呼和浩特职业学院：《发酵技术》课程教学资源（教案讲义）项目3 发酵设备.doc_大学文库

项目3发酵设备尽量减少杂菌和噬菌体污染是微生物反应器所必须具备的第一个条件。反应器内壁和管道焊接的部分，要求平滑、无裂缝和塌陷。此外，阀门应保持清洁。所有阀门和接管处必须用蒸汽灭菌。容器主体的结构要简单、容易清洗。当反应器受到的外压略大于内压时，要防止液体和空气从反应器外流入器内。根据反应是否需要氧气为基准，微生物反应器可分为需氧微生物反应器（通气发酵罐)和厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）。厌氧微生物反应器，除了必须具备上述对付杂菌和噬菌体的措施外，还要很好地考虑温度和pH控制方便，那么，这种反应器的设计和操作还是比较容易的。对于设计需氧微生物反应器，除了考虑对付杂菌污染和温度、pH容易控制外，还要求尽量降低动力费用和提高溶解氧容量传质系数k,a。通常，可先设计出实验室规模的各种型式的反应器，但真能应用到工业上的只有少数几种类型。除了一、二种型式外，大部分微生物反应器都是针对微生物悬浮在培养基中的，统称为深层发酵罐的形式。 §1.通气搅拌罐通气搅拌罐是最常用的需氧微生物反应器，典型的形式如图示。反应器主体用不锈钢制造，搅拌桨叶有平叶涡轮式或弯叶涡轮式。实验室规模的反应器中，一般采用一挡搅拌器，而工业规模反应器则装配两挡以上的搅拌器。安装搅拌轴的轴承必须无菌密封。罐内装配4~6块挡板。无菌空气从分布器或喷咀吹进：罐温用夹套或蛇管调节。操作时，为要使气体和气泡能停留在反应器的液面上部空间，液体装量只能装到占反应器总容积的70~80%。培养液容易产生泡沫，须用机械方法破泡或加消泡剂消泡。如培养液直接在罐内用蒸汽灭菌，则蛇管需有相应的传热面积，以配合灭菌后冷却需要。反应过程中所产生的热量来自微生物反应热和克服搅拌粘性应力所消耗的能量。对间歇操作，则以前者为主，可以微生物反应热的最大值作为设计基准。通气搅拌罐有下列优点：(I)pH和温度容易控制（②）尺寸放大的方法大致己确定(3)适用于CSTR等。反之，也有下列缺点：(1)搅拌功率消耗大(2)因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染。此外，虽装有无菌密封装置，但在轴承处还会发生杂菌污染。（③）培养丝状菌时，常用搅拌桨叶的剪切力致使菌丝易 1

1 项目 3 发酵设备尽量减少杂菌和噬菌体污染是微生物反应器所必须具备的第一个条件。反应器内壁和管道焊接的部分，要求平滑、无裂缝和塌陷。此外，阀门应保持清洁。所有阀门和接管处必须用蒸汽灭菌。容器主体的结构要简单、容易清洗。当反应器受到的外压略大于内压时，要防止液体和空气从反应器外流入器内。根据反应是否需要氧气为基准，微生物反应器可分为需氧微生物反应器（通气发酵罐）和厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐）。厌氧微生物反应器，除了必须具备上述对付杂菌和噬菌体的措施外，还要很好地考虑温度和 pH 控制方便，那么，这种反应器的设计和操作还是比较容易的。对于设计需氧微生物反应器，除了考虑对付杂菌污染和温度、pH 容易控制外，还要求尽量降低动力费用和提高溶解氧容量传质系数 kLa。通常，可先设计出实验室规模的各种型式的反应器，但真能应用到工业上的只有少数几种类型。除了一、二种型式外，大部分微生物反应器都是针对微生物悬浮在培养基中的，统称为深层发酵罐的形式。 §1.通气搅拌罐通气搅拌罐是最常用的需氧微生物反应器，典型的形式如图示。反应器主体用不锈钢制造，搅拌桨叶有平叶涡轮式或弯叶涡轮式。实验室规模的反应器中，一般采用一挡搅拌器，而工业规模反应器则装配两挡以上的搅拌器。安装搅拌轴的轴承必须无菌密封。罐内装配 4～6 块挡板。无菌空气从分布器或喷咀吹进；罐温用夹套或蛇管调节。操作时，为要使气体和气泡能停留在反应器的液面上部空间，液体装量只能装到占反应器总容积的 70～80％。培养液容易产生泡沫，须用机械方法破泡或加消泡剂消泡。如培养液直接在罐内用蒸汽灭菌，则蛇管需有相应的传热面积，以配合灭菌后冷却需要。反应过程中所产生的热量来自微生物反应热和克服搅拌粘性应力所消耗的能量。对间歇操作，则以前者为主，可以微生物反应热的最大值作为设计基准。通气搅拌罐有下列优点：⑴ pH 和温度容易控制 ⑵尺寸放大的方法大致已确定 ⑶适用于 CSTR 等。反之，也有下列缺点：⑴搅拌功率消耗大 ⑵因罐内结构复杂，不易清洗干净，易被杂菌污染。此外，虽装有无菌密封装置，但在轴承处还会发生杂菌污染。 ⑶培养丝状菌时，常用搅拌桨叶的剪切力致使菌丝易

