細(xì)胞生物反應(yīng)器攪拌方式有內(nèi)部機(jī)械攪拌型,外部液體攪拌型,氣升式發(fā)酵罐等三種.。工業(yè)規(guī)模的微生物細(xì)胞反應(yīng)器多為攪拌型發(fā)酵。
機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)
機(jī)械攪拌發(fā)酵是目前使用zui多的一種發(fā)酵罐，使用性好、適應(yīng)性好、放大容易，從小型直至大型的微生物培養(yǎng)過程都可以應(yīng)用。缺點(diǎn)：罐內(nèi)的機(jī)械攪拌剪切力容易損傷嬌嫩的細(xì)胞，造成某些細(xì)胞培養(yǎng)過程減產(chǎn)。
1 通用型發(fā)酵的幾何尺寸比例
H/D=2.5-4
公稱體積：罐的圓柱體積和底封頭體積的和。
2罐體
要求罐體設(shè)計(jì)的使用壓力達(dá)到0.3MPa以上。小型發(fā)酵罐罐頂和罐身用法蘭連接，上設(shè)手孔用于清洗和配料。
3 攪拌器和擋板
攪拌器可以使被攪拌的液體產(chǎn)生軸向流動(dòng)和徑向流動(dòng)，其作用為混合和傳質(zhì)，它使通入的空氣分散成氣泡并與發(fā)酵液充分混合，使氣泡破碎以增大氣-液界面，獲得所需的溶氧速率，并使細(xì)胞懸浮分散于發(fā)酵體系中，以維持適當(dāng)?shù)臍?液-固(細(xì)胞)三相的混合與質(zhì)量傳遞，同時(shí)強(qiáng)化傳熱過程。
攪拌葉輪大多采用渦輪式，渦輪式攪拌器的葉片有平葉片、彎葉片、箭葉式三種。平葉式功率消耗較大，彎葉式較小，箭葉式又次之。渦輪式攪拌器軸向混合較差，攪拌強(qiáng)度隨攪拌軸距離增大而減弱。此外還有其他新型攪拌器：Scaba攪拌器其葉片的特殊形狀消除了葉片后面的氣穴，從而使通氣功率下降較小，因此可將電機(jī)的設(shè)計(jì)功率幾乎全部用于氣-液分散及傳質(zhì)。PRochem軸向流攪拌器，其通氣功率下降較小。Lightnin公司的A315軸向流槳，比較適合高粘度非牛頓物系。Intermig攪拌器有較低功率準(zhǔn)數(shù)，通氣功率值較小，在黃原膠發(fā)酵中有較好的混合性能，但存在不穩(wěn)定性問題。
擋板：防止液面形成漩渦流動(dòng)，增強(qiáng)其湍流和溶氧傳質(zhì)。擋板的高度自罐底起至設(shè)計(jì)的液面高度止。
全擋板條件 在攪拌發(fā)酵罐中增加擋板或其他附件時(shí)，攪拌功率不再增加，而旋渦基本消失。
4消泡器
(1) 罐內(nèi)機(jī)械消泡 耙式消泡槳
(2)旋轉(zhuǎn)圓板式消泡裝置 設(shè)在發(fā)酵罐內(nèi)的氣相中，與發(fā)酵液的液面保持平行。圓板旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將槽內(nèi)發(fā)酵液注入圓板的，通過離心力將破碎成微小泡沫散向槽壁，達(dá)到消泡的目的。
(3)液體吹入式機(jī)械消泡 把空氣及空氣與發(fā)酵液吹入發(fā)酵罐中形成的泡沫層來進(jìn)行消泡
(4)氣體吹入管內(nèi)吸引消泡 將發(fā)酵內(nèi)形成氣泡群吸引到氣體吸入管，利用氣體流速進(jìn)行消泡。該裝置中在靠近吸入口附近的氣體吸入管內(nèi)形成增速用的噴頭，而吸入管用來連接液面上部與增速噴頭的負(fù)壓部位。
(5)沖擊反射板機(jī)械消泡 把氣體吹入液面上部，通過在液面上部設(shè)置的沖擊反射，吹回到液面，而將液面上產(chǎn)生的泡沫擊碎的方法。
