【正文】 厚層通風制曲裝置是目前國內使用較多的分批式通風固態(tài)發(fā)酵設備。制盒曲的曲盒，制簾子曲的簾子等是最簡單，且古老實用的固態(tài)發(fā)酵設備。另外，一些現代化的固態(tài)發(fā)酵設備，如自動化制曲裝置和流化床式固態(tài)發(fā)酵設備早已工業(yè)化應用。 圖 715 厚層通風制曲裝置示意圖 二、連續(xù)式通風固態(tài)發(fā)酵設備 連續(xù)式發(fā)酵設備有塔式 ， 轉鼓式和回轉式等多種形式 。 塔式通風固態(tài)發(fā)酵設備外形為塔式 ， 內有兩至六層塔板 ， 培養(yǎng)物料從上而下分級傳輸 ， 在每一層塔板上發(fā)酵一定時間后傳輸至下一層 ， 傳送方法有多種 。 轉鼓式通風固態(tài)發(fā)酵設備外形為放倒的園柱體 。 圓柱體慢慢地連續(xù)轉動 ， 使內部物料隨之翻動 ， 起到通風攪拌的作用 。 若將圓柱形殼體略做頃斜放置 ， 可使物料連續(xù)慢慢地向較低一端移動 ， 通過在較高一端不斷補料 ， 形成固態(tài)連續(xù)發(fā)酵 。 回轉式固態(tài)發(fā)酵設備為一圓環(huán)形裝置，外徑 37m，裝料量為 400m3，圓環(huán)形發(fā)酵裝置旋轉一周 46h，發(fā)酵時間 42h，其余為輔助時間。 嫌氣發(fā)酵設備 ? 酒精發(fā)酵設備 酒精 、 啤酒和丙酮丁醇溶劑等類同 ， 屬嫌氣發(fā)酵產品 。 酒精發(fā)酵罐一般為圓柱形的筒體 ， 底蓋和頂蓋為碟形或錐形 。 發(fā)酵罐宜采用密閉式 。 罐頂裝有人孔 ， 視鏡及二氧化碳回收管 ， 進料管 ， 接種管 ， 壓力表和測量儀表接口管等 。 罐底裝有排料口和排污口 ， 罐身上下部裝有取樣口和溫度計接口 ， 對于大型發(fā)酵罐 ， 為了便于維修和清洗 ， 靠近罐底處也裝有人孔 。 對于冷卻裝置 ， 中小型發(fā)酵罐多采用罐頂噴水淋于罐外壁表面進行膜狀冷卻；對于大型發(fā)酵罐 ， 罐內裝有冷卻蛇管或采用罐內安裝蛇管和罐外壁噴灑聯合冷卻裝置的方法 ， 也有采用罐外列罐式噴淋冷卻或者通過循環(huán)冷卻的方法 。 為回收冷卻水 ，在罐體底部沿罐體四周裝有集水槽 。 酒精發(fā)酵罐的洗滌，過去均由人工操作，如今，已逐步采用水力噴射洗滌裝置。 啤酒發(fā)酵設備 傳統(tǒng)的啤酒前發(fā)酵設備大多為方形或長方形 (個別也有立式圓桶形 )的槽子。發(fā)酵池大部分為開口式，容積為 10100m3 (相當于 13次冷卻麥汁容積的 倍 )，槽高 ~3m，槽充滿系數為 80%(冷卻麥汁高度加上 )。 后發(fā)酵槽又稱儲酒罐，是金屬的圓筒形密閉容器，有臥式和立式兩種，一般采用臥式。 如今啤酒行業(yè)中廣泛采用的啤酒發(fā)酵設備是圓筒體錐底發(fā)酵罐 (常稱錐形罐 )。其優(yōu)點是發(fā)酵速度快，易于沉淀收集酵母 (下面酵母 )，減少啤酒及其苦味物質的損失，泡沫穩(wěn)定性得到改善，對啤酒工業(yè)的發(fā)展極為有利。 嫌氣連續(xù)發(fā)酵設備 生物工業(yè)中的嫌氣連續(xù)發(fā)酵設備主要指啤酒連續(xù)發(fā)酵設備和酒精連續(xù)發(fā)酵設備 。 啤酒連續(xù)發(fā)酵設備主要有塔式和多罐式兩類。 