被切断，细胞易受损伤。一、机械搅拌发酵罐搅拌的作用：①液体通风后进入的气泡在搅拌中随者液体旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持的空气数量增加，实际上是增加了传质量。②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比表面积。③搅速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加了传氧速率。Re=ND卫 1.发酵罐的基本条件 ①发酵罐应具有适宜的高径比。一般高度与直径之比为1.7~4倍左右，罐身越高，氧的利用率较高。 ②发酵罐能承受一定的压力：因为罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力（气压和液压）和温度，所以罐体各部分要能承受一定的压力。 ③发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。 ④发酵罐应具有足够的冷却面积。这是因为微生物生长代谢过程放出大量的热量必须通过冷却来调节不同发酵阶段所需的温度。 ⑤发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底。 ⑥搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。 2.发酵罐罐体的尺寸比例罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7一4倍左右，新型的高位罐高：径=10以上，其优点使大大提高了空气的利用率，但压缩空气的压力需要较高，料液不易混合均匀。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组的间距s约为搅拌器直径的三倍。大型发酵罐，可安装三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器与风管出口较近为好，与罐底的距离c一般等于搅拌器直径D,但也不易小于0.8D,否则会影响液体的循环。最常见的发酵罐各部分比例尺寸如图(《发酵工程与设备》乃s)。 3.发酵罐的部分部件 ①搅拌器和挡板搅拌器分平叶式、弯叶式、箭叶式三种，因外多用平叶，我因多用弯叶。其作用式打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。平叶式功率消耗 2

2 被切断，细胞易受损伤。一、机械搅拌发酵罐搅拌的作用：①液体通风后进入的气泡在搅拌中随着液体旋转使之所走路程延长，使发酵液中保持的空气数量增加，实际上是增加了传质量。②通过搅拌，大气泡被搅拌器打碎，增加比表面积。③搅拌速度越快，搅拌雷诺准数增加，增加了传氧速率。   2 Re ND = 。 1．发酵罐的基本条件 ① 发酵罐应具有适宜的高径比。一般高度与直径之比为 1.7～4 倍左右，罐身越高，氧的利用率较高。 ② 发酵罐能承受一定的压力：因为罐在消毒及正常工作时，罐内有一定的压力（气压和液压）和温度，所以罐体各部分要能承受一定的压力。 ③ 发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧。 ④ 发酵罐应具有足够的冷却面积。这是因为微生物生长代谢过程放出大量的热量必须通过冷却来调节不同发酵阶段所需的温度。 ⑤ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底。 ⑥ 搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏。 2．发酵罐罐体的尺寸比例罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为 1.7～4 倍左右，新型的高位罐高：径=10 以上，其优点使大大提高了空气的利用率，但压缩空气的压力需要较高，料液不易混合均匀。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组的间距 s 约为搅拌器直径的三倍。大型发酵罐，可安装三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器与风管出口较近为好，与罐底的距离 c 一般等于搅拌器直径 Di ，但也不易小于 8Di 0. ，否则会影响液体的循环。最常见的发酵罐各部分比例尺寸如图（《发酵工程与设备》 P155 ）。 3．发酵罐的部分部件 ①搅拌器和挡板搅拌器分平叶式、弯叶式、箭叶式三种，国外多用平叶，我国多用弯叶。其作用式打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。平叶式功率消耗

