机械搅拌自吸式发酵罐与喷射自吸式发酵罐
自吸式发酵罐
自吸式发酵罐是种不需要空气压缩机提供压缩空气，而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，并同时实现混合搅拌与溶解氧传质的发酵罐。该类发酵罐自20世纪60年代开始在欧洲和美开展研发，然后在酵母及单细胞蛋白生产、醋酸发酵及维生素生产等方面获得应用。
与传统的机械搅拌通风发酵罐相比，自吸式发酵罐不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；溶解氧速率和溶解氧效率均较高，能耗较低，尤其是溢流自吸式发酵罐的溶解氧比能耗可降至0.5kw-h-（kg o2）-1以下；对于某些特定产品，如酵母和醋酸发酵，具有生产效率高和经济效益较高的优点；但由于自吸式发酵罐是负压吸入空气的操作方式，故发酵系统内部不能保持定的正压，较易产生杂菌污染；同时，必须配备阻力损失较小的高效空气过滤系统。
为克服自吸式发酵罐固有的部分缺点，可采用自吸气与鼓风相合的鼓风自吸式发酵系统，即在过滤器前加装台鼓风机，适当维持空气系统的正压，这不仅可减少染菌机会，而且可增大通风量，提高溶解氧系数。
根据吸入空气的工作原理不同，自吸式发酵罐分别有机械搅拌自吸式发酵罐和喷射自吸式发酵罐。
1.机械搅拌自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器（转子）和导轮（定子）。空气管与转子相连接，在转子启动前，先用液体将转子浸没，然后启动马达使转子转动，由于转子高速旋转，液体或空气在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，转子的转速愈快，旋转的线速度也愈大，则流体（其中还含有气体）的动能也愈大，流体离开转子时，由动能转变为静压能也愈大，在转子中心所造成的负压也愈大，因此空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过定子而使气液均匀分布甩出。由于转子的搅拌作用，气液在叶轮的外缘形成强烈的混合流（湍流），使刚刚离开叶轮的空气立即在不断循环的发酵液中分裂成细微的气泡，并在满流状态下混合，翻腾，扩散到整个罐中，因此转子同时具有搅拌和充气两个作用。
机械搅拌自吸式发酵罐搅拌吸气的目的是气、液、固三相充分混合与分散，强化气液传质，为微生物生长及代谢提供溶解氧，促进微生物与液相中营养成分及代谢产物等的质量传递，并强化热量传递。由于自吸式发酵罐是靠转子转动形成的负压而吸气通风的，吸气装置是沉浸于液相的，所以为保证较高的吸风量，发酵罐的高径比h/d不宜过大，且罐容增大时，h/d应适当减少，以保证搅拌吸气转子与液面的距离为2~3m。对于黏度较高的发酵液，为了保证吸风量，应适当降低罐的高度。
实践表明，三棱叶转子的特点是转子直径较大，在较低转速时可获得较大的吸气量，当罐压在定范围内变化时，其吸气量也比较稳定，吸程（即液面与吸气转子距离）也较大，但所需的搅拌功率也较高。三棱叶叶轮直径般为发酵罐直径的0.35。当然，为提高溶解氧，可减少转子直径，适当提高转速。而四弯叶转子的特点是剪切作用较小，阻力小，消耗功率较小，直径小而转速高，吸气量较大，溶解氧系数高。叶轮外径和罐径比为1/15~1/8，叶轮厚度为叶轮直径的1/5
~1/4。有定子的叶轮的流量和压头比无定子的叶轮的均增大。
2.喷射自吸式发酵罐
喷射自吸式发酵罐是应用文氏管喷射吸气装置或溢流喷射吸气装置进行混合通气的，既不用空压机，又不用机械搅拌吸气转子。
（1）文氏管自吸式发酵罐
其原理是用泵将发酵液压入文氏管，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成负压将无菌空气吸入，并被高速流动的液体打碎，与液体均匀混合，提高发酵液中的溶解氧，同时由于上升管中发酵液与气体混合后，密度较罐内发酵液小，再加上泵的提升作用，使发酵液在上升管内上升。当发酵液从上升管进入发酵罐后，微生物耗氧，同时将代谢产生的co2和其他气体不断地从发酵液中分离并排出，发酵液的密度变大，向发酵罐底部循环，待发酵液中的溶解氧即将耗竭时，发酵液又从发酵罐底部被泵打入上升管，开始下个循环。
（2）液体喷射自吸式发酵罐（3）溢流喷射自吸式发酵罐
溢流喷射自吸式发酵罐的通气是依靠溢流喷射器来实现的。当液体溢流时，形成抛射流，液体表面层与其相邻气体产生动量传递，使边界层的气体有定的速率，从而带动气体的流动，形成自吸气作用。要使液体处于抛射非淹没溢流状态，溢流尾管应略高于液面，经验表明，尾管高1~2m时，吸气速率较大。华南理工大学研制的系列溢流喷射自吸式发酵罐，在酵母培养中已取得了良好的结果：干细胞浓度可以高达50kg-m-3；对数生长期的生产效率达到7.9kg-m-3-h-1；比能耗为0.37~0.61kw-h-（kg）-1。目前，该系列自吸式发酵罐已放大至200m3。此外，它在味精废水处理中也取得良好效果。
欧洲的福格布尔（vogelbusch）公司研制的溢流喷射自吸式发酵罐，广泛应用于酵母等单细胞蛋白生产，已放大至2000m3的规模，溶解氧比能耗降至0.5kwh（kgo2）-1。
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1.机械搅拌自吸式发酵罐
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2.喷射自吸式发酵罐
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