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(yīng)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(shè)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(yīng)器的裝料系數(shù)一般為70～80％，系統(tǒng)通常還設(shè)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(gòu)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(shè)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(yīng)器所用的一般均為三相電機。對大型反應(yīng)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(yīng)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(shè)計的關(guān)鍵是避免染菌和泄漏，應(yīng)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(yīng)，在罐體上還安裝有擋板。擋板的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)計，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。
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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(shè)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(yīng)器所用的一般均為三相電機。對大型反應(yīng)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(yīng)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(shè)計的關(guān)鍵是避免染菌和泄漏，應(yīng)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(yīng)，在罐體上還安裝有擋板。擋板的設(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè)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(shù)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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