较大，在同样雷诺准数时，提供溶解氧多：箭叶式，k,α较小，混合较好，适合于菌丝体发酵液，因为剪切力小，弯叶式介于二者之间。挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。挡板宽度一般为(0.1~0.2)D,装设4~6块即可满足全挡板条件全挡板条件是指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： D D-罐直径(mm) ”一挡板数 W一挡板宽度(mm) 竖立的蛇管、列管、排管等，也可起挡板作用，故一般具有冷却列管式的罐内不另设挡板，但对于盘管，仍应设挡板。挡板的长度从液面起至罐底为止。挡板与罐壁之间的距离为(15~1/8)W,避免形成死角，防止物料与菌体堆积。 ②消泡器消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20mm。 ③空气分布装置空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的是单管式，管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40mm,这样的空气分散效果较好。距离过大，分散效果较差，这可根据溶氧情况适当调整。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。环形管的分布装置以环径为搅拌器直径的0.8倍较有效，喷孔直径为中5~8mm,喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。这种空气分布装置的空气分散效果不如单管式。同时由于喷孔容易堵塞，现已很少采用。通常风管内空气流速取20m/sc。通风量在0.02~0.5msc时，气泡的直径与空气喷口直径的1/3次方成正比，也就是喷口直径越小，气泡直径越小，而氧的传质系数越大。但实际生产的通风量均超过上述范围，此时气泡直径与风量有关，而与喷口直径无关，所以单管的 3

3 较大，在同样雷诺准数时，提供溶解氧多；箭叶式， kLa 较小，混合较好，适合于菌丝体发酵液，因为剪切力小，弯叶式介于二者之间。挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。挡板宽度一般为（0.1～0.2）D，装设 4～6 块即可满足全挡板条件。全挡板条件是指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： ( ) －挡板宽度（）－挡板数－罐直径（） W mm z D mm z D D z D W 0.5 0.1 ~ 0.2  = =      竖立的蛇管、列管、排管等，也可起挡板作用，故一般具有冷却列管式的罐内不另设挡板，但对于盘管，仍应设挡板。挡板的长度从液面起至罐底为止。挡板与罐壁之间的距离为（1 5 ~1 8）W ，避免形成死角，防止物料与菌体堆积。 ②消泡器消泡器的作用是将泡沫打破。最常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约 10～20mm。 ③空气分布装置空气分布装置的作用是吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的是单管式，管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40mm，这样的空气分散效果较好。距离过大，分散效果较差，这可根据溶氧情况适当调整。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。环形管的分布装置以环径为搅拌器直径的 0.8 倍较有效，喷孔直径为φ5～8mm，喷孔向下，喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。这种空气分布装置的空气分散效果不如单管式。同时由于喷孔容易堵塞，现已很少采用。通常风管内空气流速取 20m sec。通风量在 0.02 ~ 0.5ml sec 时，气泡的直径与空气喷口直径的 1 3 次方成正比，也就是喷口直径越小，气泡直径越小，而氧的传质系数越大。但实际生产的通风量均超过上述范围，此时气泡直径与风量有关，而与喷口直径无关，所以单管的

4 分布装置的分布效果并不低于环形管。 ④轴封轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，调料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。填料室的宽度可根据轴封的直径决定，其宽度为： S =（1.4～2）d（mm） d－转轴直径（mm）填料室的高度为： H = 4S～6S（mm）填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：①死角多，很难彻底灭菌，易渗漏和灭菌 ②轴的磨损较严重 ③填料压紧后摩擦功率消耗大 ④寿命短。因此目前多采用端面式轴封。端面式轴封又叫机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）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。优点：①清洁 ②密封可靠，在较长地使用期中，不会泄漏或很少泄漏 ③无死角，可以防止杂菌污染 ④使用寿命长，质量好的可用 2～5 年不需维修。 ⑤ 摩擦功率耗损小，一般为填料函式的 10～50％。 ⑥轴或轴套不受磨损 ⑦它对轴的精度和光洁度没有填料函那么要求严格，对轴的震动敏感性小。∴在工厂得到广泛应用。但结构比填料函复杂，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。 4．部分参数的计算 ⑴溶解氧容量传质系数对一挡搅拌器而言， kLa 的经验式大体上可整理为通气时罐内单位体积液体所需功率 Pg v（W m 3）和通气线速度 u（s m h）（=通气流量罐截面积）的函数，即 ( )   L g us k a  P v 式中：  = 0.4 ~ 0.9， = 0.4 ~ 0.8 ，根据搅拌罐所需功率的知识，即 3 2 g n Di P v  ，则上式也可整理为： ( )   L i s k a n D u 3 2  的形式，多挡搅拌器的大型反应器中，可

