生物反应器的类型

　　生物反应器是指利用酶或生物体所具有的特殊功能，在体外进行生物化学反应的装置系统，它是生物反应过程中的关键设备。生物反应器具有成本低、设备简单、效率高、产品作用效果显著、减少工业污染等优点。

生物反应器的类型

　　生物反应器有很多种，按照不同的分类角度可以分为各种类型。

　　按照反应器内流型分：理想反应器(包括柱塞流反应器、全混流反应器)、非理想反应器。

　　按照操作方式分：连续式反应器、半连续式反应器、间歇反应器。

　　按照结构特征分：罐式反应器、管式反应器、塔式反应器、膜反应器。

　　按照反应器内相态分：均相反应器、非均相反应器。

　　按照生物反应器内有机体种类分：微生物反应器、植物细胞反应器、动物细胞反应器、酶反应器。

　　按照反应器内气液混合方式分：机械搅拌混合反应器、泵循环混合反应器、直接通气混合反应器、连续气相反应器。

　　按照是否通氧分：通气发酵设备、嫌气发酵设备。

机械搅拌式生物反应器

　　医药工业中的diyi个大规模的微生物发酵过程——青霉素生产是在机械搅拌式生物反应器中进行的。且迄今为止，对新的生物过程，shou选的生物反应器仍然是机械搅拌式反应器。机械搅拌式反应器能适用于大多数生物过程，是形成标准化的通用产品。机械搅拌式反应器大多数用于间歇反应。

　　机械搅拌式生物反应器特点：

　　机械搅拌式生物反应器是借搅拌涡轮输入混合以及相际传质所需要的功率。这种反应器的适应性Z强，从牛顿型流体直到非牛顿型的丝状菌发酵液，都能根据实际情况和需要，为之提供较高的传质速率和必要的混合速度。

　　机械搅拌式生物反应器缺点是机械搅拌器的驱动功率较高，一般2~4kw/m3，这对大型的反应器来说是个巨大负担。

　　机械搅拌式生物反应器的基本结构包括：筒体，机械搅拌系统搅拌器、挡板、轴封、联轴器及中间轴承等，通气系统空气分散装置温控系统换热装置，消泡系统、pH控制系统等，并在筒体的适当位置设置排气、取样、接种、进出料口以及入孔和视镜等部件。

气升式生物反应器

　　气升式生物反应器是应用较广泛的一类无机械搅拌的生物反应器。气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展起来的，它是利用空气的喷射功能和流体重度差造成反应液循环流动，来实现液体的搅拌、混合和氧传递。

　　气升式生物反应器是植物细胞培养领域中五大反应器的一种，其流动性较其他生物反应器更为均匀，而且它结构简单，没有其他生物反应器具有的如有较多泄漏点和死角等缺点，故早在20世纪70年代开始，植物细胞发酵培养就已经较多地采用气升式生物反应器。

　　气升式生物反应器特点：

　　优点：气升式生物反应器的结构较简单，易于清洗、维修，不易染菌，能耗低，溶氧效率高，操作费用低。

　　缺点：缺点相对来说较少，主要是高密度培养时混合不够均匀。

　　气升式生物反应器又可分为带升式发酵罐、气升及外循环发酵罐、气升环流发酵罐以及塔式发酵罐四类。不同的气升式生物反应器拥有各自不同的特点，适用于生产不同的生物产品，目前均具有较广泛的应用。

鼓泡塔生物反应器

　　鼓泡塔生物反应器是气液两相反应器，是指气体鼓泡通过含有反应物或催化剂的液层以实现气液相反应过程的反应器。

　　鼓泡塔生物反应器以气体为分散相、液体为连续相，涉及气液界面。通常液相中包含有固体悬浮颗粒，如固体培养基、微生物菌体等。反应器内流体的运动状况是随分散相气速的大小改变的，一般分为两种：一种是均匀鼓泡流，此时气速较低，气泡大小均匀，浮升较有规则;随着气流的增加，小气泡被大气泡兼并，同时也造成了液体的循环流动，这种称为非均匀鼓泡流。

　　Z简单的鼓泡塔反应器内容是一空塔，塔的底部用筛板或气体分布器来分布气体。其工作原理是利用通入培养基中的气泡在上升的时带动液体而产生混合，并将气泡中的氧供培养基中的菌体使用。

　　鼓泡塔生物反应器的特点：

　　鼓泡塔生物反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无困难。适用于液体相也参与反应的中速、慢速反应和放热量大的反应。

　　塔内充满液体，气体从反应器底部通入，分散成气泡沿着液体上升，既与液相接触进行反应同时搅动液体以增加传质速率。鼓泡塔内液体返混严重，气泡易产生聚并，故效率较低。

　　鼓泡塔生物反应器由于结构简单，易于操作，操作成本低，混合和传质传热性能较好，因此广泛应用于生物工程行业中，例如乙醇发酵、单细胞蛋白发酵、废水处理、废气处理(例如用微生物处理气相中的苯)等。鼓泡塔反应器内无传动部件，容易密封，对保持无菌条件有利。