一.概述生化反应器(生物反应器)就是为适应生化反应(生物反应)的特点而设计的反应设备。生化反应器的实质也就是酶反应器。包括酶反应器、微生物反应器（发酵罐）和动植物细胞培养用反应器。微生物反应器：是生产中最基本也是最主要的设备，其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种生化反应条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。①厌氧生物反应器：其反应器不需供氧，设备结构一般较为简单。应用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的生产。②好氧生物反应器：生产过程中需不断通入无菌空气，因而其设备的结构比厌氧生物反应器复杂。应用于氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素和单细胞蛋白SCP等的生产。根据反应器通风和搅拌的方式不同可分为三类：机械搅拌通风式、自吸式和通风搅拌式。二.生化反应器的特点㈠生化反应器的特点①生化反应与一般化学反应的不同主要在于其反应皆由生物催化剂-酶来催化的。决定了酶反应必须在比较温和的条件下进行，也就是在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进行。②生物的酶系是非常复杂的，在活细胞中它们是相互协调而处于最优化的状态，故活细胞常被用来合成一些代谢产物如多糖及蛋白质等。由于反应的环境会随着时间的进程而改变，就产生了一个如何控制反应过程使其最优化的问题。③对生长细胞来说，要考虑到如何维持发酵的最佳条件，主要包括细胞营养、代谢的调控以及反应产物的干扰。④由于酶作用对底物的高度特异性，它可以定向的产生一些用一般化学方法难以甚至无法得到的产品⑤大多数生化反应都在水相中进行，相对来说产物浓度较低，这就产生了一个产物回收工艺及成本的问题。三.生化反应器的种类及选择与操作按生化反应是在一个相或是在多个相内进行，可分为均相反应器和非均相反应器。发酵工业中的绝大多数都属于非均相反应器。（一）机械搅拌式生化反应器它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最强，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。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。2025/3/72025/3/7机械搅拌发酵罐的基本条件①发酵罐应具有适宜的高径比。一般高径比为2.5~4。②发酵罐能承受一定的压力。由于发酵罐在消毒和正常工作时，罐内有一定的压力和温度，因此罐体各部件要有一定的强度，能承受一定的压力。③发酵罐的通风搅拌装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率。④发酵罐应具有足够的冷却面积。⑤发酵灌内应抛光，尽量减少死角，避免藏垢积污，使灭菌彻底，避免染菌。⑥搅拌器的轴封严密，尽量减少泄漏。机械搅拌罐结构设备主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器中间轴承，空气喷射器、挡板、冷却装置、人孔①罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接成，材料为碳钢或不锈钢。为满足工艺要求，罐需承受一定压力，通常灭菌压力0.25MPa(绝对大气压)②搅拌器和挡板涡轮式搅拌器的叶片有平叶式、弯叶式、箭叶式三种，其主要是打碎气泡，加速和提高溶氧。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。挡板的作用是防止液面中央产生旋涡，促使液体激烈翻动，提高溶氧。挡板宽度约为（0.1~0.12）D。装设6~4块挡板，可满足全挡板条件。2025/3/72025/3/72025/3/7（二）自吸式发酵罐原理：它是由充气搅拌叶轮或循环泵来完成对发酵液的搅拌、充气的。自吸式发酵罐的主要构件是自吸搅拌器和导轮，简称为转子及定子。转子由罐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。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，被甩到叶轮外缘，在这个过程中，流体便获得能量，在转子中心处形成了负压，转子转速愈快，所造成的负压也愈大，由于转子的空膛用管子与大气相通，因此大气的空气不断地被吸入，甩向叶轮的外缘，通过导向叶轮而使气液均匀分布。2025/3/7①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、空气贮罐等设备，减少了厂房占地面积，节省投资；通气质量是最好的，通入发酵液中的2315m2气液接触面积/m3空气；动力消耗低；设备便于自动化、连续化、降低了劳动强度，减少劳动力。②缺点：空气靠负压吸入到罐内，所以要求使用低阻力、高除菌效率的空气净化系统；由于结构上的特点，大型自吸式充气发酵罐的搅拌充气叶轮的线速度在30m/s左右，在叶轮周围形成强烈的剪切区域。充气搅拌叶轮的充气量随发酵液的深度增大而减少，因此比拟放大有一最适范围。罐压较低，对某些产品生产容易造成染