玻璃發(fā)酵罐是發(fā)酵罐中的“明星”產(chǎn)品
時間：2019.12.24
玻璃發(fā)酵罐是好氧生物反應器的典型代表，其主要組成部分有殼體、控溫部分、攪拌部分、通氣部分、進出料口、測量系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)等，主體采用不銹鋼材料，通常采用渦輪式攪拌器，攪拌軸與罐體的連接要進行無菌密封。罐體底部設有空氣分布器或噴嘴，通過空氣過濾器的無菌空氣從孔徑幾毫米的多孔管鼓入培養(yǎng)液內(nèi)。
玻璃發(fā)酵罐由置于罐頂?shù)臄嚢桦姍C以一定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，通過攪拌渦輪產(chǎn)生的液體漩渦及剪切力，將鼓入的空氣打碎成小氣泡，并均勻分散在培養(yǎng)液中。這樣，既提供了細胞生長所需氧，同時又使培養(yǎng)液濃度均勻，反應器的裝料系數(shù)一般為70～80％，系統(tǒng)通常還設有消泡裝置、參數(shù)測試元件、蛇管或夾套冷卻裝置等。
玻璃發(fā)酵罐適用于大多數(shù)的生物工程，它具有以下優(yōu)點：pH值及溫度易于控制；工業(yè)放大方法研究比較多；適合連續(xù)培養(yǎng)。不足之處是：攪拌消耗的功率較大；結(jié)構比較復雜，難以徹底拆卸清洗，易染菌；剪切力稍大，特別是培養(yǎng)絲狀菌體時，對細胞有較大損傷，等等。
作為通氣攪拌罐的主要特征之一，玻璃發(fā)酵罐提供的動力是機械攪拌罐質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、混合和懸浮物均勻分布的基本保證，攪拌裝置的設計和選擇必須綜合考慮以滿足上述要求并降低造價和動力消耗。玻璃發(fā)酵罐由電機、變速箱、攪拌軸、攪拌槳、軸封和擋板組成。
1．電機和變速箱
電機和變速箱置于罐體之外。對小型玻璃發(fā)酵罐，可以采用單相電驅(qū)動的電機，而大型反應器所用的一般均為三相電機。對大型反應器，由于電機的轉(zhuǎn)速一般遠高于攪拌轉(zhuǎn)速，必須通過變速箱降低轉(zhuǎn)速。玻璃發(fā)酵罐可以采用無級變速，不需要變速箱。在間歇培養(yǎng)時，細胞生長各個階段對剪切力和氧傳遞有不同的要求，為了降低功耗，最好采用可調(diào)速電機。
2．攪拌軸
攪拌軸既可以從頂部伸入罐體，也可以從底部伸入罐體，前者稱為上攪拌，后者稱為下攪拌。一般而言，上攪拌的制造和安裝成本要略高于下攪拌。但是，采用下攪拌時，培養(yǎng)基中的固體顆粒或者可溶性成分在水分揮發(fā)后形成的結(jié)晶會損壞軸封，使其維護成本增加。不同尺寸的通氣攪拌罐，其攪拌槳層數(shù)也不同，小型通氣攪拌罐一般只有一層攪拌槳，而大型通氣攪拌罐一般具有2～4層攪拌槳以改善混合和傳質(zhì)。
3．軸封
軸封的主要作用是防止環(huán)境中的微生物侵入反應器以及培養(yǎng)液等發(fā)生泄漏。機械傳動部件往往是造成染菌的主要原因之一，因此軸封設計的關鍵是避免染菌和泄漏，應盡可能采用無菌密封材料。
4．擋板
為防止攪拌時液面上產(chǎn)生大的旋渦，并促進罐內(nèi)流體在各個方向的混合，與攪拌槳相對應，在罐體上還安裝有擋板。擋板的設計要滿足“全擋板條件”。所謂全擋板條件，是指在攪拌罐中再增加擋板或其它附件時，攪拌功率不再增加，全擋板條件是達到消除液面漩渦的最低條件。
5．攪拌槳
玻璃發(fā)酵罐根據(jù)攪拌所產(chǎn)生的流體運動的初始方向，可以將攪拌槳分為徑向流攪拌槳和軸向流攪拌槳，徑向流攪拌槳將流體向外推進，遇反應器內(nèi)壁和檔板后再向上下兩側(cè)折返，產(chǎn)生次生流，軸向流攪拌槳則使流體一開始就沿軸向運動。一般而言，帶軸向流攪拌槳的反應器，其功率準數(shù)較低，達到同樣混合效果所需消耗的能量要遠低于徑向流攪拌槳。徑向流攪拌槳所造成的剪切力大于軸向流攪拌槳，這有利于打碎氣泡，從而增大總括氧傳遞速率常數(shù)，但會對有些細胞產(chǎn)生傷害。因此，玻璃發(fā)酵罐用于對剪切力不敏感的好氧細菌和酵母的培養(yǎng)，而軸向流攪拌槳多用于對剪切力敏感的生物反應體系。對于玻璃發(fā)酵罐，可采用這兩類攪拌槳混合配置的設計，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。
