詳解玻璃發酵罐攪拌系統的結構組成
時間：2020.04.08
玻璃發酵罐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液內。攪拌器由置于罐頂的攪拌電機以一定的轉速驅動旋轉，通過攪拌渦輪產生的液體漩渦及剪切力，將鼓入的空氣打碎成小氣泡，并均勻分散在培養液中。這樣，既提供了細胞生長所需氧，同時又使培養液濃度均勻。玻璃發酵罐的裝料系數一般為70～80％。系統通常還設有消泡裝置、參數測試元件、蛇管或夾套冷卻裝置等。
玻璃發酵罐適用于大多數的生物工程，它具有以下優點：pH值及溫度易于控制；工業放大方法研究比較多；適合連續培養。不足之處是：攪拌消耗的功率較大；結構比較復雜，難以徹底拆卸清洗，易染菌；剪切力稍大，特別是培養絲狀菌體時，對細胞有較大損傷，等等。
玻璃發酵罐的攪拌系統由電機、變速箱、攪拌軸、攪拌槳、軸封和擋板組成。下面做簡要的介紹。
1、電機和變速箱
電機和變速箱置于罐體之外。對小型玻璃發酵罐，可以采用單相電驅動的電機，而大型玻璃發酵罐所用的一般均為三相電機。對大型玻璃發酵罐，由于電機的轉速一般遠高于攪拌轉速，必須通過變速箱降低轉速。實驗室小型玻璃發酵罐可以采用無級變速，不需要變速箱。在間歇培養時，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，最好采用可調速電機。
2、攪拌槳
根據攪拌所產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，遇玻璃發酵罐內壁和檔板后再向上下兩側折返，產生次生流。軸向流攪拌槳則使流體一開始就沿軸向運動。一般而言，帶軸向流攪拌槳的玻璃發酵罐，其功率準數較低，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，但會對有些細胞產生傷害。因此，徑向流攪拌槳多用于對剪切力不敏感的好氧細菌和酵母的培養，而軸向流攪拌槳多用于對剪切力敏感的生物反應體系。對于大型發酵罐，可采用這兩類攪拌槳混合配置的設計，以充分發揮各自的優點。
3、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，培養基中的固體顆粒或者可溶性成分在水分揮發后形成的結晶會損壞軸封，使其維護成本增加。不同尺寸的通氣玻璃發酵罐，其攪拌槳層數也不同，小型通氣玻璃發酵罐一般只有一層攪拌槳，而大型通氣玻璃發酵罐一般具有2～4層攪拌槳以改善混合和傳質。
4、軸封
軸封的主要作用是防止環境中的微生物侵入玻璃發酵罐以及培養液等發生泄漏。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。
5、擋板
為防止攪拌時液面上產生大的旋渦，并促進罐內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，是指在玻璃發酵罐中再增加擋板或其它附件時，攪拌功率不再增加。擋板的數目通常為4～6塊，其寬度為0.1～0.12D。全擋板條件是達到消除液面漩渦的最低條件。
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玻璃發酵罐適用于大多數的生物工程，它具有以下優點：pH值及溫度易于控制；工業放大方法研究比較多；適合連續培養。不足之處是：攪拌消耗的功率較大；結構比較復雜，難以徹底拆卸清洗，易染菌；剪切力稍大，特別是培養絲狀菌體時，對細胞有較大損傷，等等。
1、電機和變速箱
電機和變速箱置于罐體之外。對小型玻璃發酵罐，可以采用單相電驅動的電機，而大型玻璃發酵罐所用的一般均為三相電機。對大型玻璃發酵罐，由于電機的轉速一般遠高于攪拌轉速，必須通過變速箱降低轉速。實驗室小型玻璃發酵罐可以采用無級變速，不需要變速箱。在間歇培養時，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，最好采用可調速電機。
2、攪拌槳
根據攪拌所產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，遇玻璃發酵罐內壁和檔板后再向上下兩側折返，產生次生流。軸向流攪拌槳則使流體一開始就沿軸向運動。一般而言，帶軸向流攪拌槳的玻璃發酵罐，其功率準數較低，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，但會對有些細胞產生傷害。因此，徑向流攪拌槳多用于對剪切力不敏感的好氧細菌和酵母的培養，而軸向流攪拌槳多用于對剪切力敏感的生物反應體系。對于大型發酵罐，可采用這兩類攪拌槳混合配置的設計，以充分發揮各自的優點。
3、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，培養基中的固體顆粒或者可溶性成分在水分揮發后形成的結晶會損壞軸封，使其維護成本增加。不同尺寸的通氣玻璃發酵罐，其攪拌槳層數也不同，小型通氣玻璃發酵罐一般只有一層攪拌槳，而大型通氣玻璃發酵罐一般具有2～4層攪拌槳以改善混合和傳質。
4、軸封
軸封的主要作用是防止環境中的微生物侵入玻璃發酵罐以及培養液等發生泄漏。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。
5、擋板
為防止攪拌時液面上產生大的旋渦，并促進罐內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，是指在玻璃發酵罐中再增加擋板或其它附件時，攪拌功率不再增加。擋板的數目通常為4～6塊，其寬度為0.1～0.12D。全擋板條件是達到消除液面漩渦的最低條件。