第六章 发酵工程主要设备

第六章发酵设备与反应器基本要求：保证生物体的生长特性和要求；满足生物体不同生长阶段对温度、氧气、pH、渗透性等的不同要求基本分类厌氧生物反应器耗氧生物反应器第一节密闭厌氧发酵罐

要求：能封闭；能承受一定压力；有冷却设备；罐内尽量减少装置，消灭死角，便于清洗灭菌。酒精和啤酒都属于嫌气发酵产物，其发酵罐因不需要通入昂贵的无菌空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好气发酵设备简单得多。它的容积常大于50m3，H:Dt=1-2，罐的上、下部都是锥形的。上部有物料口，冷却水口，CO2和气体出口、人孔和压力表开口等。温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水喷淋相结合，排料管在罐的底部。一、乙醇发酵设备1、要求：满足酵母生长和代谢的必要工艺条件酵母将糖转化为酒精高转化率条件一定的生化反应时间及时移走在生化反应过程中将释放的生物热从结构上有利于发酵液的排出有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。2、酒精发酵罐结构为圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。发酵罐宜采用密闭式。罐顶装有人孔、视镜及CO2回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。罐底装有排料口和排污口；罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵耀，为了便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。

3、发酵的冷却装置对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却；对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置，为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。4、酒精发酵罐的洗涤过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且CO2气体一旦末彻底排除，工人入罐清洗会发生中毒事故。近年来，酒精发酵罐巳逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要。水力喷射装置是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成两头喷水管弯有一定的弧度喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔喷水管安装时呈水平喷水管借活接头和固定供水管相连接它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速度而形成的反作用力，使喷水管自动旋转。对于120m3的酒精发酵耀，采用36×3mm的喷水管，管上开有44×30个小孔，两头喷嘴口径为9mm。

高压强的水力喷射洗涤装置它是一根直立的喷水管，沿轴向安装于罐的中央，在垂直喷水管上按一定的间距均匀地钻有4-6mm的小孔，孔与水平呈20度角，水平喷水管借活接头，上端和供水总管，下端相垂直分配管相连接，洗涤水压为0.6-0.8MPa。水流在较高压力下，由水平喷水管出口处喷出，使其以每分钟48—56转自动旋转，并以极大的速度喷射到罐壁各处，而垂直的喷水管也以同样的水流速度喷射到罐体四壁和罐底。约5min时间即可完成洗涤作业。洗涤水若用废热水，还可提高洗涤效果。二、啤酒发酵设备

近年来，啤酒发酵设备向大型、室外、联合的方向发展，迄今为止，使用的大型发酵罐容量已达1500吨。大型化的目的：由于大型化，使啤酒质量均一化；由于啤酒生产的罐数减少，使生产合理化，降低了主要设备的投资。

（1）发酵容器材料的变化由陶器----木材---水泥----金属材料现在的啤酒生产，后两种材料都在使用。我国大多数啤酒发酵容器为内有涂料的钢筋水泥槽，新建的大型容器一般使用不锈钢。1、啤酒发酵容器的变迁过程（2）开放式发酵容器向密闭式转变。小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器大型化，并为密闭式。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。可用吸取法分离泡盖。（3）密闭容器的演变。原来是在开放式长方形容器上面加弓形盖子的密闭发酵槽；随着技术革新过渡到用钢板、不锈钢或铝制的卧式圆筒形发酵罐。后来出现的是立式圆筒体锥底发酵罐。目前使用的大型发酵罐主要是立式罐，如奈坦罐、联合罐、朝日罐等。由于发酵罐容量的增大，要求清洗设备装置也有很大的改进，大都采用CIP自动清洗系统。