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玻璃發(fā)酵罐適用于大多數(shù)的生物工程，它具有以下優(yōu)點：pH值及溫度易于控制；工業(yè)放大方法研究比較多；適合連續(xù)培養(yǎng)。不足之處是：攪拌消耗的功率較大；結(jié)構比較復雜，難以徹底拆卸清洗，易染菌；剪切力稍大，特別是培養(yǎng)絲狀菌體時，對細胞有較大損傷，等等。
作為通氣攪拌罐的主要特征之一，玻璃發(fā)酵罐提供的動力是機械攪拌罐質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、混合和懸浮物均勻分布的基本保證，攪拌裝置的設計和選擇必須綜合考慮以滿足上述要求并降低造價和動力消耗。玻璃發(fā)酵罐由電機、變速箱、攪拌軸、攪拌槳、軸封和擋板組成。
1．電機和變速箱
電機和變速箱置于罐體之外。對小型玻璃發(fā)酵罐，可以采用單相電驅(qū)動的電機，而大型反應器所用的一般均為三相電機。對大型反應器，由于電機的轉(zhuǎn)速一般遠高于攪拌轉(zhuǎn)速，必須通過變速箱降低轉(zhuǎn)速。玻璃發(fā)酵罐可以采用無級變速，不需要變速箱。在間歇培養(yǎng)時，細胞生長各個階段對剪切力和氧傳遞有不同的要求，為了降低功耗，最好采用可調(diào)速電機。
2．攪拌軸
攪拌軸既可以從頂部伸入罐體，也可以從底部伸入罐體，前者稱為上攪拌，后者稱為下攪拌。一般而言，上攪拌的制造和安裝成本要略高于下攪拌。但是，采用下攪拌時，培養(yǎng)基中的固體顆粒或者可溶性成分在水分揮發(fā)后形成的結(jié)晶會損壞軸封，使其維護成本增加。不同尺寸的通氣攪拌罐，其攪拌槳層數(shù)也不同，小型通氣攪拌罐一般只有一層攪拌槳，而大型通氣攪拌罐一般具有2～4層攪拌槳以改善混合和傳質(zhì)。
3．軸封
軸封的主要作用是防止環(huán)境中的微生物侵入反應器以及培養(yǎng)液等發(fā)生泄漏。機械傳動部件往往是造成染菌的主要原因之一，因此軸封設計的關鍵是避免染菌和泄漏，應盡可能采用無菌密封材料。
為防止攪拌時液面上產(chǎn)生大的旋渦，并促進罐內(nèi)流體在各個方向的混合，與攪拌槳相對應，在罐體上還安裝有擋板。擋板的設計要滿足“全擋板條件”。所謂全擋板條件，是指在攪拌罐中再增加擋板或其它附件時，攪拌功率不再增加，全擋板條件是達到消除液面漩渦的最低條件。
5．攪拌槳
玻璃發(fā)酵罐根據(jù)攪拌所產(chǎn)生的流體運動的初始方向，可以將攪拌槳分為徑向流攪拌槳和軸向流攪拌槳，徑向流攪拌槳將流體向外推進，遇反應器內(nèi)壁和檔板后再向上下兩側(cè)折返，產(chǎn)生次生流，軸向流攪拌槳則使流體一開始就沿軸向運動。一般而言，帶軸向流攪拌槳的反應器，其功率準數(shù)較低，達到同樣混合效果所需消耗的能量要遠低于徑向流攪拌槳。徑向流攪拌槳所造成的剪切力大于軸向流攪拌槳，這有利于打碎氣泡，從而增大總括氧傳遞速率常數(shù)，但會對有些細胞產(chǎn)生傷害。因此，玻璃發(fā)酵罐用于對剪切力不敏感的好氧細菌和酵母的培養(yǎng)，而軸向流攪拌槳多用于對剪切力敏感的生物反應體系。對于玻璃發(fā)酵罐，可采用這兩類攪拌槳混合配置的設計，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。
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HOLVES提供不同類型的發(fā)酵罐知識、技術文章，例如：發(fā)酵罐發(fā)展歷史、發(fā)酵罐日常保養(yǎng)。在發(fā)酵罐產(chǎn)品更新方面，最新的新生代實驗室玻璃發(fā)酵罐，能滿足更多用戶的需求。
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