体积溶氧系数kLa：单位时间单位体积溶液所吸收的气体。

影响kLa的因素：物系的性质——粘度，扩散系数，表面张力操作条件——温度，压力，通气量，搅拌转数反应器的结构——反应器的结构型式，搅拌器结构，搅拌方式剪切力的作用1、增加质量与热量传递速率2、对微生物，动植物细胞的培养造成影响机械搅拌通风发酵罐的搅拌与流变特性1、搅拌叶轮尺寸与类型●叶轮尺寸与罐直径比Di/D=0.33~0.45选用较大的叶轮或Di/D：多糖发酵，动物细胞培养；●叶轮类型的选择功率准数、混合特性，产生的液流作用力的大小2、搅拌叶尖速度与剪应力●细胞与剪切作用损害程度：细胞特性、搅拌力的性质、强度、作用时间；定性关系：球状和杆状细胞：耐受力强，丝状、动物细胞：耐受力弱；●关于搅拌剪切的反应器设计准则以搅拌叶尖线速度v为基准：v≤7.5m/s3、发酵液的流变特性液体流变特性的影响：传质、传热、混合；发酵罐设计与运转；●发酵液流变特性的类型：（1）牛顿型流体黏度不随搅拌剪切速率和剪应力而改变（粘性定律）；剪应力与剪切速率的关系：τ=F/A=μ(du/dy)=μγτ为剪应力，Pa或N/m2；F为切向力，A 为流体面积；μ为流体黏度Pa·s，γ为剪切速率（速度梯度，s－1 )；非牛顿型流体（2）宾汉塑性流体τ=τ0+μsγτ0为屈服应力，Pa;μs为表观黏度,Pa·s;如黑曲霉发酵液；（3）拟塑性和涨塑性流体τ=KγnK：均匀系数，稠度系数，Pa·sn；n：流体状态特性指数，拟塑性：0﹤n﹤1涨塑性：n﹥1如丝状菌（青霉素）、液体曲、多糖；机械搅拌通风发酵罐的的热量传递1、发酵过程的热量计算●生物反应热的计算Q发酵=Q生物+Q搅拌－Q散Q搅拌：与搅拌功率Pg有关，η功热转化率，取η=0.92；Q散发：Q蒸发、Q显、Q辐射，Q散发=0.2 Q生物；●冷却水带出的热量计算发酵过程的最大放热：Q发酵=[Wc(T2－T1)]/ VL [kJ/(m3·℃)]W:冷却水流量，kg/h；c：水的比热容，kJ/(kg·℃)；T1、T2:冷却水进出口温度，℃；VL：发酵液体积，m3;●发酵液温升测量计算旺盛期，先使罐温恒定，关闭冷却水，30min后测定发酵液的温度：Q发酵=[ (w1c1+w2c2) △T]/VL [kJ/(m3·℃)]w1、w2：发酵液和发酵罐的质量，kg；c1、c2：发酵液和发酵罐的比热容，kJ/(kg·℃)；△T：30min内发酵液的温升，℃；2、发酵罐的换热装置●换热夹套换热系数低：400~600 kJ/(m3·h·℃)；适应：5m3发酵罐；●竖式蛇管4~6组换热系数高：1200~4000 kJ/(m3·h·℃)；要求水温较低；●竖式列（排）管传热推动力大，用水量大；机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积标准发酵罐的几何尺寸H/D=1.7~4d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12B/D=0.8~1.0(s/d)2=1~5H0/D=2●公称体积指罐的筒身（圆柱）体积与底封头体积之和。

椭圆形封头体积：V1=πD2hb/4+πD2ha/6ha：椭圆封头的直边高度，m；hb：椭圆短半轴长度，标准椭圆hb=D/4；罐的全体积：V0=πD2[(H0+2(hb+D/6)]/4≈πD2 /4+0.15D3 （m3）气升式发酵罐(ALR)●工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔以250～300m/s的速度喷射进发酵液中，通过气液混合物的湍流作用使气泡碎裂，同时形成的气液混合物由于密度较低向上运动，而气含率小的发酵液则向下运动，形成循环流动，实现混合与传质。