2、CIP清洗系统3、啤酒前酵和后酵设备（1）前发酵设备传统的前发酵槽均置于发酵室内，发酵槽大部分为开口式。前发酵槽可为钢板制，常见的采用钢筋混凝上制成，也有用砖砌、外面抹水泥的发酵槽。形式以长方形或正方形为主。前发酵槽内要涂布一层特殊涂料作为保护层。采用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料较为广泛，但还未完全符合啤酒低温发酵的防腐要求。密闭式发酵槽优点可回收CO2减少前发酵室内通风换气的耗冷量减少杂菌污染机会。组成在槽内装置冷却蛇管在发酵室内配置冷却排，或采用空调装置，使室内维持工艺所要求的温度和湿度。发酵室内装置密闭式发酵罐，则采用空调设备，实施冷风再循环更有利于冷耗的节约，为避免在室内产生激烈的气流，通风口都应设在墙角处。降低发酵室的冷耗量措施合理地在室内配置进出风道以及正确操作空调设备发酵室的四周墙壁和顶棚均要采用较好的绝热结构，绝热层厚度不应小于5cm。地面通道应用防滑瓷砖铺设，并有—定坡度，便于废水排出。发酵室内顶相应建成倾斜或光滑弧面，以免冷凝水淌入发酵槽内。从节省冷耗考虑，室内空间不宜太高，单位体积发酵室内的发酵槽容量应尽可能最大。（2）后发酵设备后酵目的：主要完成嫩啤酒的继续发酵，并饱和CO2，促进啤酒的稳定、澄清和成熟。根据工艺要求，贮酒室内要维持比前发酵室更低的温度，一般要求0-2℃，特殊产品要求达到-2℃左右。后发酵过程残糖较低，发酵温和，故槽内一般无须再装置冷却蛇管。贮酒室的建筑结构和保温要求，均不能低于前发酵室，室内低温的维持，是借室内冷却排管或通入冷风循环而得。

后发酵槽是金属的圆筒形密闭容器，有卧式和立式两种。工厂大多数采用卧式。发酵过程中需饱和CO2，后发酵槽应制成耐压0.1-0.2MPa表压的容器。后发酵槽槽身装有人孔、取样阀、进出啤酒接管、排出CO2接管、压缩空气接管、温度计、压力表和安全阀等附属装置。（三）新型啤酒发酵设备1.圆筒体锥底发酵耀圆简体锥底立式发酵罐(简称锥形罐)，已广泛用于上面或下面发酵啤酒生产。锥形罐可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前、后发酵合并在该罐进行(一罐法)。这种设备的优点：在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，故能适合于生产各种类型啤酒的要求。（1）主要结构压力真空装置的作用根据设定的压力来自动控制；许无菌空气进入罐内，CO2气体排出罐外，维持设定的压力。圆柱体锥底和冷却套锥底：便于酵母沉淀回收冷却套：分为2-3段，很大的罐可分为四段（3）罐的特点密闭：回收二氧化碳适用：下面、上面发酵均可发酵周期：短12-14天

H/D大：单位容积的表面积大，耗钢材多自然对流：促进发酵，利于传热。自然对流原因:冷却形成、二氧化碳的作用（四）联合罐是一种具有较浅锥底的大直径(高径比为1：1—1.3)发酵罐，造价低，能在罐内进行机械搅拌，并具有冷却装置（用氨直接蒸发来冷却，只在罐的上部做了一段米勒冷却板，可在24小时内发酵温度由15℃下降至5℃，属小面积大流量冷却方式）。联合罐在发酵生产上的用途与锥形罐相同，既可用于前、后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。因而它适合多方面的需要，故又称该类型罐为通用罐。用途：与发酵罐相同，既用于前后发酵，也能用于多罐法及一罐法生产。主体：是一个圆柱体。由带人孔的薄壳垂直圆柱体，拱形顶有足够斜度，锥底所组成。罐体采用１５ｃｍ厚的保温层。搅拌：可用机械搅拌，也可以通过对罐体的精心设计达到同样的搅拌作用。（五）朝日罐前发酵和后发酵合一的室外大型发酵罐朝日罐是用4-6mm的不绣钢板制成的斜底圆柱型发酵罐。其高度与直径比为1:1-2:1外部设有冷却夹套，冷却夹套包围罐身与罐底。外面用泡沫塑料保温内部设有带转轴的可动排油管，用来排出酒液，并有保持酒液中CO2含量均一的作用。（1）朝日罐特点朝日罐与锥形罐具有相同的功能，但生产工艺不同。利用离心机回收酵母利用薄板换热器控制发酵温度利用循环泵把发酵液抽出又送回去。优点：三种设备互相组合，解决了前、后发酵温度控制和酵母浓度的控制问题，加速了酵母的成熟。使用酵母离心机分离发酵液的酵母，可以解决酵母沉淀慢的缺点利用凝聚性弱的酵母进行发酵，增加酵母与发酵浓接触时间，促进发酵液中乙醛和双乙酰的还原，减少其含量。（2）啤酒循环的操作啤酒循环的目的是为了回收酵母，降低酒温，控制下酒母浓度和排除啤酒中的生味物质。第一次循环是在主发酵完毕的第8天，发酵液由离心机分离酵母后经薄板换热器降温返回发酵耀，循环时间为7h。待后酵到4h时进行第二次循环，使酵母浓度进一步降低，循环时间为4-12h。如果要求缩短成熟期，可缩短循环时间。当第二次循环时酵母由于搅动的关系，发酵液中酵母浓度可能回升，这有利于双乙酰的还原和生味物质的排除。若双乙酰含量高，或生味物质较显著，可在第10天进行第三次循环操作。（六）啤酒的连续发酵罐种类