5 采用通用式表示： ( )( )  r kLa Ni Pg v us n 0.4 0.5 0.5  2.0 + 2.8 式中： r为常数，取1.4～1.6，Ni为搅拌器挡数，n为搅拌转速（转分）。上两式中，通气项以 us 表示。微生物反应器的通气量则可用单位 vvm 表示。它是指单位体积培养液单位时间（分钟）中通入的空气体积，通常为 1～2 vvm。 ⑵所需功率有挡板条件下，如不通气时搅拌所需功率为 P0 ，按照 J.H.Rushton 等的研究，可将搅拌功率整理为以搅拌桨叶直径 Di 为基准的雷诺数 Di n L  L 2 对功率准数 3 5 P0  Ln Di 的关系。湍流状态时 3 5 P0  Ln Di =常数，常数值决定于搅拌器形状。详见化学工程手册等。但 Rushton 关系式中的的 P0 却不包括传动和动力传递部分所需的功率，它只代表有效的搅拌功率。通气情况下，搅拌所需功率大为减少。通气时搅拌所需功率  Pg 的改良式为： ( ) 0.45 0.56 3 0 1.9          =  Q p P nD P i g －通气量（升分），－反应器内的压力（），为通气和不通气   Q p atm P Pg , 0 时搅拌电动机所消耗的功率。尽管反应器的类型不同，容积不同（30～42 3 m ）和结构不同，但上述关系总是成立的。此外，通气搅拌罐的总消耗功率等于通气时的搅拌所需功率与通气本身所需功率之和。二、自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。这种发酵罐起源于六十年代，最初用于醋酸的发酵，转子的转数为 1450转分，吸气比为 0.07vvm。这种设备的耗电量小，能保证发酵所需的空气，并能使气泡分离细小，均匀地接触，吸入的空气中 70～80％的氧被利用，使酒精转化为醋酸的转化率达 96～97％，每吨醋酸发酵液耗电量约为 1KW h。在我国，自吸式发酵罐已用于医药工业、酵母工业、生产葡萄糖酸钙、力复

霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。通过实践，证明自吸式发酵罐有这些优点： ①节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器设备，诚少厂房占地面积。 ②减少工厂发酵设备投资约30%左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，每升容积酵母的产量可高达30~50g。 ③设备便于自动化、连续化，降低老定强度，减少劳动力。 ④酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。 ⑤设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。工作原理：自吸式发酵罐的构件主要使自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子。转子由罐底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。在转子启动前，先用液体将转子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，若转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大，则流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也愈大，排出的风量也越大。图当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此大气的空气不断地被吸入，甩向叫轮的外缘，通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮周围形成强烈的混合流（湍流），使刚离开叶轮的空气立即在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合，翻腾，扩散到整个罐中，因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。三、带升式发酵罐机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风，靠机械搅拌作用使气泡分割细碎，与培养基充分混合，密切接触，以提高氧的吸收系数：设备构造比较复杂，动力消耗较大。采用带升式罐可以克服这些缺点，其特点是：结构简单，冷却面积小：无搅拌传动设备，节约动了约50%，节约钢材：操作无噪音：料液可充满达80~ 90%,而不需加消泡剂：维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。缺点：不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低