●优缺点：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。

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；●类型：气升环流式、鼓泡式、空气喷射式；气升环流式反应器的特点●发酵液分布均匀：基质均匀分散；避免液面形成稳定的泡沫层；使淀粉类易沉降的物料悬浮分散；●较高的溶氧速率和溶氧效率●剪切力小，对细胞损伤小：适合植物细胞和组织培养；●传热良好：液体综合循环速率高；便于在外循环管路上进行换热；●结果简单，易于加工制造：无搅拌器，不需安装结构复杂的搅拌系统；容易保证密封；加工制造方便，设备投资较低；易于放大制造大型反应器；●操作维修方便自吸式发酵罐●原理：不需要空气压缩机提供压缩空气，依靠特设的机械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，同时实现混合搅拌与氧传质的发酵罐。

●特点：①节约空压机及其附属设备冷却器、油水分离器、空气贮罐、过滤器等，减少占地面积，减少设备投资约30％左右；②溶氧效率高，能耗低；③设备便于自动化、连续化，用于酵母和醋酸生产具有生产效率高优点；缺点：由于罐压较低，对某些产品生产容易造成染菌。

●自吸式发酵罐的构件主要是自吸搅拌器和导轮，又称转子及定子；喷射自吸式发酵罐●原理：发酵液通过文氏管或液体喷射装置时，在收缩段流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体均匀混合，实现氧传质。

●类型：（1）文氏管自吸式发酵罐；（2）液体喷射自吸式发酵罐。

主要用于酵母培养溢流喷射自吸式发酵罐●原理：液体溢流通过溢流喷射器形成抛射流，液体表面层与相邻的气体进行动量传递，使边界层的气体具有一定的速率，从而带动气体进入发酵罐；●溢流喷射自吸式发酵罐类型：单层、双层。

主要用于酵母培养其他类型的通风发酵设备：固定床生物反应器，卧式转盘反应器，中空纤维生物反应器，机械搅拌光照发酵罐嫌气发酵设备传统酒精发酵罐●采用圆柱形筒体，蝶形或锥形封头●温度控制：中小型罐采用罐外喷淋冷却；大型罐采用罐内蛇管或与罐外喷淋相结合的冷却方式●清洗方式：人工清洗、机械清洗●水力清洗装置：喷水管两头弯成一定的弧度并装有喷嘴，管上开有小孔，当喷嘴以一定的速度喷出水时，反作用力使喷水管旋转，从而达到对罐内各个部位水力洗涤的目的。

缺点是水压不大时，水力喷射强度和均匀度都不理想。

可在原有水力喷射装置的基础上，安装一根直立的喷水管，管上钻有小孔洗涤效果可大大提高。

新型大容量酒精发酵罐●采用斜底或锥底，顶部为锥顶，夹套冷却●由于罐太大，中心部位降温和底部循环困难。

可采用两种不同的措施：1、采用中心降温水柱对罐中心醪液进行降温，或采用罐外螺旋板换热器循环来降温；2、侧搅拌或连通器加泵循环来改善混合和滞留问题；酒精发酵罐的计算（一）发酵罐结构尺寸的确定容积：V=V0/φV0—进入发酵罐的发酵液量（m3）φ—装液系数，取0.85-0.9若采用锥形封头，则：V=πD2（H+h1/3+h2/3）/4 （m3）H—圆柱部分高度（m）D—罐的直径（m）h1 —封底高度（m）h2 —封顶高度（m）尺寸关系：H =1.1-1.5D h1 =0.1-0.14Dh2 =0.05-0.1D(二) 罐数的确定N=nt/24+1 (个)n —每24小时内进行加料的发酵罐个数t —一次发酵周期所需时间（h）(三) 发酵罐冷却面积计算F=Q / K Δtm (m2)1、总的发酵热Q = Q1 -（Q2 + Q3 ）Q1：生物合成热、Q2：蒸发热损失、Q3：罐壁向周围的散热。

