央导流管使得中央导流管侧的液体密度低于外 部区域从而形成循环。气升式生物反应器主要 采用内循环式，但也有采用外循环式。
（2）、中空纤维管生物反应器
• 既可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性 细胞
培养基出口
细胞
空气与CO2入口
空气与CO2出口
培养基入口
（3）微载体悬浮培养反应器
以微珠为载体，让贴壁依赖型细胞生长于微 珠表面，同时通过持续搅动使微珠悬浮于培养 基中，将贴壁培养与悬浮培养结合起来
（4）机械搅拌自吸式发酵罐（P44）
• 不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空 气的发酵罐。
• 关键部件：中空的叶轮为搅拌器
• 工作原理：叶轮启动前，先用液体将之浸没， 启动后由于叶轮高速旋转，液体或空气在离心 力作用下，被甩向叶轮外缘，在叶轮中心处形 成负压，转速愈大，所成负压也愈大，由于叶 轮空腔与导气管相连通，因此空气被不断吸入 并与高速流动的液体相接触，形成细小的气泡 后分散在液体之中
传感器一般包括：
1、敏感元件；2、转换元件；3、测量电路
• 用于生物反应器的传感器应具有以下特点：
1、测量准确可靠分辨能力高，能长时间工作，稳定性好， 具有可维修性；
2、用于罐内的传感器必须能耐热，经受高温灭菌，不能 耐热的传感器可在罐外用其它方法灭菌后无菌装入；
3、材料上选用不易污染的材料，结构上选择无死角的形 状和结构，防止被培养基或微生物污染或附着；
（2）高位塔式发酵罐 （P46） • 特点：高：径=6左右；空气利用率高 • 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） • 主要部件是套筒、搅拌器
• 工作原理：
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。
能力 • 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气
管、接种管和压力表接管。 • 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气
管、温度计管和测控仪表接口。
②搅拌装置
a、搅拌的作用： • 使罐内液体混合均匀
• 打碎气泡，使氧气均匀溶解
b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90°
② 发酵罐能承受一定压力：
③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合
④发酵罐应具足够冷却面积
⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏
⑥ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污， 灭菌彻底
3、常用几种其它发酵罐
（1）气升式发酵罐（P45）
• 分为内循环及外循环两种。
• （内循环）工作原理：
• 在罐内装设上升管，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，空气自喷咀喷出后，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。
产品提取或液化
产物
副产物
废物
（二）通气发酵罐
1、分类 • 按能量的输入方式分：
机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐 2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量
一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫 少时取90%，多时取60%
（3）发酵罐的结构 ①罐体： • 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压
4、传感器要有除被测变量外不受其他变量和周围环境条 件变化影响的能力，如抗气泡或泡沫干扰；
5、反应器与传感器的密封应严密
状态参数： 黏度、pH、溶氧浓度、发酵液中溶解CO2浓度、 细胞浓度及酶活特性、菌体形态
间接参数： 氧利用速率、二氧化碳释放速率、比生产速率
五、主要参数的检测仪器
检测仪器分为：在线检测和离线检测 传感器：将各种非电量（物理量、化学量、生
物量）按一定规律转换为便于处理和传输的另 一种物理量（一般为电量）的器件，即将来自 外界的各种信号转变为电信号。
三、动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点 2、大规模动物细胞培养方法：
悬浮培养：让细胞悬浮于培养基内生长繁殖； 贴壁培养：让细胞贴附于某种基质上生长繁殖
的培养方法； 贴壁-悬浮培养：微载体培养
3、常用动物细胞培养生物反应器
（1）、气升式细胞培养生物反应器 气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中
• 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升
• 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体
• 锚式和框式搅拌器:
搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘 度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现 象
③挡板
• 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩 涡的产生
酶工程设备第七章细胞破碎与 固液分离设备义：
2、作用：为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更 多需要的生物量或代谢产物。
•
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
空气
除菌
CO2等
生物反应器
检测和控制
原材料 培养基 灭菌 底物
冷却水 产物预处理
④通气装置
• 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40-50mm；罐底中央装保护板
• 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的 0.8倍较有效
⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套
⑥机械消沫装置 P42
⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封
• 作用是防止染菌和泄漏
（4）发酵罐的基本条件
① 发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4 倍）
优点：比表面积大，单位体积培养液的细胞产
率高；将贴壁培养和悬浮培养结合起
来，培养基利用率高
缺点：搅拌时细胞易损伤，
不适合悬浮培养细胞
四、生物加工过程的参数
设定参数： 压强、温度、通气量、液位（或装液量）、搅 拌转速与搅拌功率、泡沫高度、培养基流加速 度、冷却介质流量与速度、培养基质浓度和产 物浓度