两个搅拌罐和一个酵母分离罐串联起来，加入酒花的麦芽汁流加入第一个搅拌罐，经发酵后，成熟啤酒从分离罐中流出。这种流程已达到日产100m3的规模。由数个高度6～9m的塔式发酵罐串联起来，附加一些酵母分离和啤酒贮藏设备。还有一个由主发酵塔和一个发酵塔组成，发酵周期40、50小时，连续发酵两个月，各项经济指标均优于间歇法。三罐式流程：

冷却：将麦芽汁冷却到20-21℃；装量：1号发酵罐26m3，2号发酵罐26m3，3号分离罐14m3；麦汁流速：每小时2.4m3；温度：1号21℃，2号24℃，3号3-7℃；麦汁停留时间：每罐停留时间10-13h；酵母浓度：1号5.4*107个/ml，2号6*107个/ml，3号2*107个/mlpH：1号4.0，2号3.9第二节通风发酵罐通风发酵设备要将空气不断通入发酵液中，供微生物所需的氧，气泡越小，气泡的比表面积越大，氧的溶解速率越快，氧的利用率也越高，产品的产率也越高。通风发酵罐有机械搅拌式、气升式、自吸式、鼓泡式等多种类型发酵罐。一、机械搅拌发酵罐

机械搅拌发酵罐是发酵工厂常用类型之一。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。

1、机械搅拌发酵罐的基本条件

（1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。

（2）发酵罐能承受一定的压力。

（3）要保证发酵液必须的溶解氧。

（4）发酵罐应具有足够的冷却面积。（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌。（6）搅拌器的轴封应严密，防污染减少泄漏。2、通用机械搅拌发酵罐变速装置轴承机械密封人孔轴消泡器联轴器中间轴承罐体搅拌器换热盘管进气管底轴承某抗菌素制药车间的一级种子罐和二级种子罐左边为3000L二级种子罐右边为300L一级种子罐从人孔向发酵罐内鸟瞰图发酵罐内部构造图（1）发酵罐的罐体罐体：由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。为了满足工业要求，在一定压力下操作、空消或实消，罐为一个受压容器，通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2（绝对压力）。已经加工成型的椭圆封头，正在加工中的筒体以及冷却蛇管罐体开口为了便于清洗，小型发酵罐顶设有清洗用的手孔。中大型发酵罐则装有手孔。罐顶还装有视镜及灯镜。在罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。一般小型发酵罐俯瞰布置图

