介质和溶解氧含量高的产品。

气升式生物反应器还可根据用户需求设计内循环、外循环两种循环方式，也可由设计制造衍生 光生物反应器，广泛应用于光菌、光藻的培养。本文主要带您了解气升式发酵罐的特点、工作原理以及各种用途。

1. 气升式发酵罐的特点

• 气升式发酵罐与机械搅拌发酵罐相比，可节省电力70%-80%，降低生产成本。
• 气升式发酵罐无密封装置，无泄漏，设备无死区，灭菌彻底，细菌滋生的机会大大减少，无菌操作可靠性高。
• 气升式发酵罐效率高，输氧效率高，可满足任何地域、季节各种需氧微生物的发酵生产。
• 气升式发酵罐的机械剪切力对微生物的损伤较小，加之其溶解氧充足且及时除去，为微生物提供了良好的生长环境，能有效促进新陈代谢，加速产品的积累，提高产品的生产率和转化率。
• 气升式发酵罐相对于其他发酵罐更容易实现大型化、自动化，设备容积可以从20L到200kl，制造、安装、操作、维护等都没有什么难度，设备的控制因素也比搅拌罐少，容易实现自动化控制。
• 气升式发酵罐还具有工作噪音小、安装系数高、基本免维护等特点。

 

当然，没有一种生物发酵罐是完美的，也存在一些缺点：

• 气升式发酵罐由于受罐体结构本身的影响，工作时所需的空气通量很大。
• 与机械搅拌发酵罐相比，气升式发酵罐的混合、接触性较差，对于高粘度的发酵产物，不能有效保证气液混合均匀。
• 当循环的有机体和运行条件发生变化时，底物、营养物和氧气的量不能保持一致；
• 混合与通风是耦合问题，即不改变通风就很难改善混合情况。

因此结合多年生物发酵罐改造案例，我们认为新型气升式发酵罐宜采用矮肥型，直桶高度控制在16m以下为宜，这样可以降低气系统能耗；同时采用新型节能节气节气装置—气液旋流混合器，增加发酵罐内溶解氧，这样可以最大程度地发挥气升式发酵罐的潜力。

2. 气升式发酵罐的工作原理

气升式生物反应器的类型很多，常见的有气升式循环、鼓泡式、气流喷射式等。循环式气升发酵罐又分为内循环和外循环。生物发酵罐工业上已大量采用的气升式发酵罐有气升式内循环发酵罐、气液双喷射气升式发酵罐、多层分布板的塔式升发酵罐等。鼓泡罐是最原始的通风发酵罐，当然鼓泡式反应器内没有导流桶，所以液体的主要导向流是不受控制的。

简单来说，气升式生物反应器的工作原理就是将无菌空气通过空气分布装置喷入正在发酵的发酵液中，含气量少的发酵液下沉，形成循环流动，达到混合、溶氧的目的。

3. 气升发酵罐的用途

气升式生物反应器是用于大规模需氧培养的塔式反应器，其中培养液的混合是通过气升泵插入的气体完成的。气升式发酵罐的应用历史悠久，该装置可广泛应用于抗生素、氨基酸、酶、维生素、有机酸等有氧发酵工艺。

目前气升式生物反应器在国内主要用于谷氨酸、抗生素、油酸、糖化酶、柠檬酸等生产，设备容积已达14万L，投入使用后取得了十分显著的经济效益，发酵所需的空气在静态混合组件内外流动，带动发酵液循环，促进气液的充注和混合。

在化学品方面，气升式发酵罐可用于气-液、气-液-固反应过程。

在环保方面，可以用于污水处理。

4.气升式发酵罐的分类

（1）玻璃气升式发酵罐
玻璃气升式发酵罐广泛应用于科研院所、企业等微生物实验室，是进行精密发酵检测的理想工具。可应用于生物发酵培养的培养基配方筛选、发酵工艺参数优化、生产工艺及菌种验证等。
规格通常为：5L、7L、10L；气流搅拌，剪切力小；观察清晰；适用于以微生物细胞为目的产物的微生物反应、大型真菌发酵，也可用于一些对溶氧要求不高的微生物代谢反应。有内循环、外循环两种结构形式可供选择。

（2）不锈钢气升式发酵罐
与玻璃发酵罐不同，不锈钢发酵罐通常结构更复杂，广泛应用于大规模工业生产，如制药、食品、化工等领域。不锈钢发酵罐适用于所有类型的发酵过程，包括需氧发酵和厌氧发酵。它能够满足不同发酵工艺的要求，并可进行多种微生物的培养和代谢产物的生产。

（3）工业气升式发酵罐
工业气升式发酵罐是广泛应用于大规模工业发酵生产的一种生物反应器，在制药工业中用于生产抗生素、疫苗、生物药品等；在食品饮料工业中用于发酵生产氨基酸、维生素、酶制剂、酒精等；在化工工业中用于生产有机酸、生物聚合物等，例如谷氨酸发酵、青霉素发酵等，常用气升式发酵罐进行规模化生产。

对于目前“节能减排”观念浓厚的社会，加上发酵工业的快速发展，气升式发酵罐将逐渐成为生物发酵罐中的“罐王”。由于其结构简单，制造容易，操作维护简便，有较高的溶氧率和溶氧效率，传热好，剪切力小，对生物细胞的损伤小，耗电量低等优点，能给发酵工业带来更多的利润。

 

但在循环管内循环的时间需要根据所培养微生物的种类及耗氧速率来确定，若控制不当，会严重影响微生物的活力，降低发酵的生产率。

因此，我们将继续探索优化气升式发酵罐的结构，以期待更好的气升式发酵罐投入市场，给生物发酵罐行业带来更多的惊喜。