6 霉素、维生素 C、酵母、蛋白酶等。取得了良好的成绩。通过实践，证明自吸式发酵罐有这些优点： ① 节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器设备，减少厂房占地面积。 ② 减少工厂发酵设备投资约 30％左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，每升容积酵母的产量可高达 30～50g。 ③ 设备便于自动化、连续化，降低老定强度，减少劳动力。 ④ 酵母发酵周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。 ⑤ 设备结构简单，溶氧效率高，操作方便。缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。工作原理：自吸式发酵罐的构件主要使自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子。转子由罐底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。在转子启动前，先用液体将转子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，若转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大，则流体的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为压力能也愈大，排出的风量也越大。图当转子空膛内的流体从中心被甩向外缘时，在转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此大气的空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过导向叶轮而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮周围形成强烈的混合流（湍流），使刚离开叶轮的空气立即在循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在湍流状态下混合，翻腾，扩散到整个罐中，因此自吸式充气装置在搅拌的同时完成了充气作用。三、带升式发酵罐机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风，靠机械搅拌作用使气泡分割细碎，与培养基充分混合，密切接触，以提高氧的吸收系数；设备构造比较复杂，动力消耗较大。采用带升式罐可以克服这些缺点，其特点是：结构简单，冷却面积小；无搅拌传动设备，节约动了约 50％，节约钢材；操作无噪音；料液可充满达 80～ 90％，而不需加消泡剂；维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。缺点：不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度大的发酵液溶氧系数较低

工作原理：在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成个循环系统。在上升管的下部装设空气喷咀，空气喷咀以250~300(ms)的速度喷入上升管，借喷咀的作用使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。四、伍式发酵罐伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。图搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套简外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。这种发酵罐多应用纸浆废液发酵生产酵母。设备的缺点是结构复杂，清洗套筒较困难，消耗功率较高。五、文氏管发酵罐图用泵将发酵液压入文氏管中，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体混合，增加发酵液中的溶解氧。这种设备的优点是：吸氧的效率高，气、液、固三相均匀混合，设备简单，无须空气压缩机及搅拌器，动力消耗省。据实验证明：收缩段中液体的雷诺准数在e=6×104以上时，气体的吸收率最高。如果液体流速再增高，虽然吸入气体量有所增加，但由于压力损失也增加，动力消耗也增加，总的吸收效率反而降低。其缺点是：气体吸入量与液体循环量之比降低，对于耗氧量较大的微生物发酵不适宜。此设备己适用于宇宙飞船的密封舱中，利用藻类的光合作用将气体中的C0 还原成氧。如果氮气中含有4%C0,利用文氏管装置只要一个循环就可使其中的C0,降低到2%。此外，在污水处理和石油发酵中也正在研究使用。六、塔式发酵罐图塔式发酵键又叫空气搅拌高位发酵罐，其特点是：罐子高，高：径=6左右，罐内装有导流筒。由于液位高，空气利用率高，节省空气约50%，节省动力约 7

7 工作原理：在罐外装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷咀，空气喷咀以 250～300（ m s ）的速度喷入上升管，借喷咀的作用使空气泡分割细碎，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。四、伍式发酵罐伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。图搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。这种发酵罐多应用纸浆废液发酵生产酵母。设备的缺点是结构复杂，清洗套筒较困难，消耗功率较高。五、文氏管发酵罐图用泵将发酵液压入文氏管中，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体混合，增加发酵液中的溶解氧。这种设备的优点是：吸氧的效率高，气、液、固三相均匀混合，设备简单，无须空气压缩机及搅拌器，动力消耗省。据实验证明：收缩段中液体的雷诺准数在 4 Re = 610 以上时，气体的吸收率最高。如果液体流速再增高，虽然吸入气体量有所增加，但由于压力损失也增加，动力消耗也增加，总的吸收效率反而降低。其缺点是：气体吸入量与液体循环量之比降低，对于耗氧量较大的微生物发酵不适宜。此设备已适用于宇宙飞船的密封舱中，利用藻类的光合作用将气体中的 CO2 还原成氧。如果氮气中含有 4％ CO2 ，利用文氏管装置只要一个循环就可使其中的 CO2 降低到 2％。此外，在污水处理和石油发酵中也正在研究使用。六、塔式发酵罐图塔式发酵罐又叫空气搅拌高位发酵罐，其特点是：罐子高，高：径=6 左右，罐内装有导流筒。由于液位高，空气利用率高，节省空气约 50％，节省动力约