大型发酵罐俯瞰布置图

罐身的接管愈少愈好。现在很多工厂在不影响无菌操作的条件下将接管加以归并，如进料口、补料口和接种口用一个接管。放料可利用通风管压出也可在罐底另设放料口。（2）罐体的尺寸比例罐体各部分的尺寸有一定的比例，罐的高度与直径之比一般为1.7-4左右。发酵罐通常装有两组搅拌器，两组搅拌器的间距S约为搅拌器直径的三倍。对于大型发酵罐以及液体深度HL较高的，可安装三组或三组以上的搅拌器。最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好，与罐底的距离C一般等于搅拌器直径Di，但也不宜小于0.8Di，否则会影响液体的循环。（3）搅拌器搅拌器有平叶式、弯叶式、箭叶式三种其作用是打碎气泡，使氧溶解于醪液中，从搅拌程度来说，以平叶涡轮最为激烈，功率消耗也最大，弯叶次之，箭叶最小。为了拆装方便，大型搅拌器可做成两半型，用螺栓联成整体。径向式（涡轮式）搅拌器平直叶弯叶箭叶轴向式搅拌器桨叶式螺旋桨式发酵液中含有蛋白质等发泡物质，故在通气搅拌条件下会产生泡沫，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，且增加杂菌感染机会。在通气发酵生产中有两种消泡方法，一是加入化学消泡剂，二是使用机械消泡装置。通常，是把上述两种方法联合使用。（4）机械消泡装置消泡器就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两相的装置。锯齿式消泡桨：它安装于罐内顶部、高出液面的位置，固定在搅拌轴上，随搅拌轴转动，不断将泡沫打破。半封闭式涡轮消泡器：它是由前者发展改进而来，泡沫可直接被涡轮打碎或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎。离心式消泡器：置于发酵罐的顶部，利用高速旋转产生的离心力将泡沫破碎，液体仍然返回罐内。刮板式消泡器：它安装于发酵罐的排气口处，泡沫从气液进口进到高速旋转的刮板中，刮板转速为1000—1450r/min，泡沫迅速被打碎，由于离心力作用，液体被甩向壳体壁上，返回罐内，气体则由汽孔排出。（5）挡板挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。通常挡板宽度取（0.1-0.12）D，装设4-6块即可满足全挡板条件。所谓“全挡板条件”是指在一定转速下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。竖立的列管、排管，也可以起挡板作用，故一般具有冷却列管或排管的发酵罐内不另设挡板。（但冷却管为盘管时，则应设挡板。）挡板的长度自液面起到罐底为止。（6）联轴器及轴承

大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成牢固的刚性联接。常用的联轴器有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接，轴的连接应垂直，中心线对正。轴承为了减少震动，中型发酵罐—般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)，轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4-0.7％。为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。试验罐采用无级变速装置。发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。（7）变速装置采用变极电动机作阶段变速，即在需氧高峰时采用高转速，而在不需较高溶解氧的阶段适当降低转速。这样，发酵产率并不降低，而动力消耗则有所节约。自动化程度较高的发酵罐，采用可控硅变频装置，根据溶氧测定仪连续测定发酵液中溶解氧浓度的情况，并按照微生物生长需要的耗氧及发酵情况，随时自动变更转速，这种装置进一步节约了动力消耗，并可相应提高发酵产率，但其装置颇为复杂。（8）空气分布装置

空气分布装置的作用是向发酵罐内吹入无菌空气，并使空气均匀分布。分布装置的形式有单管及环形管等。常用的为单管式，管口对正罐底中央，装于最低一挡搅拌器下面，管口与罐底的距离约40mm，并且空气分散效果较好。该距离可根据溶氧情况适当调整，空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。若用环形空气分布管，则要求环管上的空气喷孔应在搅拌叶轮叶片内边之下，同时喷气孔应向下以尽可能减少培养液在环形分布管上滞留。根据发酵厂经验，喷孔直径取2—5mm为好，且喷孔的总截面积之等于空气分布管截面积。空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气泡，并与醪液充分混合，增加了气液传质效果。环形空气分布器单管空气分布器通常通风管的空气流速取20米/秒。为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。通风量在0.02-0.5ml/sec时，气泡的直径与空气喷口直径的1/3次方成正比。也就是说，喷口直径越小，气泡直径也越小。因而氧的传质系数也越大。但是生产实际的通风量均超过上述范围，因此气泡直径仅与通风量有关，而与喷口直径无关。

（9）轴封

发酵罐的搅拌轴与不运动的罐体之间的密封很重要，它是确保不泄漏和不污染杂菌的关键部件之一。

安装在旋转轴与设备之间的部件我们称之为轴封。轴封的作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止工作介质（液体、气体）沿转动轴伸出设备之处泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函轴封和端面轴封两种.填料函轴封端面轴封填料函式轴封是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经常维修，耗工时多。端面式轴封的优点：清洁；密封可靠；无死角，可以防止杂菌污染；使用寿命长；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；它对轴的精度和光洁度没有填料密封要求那么严格，对轴的震动敏感性小。端面式轴封的缺点：结构比填料密封复杂，装拆不便；对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。