(6)超聲波消泡 將空氣在1.5-3.0MPa下，以1-2m/s的速度由噴嘴噴入共振室而起消泡的作用。該法目前僅適用于小型發(fā)酵過程的消泡，而不適合于大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵的消泡。
(7)碟片式消泡器的機(jī)械消泡 使用時(shí)將消泡器安裝于發(fā)酵的罐頂，使碟片位于罐頂?shù)目臻g內(nèi)，用固定法與排氣口相連接，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)入碟片間的空氣中的氣泡被打碎同時(shí)甩出液滴，返回發(fā)酵罐中，而被分離后的氣體由空心軸徑排氣口排出。
(8)罐外機(jī)械消泡
旋轉(zhuǎn)葉片罐外機(jī)械消泡 將泡沫引出罐外，利用裝置中的旋轉(zhuǎn)葉片所產(chǎn)生的沖擊力和剪切力進(jìn)行消泡。
(9)噴霧消泡 利用沖擊力、壓縮力及剪斷力來進(jìn)行消泡的方法，它將水及發(fā)酵液等通過適當(dāng)?shù)膰婌F器噴出來達(dá)到消泡的目的。
(10)離心力消泡 將泡沫注入用網(wǎng)眼及篩目較大的篩子做成的筐中，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將泡沫分散，從而達(dá)到消泡的目的。
(11)旋風(fēng)分離器消泡 發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生的泡沫通過旋風(fēng)分離器上部進(jìn)入脫泡器下方引入的氣體逆向接觸使其破碎。特點(diǎn)：泡沫通過旋風(fēng)分離器等破碎后，再將帶微小泡沫的液體導(dǎo)入裝有充填物的脫泡器中，以增大液體表面積，然后從脫泡器下方吹入氣體，使其與流下的液體逆向接觸進(jìn)行*的脫泡。
(12)轉(zhuǎn)向板消泡 泡沫以30-90m/s的速度由噴頭噴向轉(zhuǎn)向板使泡沫破碎，分離液用泵送回發(fā)酵內(nèi)，而氣體則排出消泡器外。
4聯(lián)軸器及軸承
攪拌軸較長(zhǎng)時(shí)，常分為二至三段，用聯(lián)軸器連接。
5變速裝置
試驗(yàn)罐采用無級(jí)變速裝置。發(fā)酵罐常用的變速裝置有三角皮帶傳動(dòng)，圓柱或螺旋圓錐齒輪減速裝置。
6空氣分布裝置
有單管、環(huán)形管及采用氣、液流射混合攪拌裝置。單管式噴孔的總截面積等于空氣分布管截面積。
氣、液流射混合攪拌裝置由環(huán)形布?xì)夤芎投鄠€(gè)切向布置的氣、液射流器組成。該裝置使氣、液兩相混合物產(chǎn)生與機(jī)械攪拌器旋轉(zhuǎn)方向一致的徑向全循環(huán)的噴射旋流運(yùn)動(dòng)，其氣泡直徑隨著通氣量的增大或噴嘴推動(dòng)力的增加而減小，乳化程度加劇，氣、液兩相接觸面積增加，容量傳質(zhì)系數(shù)提高。
7軸封
作用：防止泄漏和染菌。端面軸封的作用是靠彈性元件(彈簧、波紋管)的壓力使垂直于軸線的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到密封。
端面軸封的優(yōu)點(diǎn)：清潔，密封可靠，使用時(shí)間長(zhǎng);*;摩擦功率耗損小;軸或套不受磨損;對(duì)軸的震動(dòng)敏感性小。
測(cè)量系統(tǒng)：傳感器系統(tǒng)，用以測(cè)量pH、溶氧等，傳感器要求能承受滅菌溫度及保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。
附屬系統(tǒng)：包括視鏡、擋板等以觀察發(fā)酵液的情況或強(qiáng)化發(fā)酵液體的混合。