（1）Q1计算有两种计算方法a、按发酵旺盛期糖度下降的百分值计算：Q1=GSq q=418600J/kgb、根据冷却水来计算：Q1= WCp（t2-t1）（2）蒸发热Q2Q2=5%-6% Q1（3）罐壁向周围散热Q3Q3 =Fαc(tW-tB)tW—罐壁最高温度tB—所在地区夏季平均温度2、对数平均温度差Δtm 的计算Δtm=t1、t2—分别为冷却水进出口温度tF —主发酵时的发酵温度（四）、冷却水耗量的计算W= QB / Cp (t2-t1) (kg/h)Cp —冷却水的比热[J/(kg ℃)] t2、t1—分别为冷却水进出口温度QB—冷却水带走的热量(J/h)代谢终产物抑制消除方法：真空发酵、萃取发酵、吸附法发酵、二氧化碳气提发酵等1、真空发酵：原理：发酵过程中保持一定的真空度，发酵液处于沸腾状态，酒精被蒸馏出来。

主要设备有发酵罐、发酵蒸发器、总凝器、分凝器、收集器、真空泵。

优点：糖浓度提高3倍，发酵时间缩短1/3；酒糟、水、蒸汽都有减少；生产能力、设备利用率提高；酒精浓度可达33%。

缺点：能耗大、费用高、真空操作负荷大、容易引起杂菌污染。

2、萃取发酵：具有能耗低、操作简便易行的优点。

发酵和萃取在同一反应器中进行：采用固定化细胞技术，选择合适的萃取剂。

发酵和萃取分开进行：（1）膜萃取：将发酵液取出，三聚磷酸丁酯为萃取相，在中空纤维膜反应器中萃取。

（2）二氧化碳超临界萃取：发酵液逆向通过超临界二氧化碳萃取柱，富含酒精的超临界流体通过活性炭柱吸附分离酒精。

3、吸附法将吸附剂直接加到发酵液中或让发酵液循环通过一个疏水性的分子筛吸附柱来吸附酒精。

一般可采用疏水性硅沸石作为吸附剂，采用这种方法发酵时间可缩短30%。

4、透析膜法采用对酒精有选择性透过的多孔性膜，分离发酵液中的酒精来降低发酵液中的酒精浓度。

5、二氧化碳气提法利用发酵过程中产生的二氧化碳，通过循环压缩机加压后，送回发酵罐气提发酵产生的酒精，在0℃冷却饱和了酒精和水蒸气的二氧化碳，再由活性炭填充柱吸附酒精，纤维素填充柱吸附水。

生产能力提高27%。

啤酒发酵设备：趋于向大型化、露天化、联合的方向发展。

（一）前发酵设备前发酵槽为方形开口式或密闭式设备，均置于室内，材料内涂保护层。

冷却方式：蛇管或排管冷却，冷却面积0.2m2/m3发酵液，0-2℃冰水冷却。

密闭式: 具有回收二氧化碳、减少前发酵室内耗冷量及减少杂菌污染机会的优点。

室内采用空调制冷，实施冷风再循环。

开口式：室内装二氧化碳排除装置，排管冷却，补充10%新鲜空气的再循环方式。

发酵室：四周墙壁和顶棚采用较好的绝热材料，地面有一定的坡度，顶棚应建成倾斜或光滑弧面，空间不应太高。

（三）后发酵设备贮酒罐主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和二氧化碳，促进啤酒稳定、澄清和成熟。

后发酵温和，产生热量少，无须装冷却装置，热量借室内低温带走。

金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种。

由于罐内需饱和二氧化碳，故应制成耐压容器。

新型啤酒发酵设备（一）圆筒体锥底发酵罐用于上面及下面啤酒发酵，前后酵可合并在该罐内进行。

室外放置，节省投资。

优点：能缩短发酵时间，生产灵活。

长圆筒形，H/D=4，上部是碟形封头，下部是锥形底。

封头上有：压力安全阀、真空安全阀、二氧化碳回收，排气、CIP共用一个进口，由一根管道通到操作间再分支。

锥底有：取样管、啤酒出口、二氧化碳通气管。