（10）冷却装置

5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却。带夹套的发酵罐罐体壁厚要按外压计算[即3.5Kg/厘米2（绝对压力）]。夹套内设置螺旋片导板，来增加换热效果，同时对罐身起加强作用。大型发酵罐采用列管冷却（四至八组）。冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔，最好用不锈钢制造。夹套式换热装置这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度比静止液面高度稍高即可，无须进行冷却面积的设计。这种装置的优点是：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清洁灭菌工作，有利于发酵。其缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。竖式蛇管换热装置这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，根据管的直径大小而定，容积5米3以上的发酵罐多用这种换热装置。这种装置的优点是：冷却水在管内的流速大；传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发酵温度经常超过40˚C，影响发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，这样就增加了设备投资及生产成本。此外，弯曲位置比较容易蚀穿。竖式列管(排管)换热装置这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。其优点是：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区。这种装置的缺点是：传热系数较蛇管低，用水量较大。

3、自吸式发酵罐自吸式发酵罐是一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自动吸入空气的发酵罐。这种设备的耗电量小，能保证发酵所需的空气，并能使气液分离细小，均匀地接触，吸入空气中70-80%的氧被利用。采用了不同型式、容积的自吸式发酵罐生产葡萄糖酸钙、力复霉素、维生素C、酵母、蛋白酶等，都取得了良好的成绩。自20世纪60年代开始欧洲和美国展开研究开发，然后在国际和国内的酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵及维生素生产等获得应用。国内于1981年开始便在酵母生产厂推广应用，效果很好。(1)自吸式发酵罐的结构罐体自吸搅拌器及导轮轴封换热装置消泡器(1)自吸式发酵罐的充气原理自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅拌器及导轮，简称为转子及定子。转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子转动时空气则由导气管吸入。转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶轮等，叶轮均为空心形。1-人孔2-进风管3-轴封4-转子5-电机6-联轴器7-轴封8-搅拌轴9-定子l0-冷却蛇管11-消泡器12-排气管13-消泡转轴

（2）它与通用发酵罐的主要区别①有一个特殊的搅拌器，搅拌器由转子和定子组成；②没有通气管。（3）具有转子和定子的搅拌器的吸气原理浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘。这时，转子中心处形成负压，转子转速愈大，所造成的负压也愈大。由于转子的空膛与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断地被吸入，随即甩向叶轮外缘，再通过异向叶轮使气液均匀分布甩出。转子的搅拌，又使气液在叶轮周围形成强烈的混合流，空气泡被粉碎，气液充分混合。

转子定子（4）自吸式发酵罐的优点节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器等设备，减少厂房占地面积。减少工厂发酵设备投资约30%左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，每升容积酵母的产量可高达30-50克。设备便于自动化，连续化，降低劳动强度，减少劳动力。酵母发酵罐周期短，发酵液中酵母浓度高，分离酵母后的废液量少。设备结构简单，溶氧效果高，操作方便。4、气升式发酵罐机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风，靠机械搅拌作用使气泡分割细碎，与培养基充分混合，密切接触，以提高氧的吸收系数；设备构造比较复杂，动能消耗较太。采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。目前世界上最大型的通气发酵罐就是气升环流式的，体积高达3000多立方米。气升式反应器有多种类型，常见的有气升环流式、鼓泡式、空气喷射式等。（1）气升式发酵罐的特点结构简单，冷却面积小；无搅拌传动设备，节省动力约50%，节省钢材；操作时无噪音；料液装料系数达80-90％，而不须加消泡剂；维修、操作及清洗简便，减少杂菌感染。但还不能代替好气量较小的发酵罐，对于粘度较大的发酵液溶氧系数较低。

（2）气升式发酵罐的结构及原理分为内循环和外循环两种。其主要结构包括：罐体上升管空气喷嘴A、气升环流式反应器在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵醪液分为上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外）；在上升区的下部安装了空气喷嘴（见图3），或环型空气分布管（见图5），空气分布管的下方有许多喷孔。加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，从空气喷嘴喷入的气速可达250-300（米/秒），无菌空气高速喷入上升管，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，与导流筒内的发酵液密切接触，供给发酵液溶解氧。由于导流筒内形成的气液混合物密度降低，加上压缩空气的喷流动能，因此使导流筒内的液体向上运动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，二氧化碳排出到反应器上部空间，而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动，导流筒外的发酵液因气含率小，密度增大，发酵液则下降，再次进入上升管，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。在河南莲花味精集团公司使用的气升式发酵罐照片a、气升环式反应器的特点

反应溶液分布均匀。较高的溶氧速率和溶氧效率。剪切力小，对生物细胞损伤小。传热良好：气升式反应器因液体综合循环速率高，同时便于在外循环管路上加装换热器，以保证除去发酵热以控制适宜的发酵温度。结构简单，易