酒精連續(xù)發(fā)酵采用的設備有：單罐連續(xù)攪拌發(fā)酵罐；酵母回用連續(xù)攪拌發(fā)酵罐；透析發(fā)酵罐；固定化酵母發(fā)酵罐；萃取發(fā)酵系統(tǒng)；膜回收酒精發(fā)酵系統(tǒng)，連續(xù)真空發(fā)酵系統(tǒng)；中空纖維發(fā)酵系統(tǒng)；多只發(fā)酵罐連接的連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)等。 植物和動物細胞培養(yǎng)反應器 隨著生物工程技術的發(fā)展 ， 動植物細胞的培養(yǎng)已可在工業(yè)規(guī)模生化反應器中進行 。 動植物細胞培養(yǎng)是指動物或植物細胞在體外條件下進行繁殖 ， 此時細胞雖然生長與增多 ， 但不再形成組織 。 動植物細胞與微生物細胞有明顯的區(qū)別，首先動物細胞無細胞壁，動植物細胞對環(huán)境影響十分敏感。培養(yǎng)中動植物細胞對培養(yǎng)基的營養(yǎng)要求相當苛刻，并且生長緩慢。所以動植物細胞培養(yǎng)體系需要嚴格防止雜菌污染。 植物細胞培養(yǎng)反應器 用于植物細胞培養(yǎng)的核心設備稱為植物細胞培養(yǎng)反應器。此類反應器與微生物發(fā)酵用反應器有許多相同之處，亦采用通用式發(fā)酵罐、鼓泡式發(fā)酵罐、氣升式反應器、流化床式反應器、固定床式反應器、膜反應器及振動混合反應器等。植物細胞培養(yǎng)反應器已從實驗室規(guī)模的 130L放大到工業(yè)性試驗規(guī)模 13020220L。 植物細胞培養(yǎng)反應器的設計，可采用通風發(fā)酵設備的放大方法來進行。 動物細胞培養(yǎng)反應器 動物細胞培養(yǎng)反應器有多種形式，這些反應器都是針對動物細胞無細胞壁，不能耐受強烈攪拌與通風的剪切力而設計制造。 一、動物細胞懸浮培養(yǎng)反應器 由于動物細胞無細胞壁保護 ， 采用一般發(fā)酵罐的攪拌槳葉攪拌液體時液體間的剪切力往往過大而破壞細胞 ， 因此 ， 實驗室規(guī)模的懸浮培養(yǎng)反應器時依靠磁力驅動的攪拌器低轉速攪拌 (如20~50r/min)， 攪拌槳有用尼龍絲編織帶制成船帆形 ， 或通過插入溶液中的硅膠管使氧氣擴散到培養(yǎng)液內 。 目前，工業(yè)規(guī)模的動物細胞懸浮培養(yǎng)反應器最大規(guī)模 10m3 ，是用來生產雜交瘤單克隆抗體。采用螺旋槳攪拌器，攪拌轉速控制在每分鐘幾十轉， kLa值可達 10h1。另外，用擴散滲透通氣裝置取代傳統(tǒng)的通風裝置。 二、動物細胞貼壁培養(yǎng)反應器 多數動物細胞需附著在固體或半固體表面才能生長 ， 細胞在載體表面上生長并擴展成一單層 ， 所以貼壁培養(yǎng)又稱單層培養(yǎng) 。 傳統(tǒng)的動物細胞培養(yǎng)反應器是滾瓶，利用滾瓶的緩慢轉動，使動物細胞在滾瓶內壁貼壁生長繁殖。 20世紀 70年代開發(fā)出的中空纖維培養(yǎng)裝置進行動物細胞培養(yǎng)，細胞密度可達 109 cells/ml數量級。中空纖維培養(yǎng)裝置的主要組成是中空纖維管，中空纖維管內徑為 200μm ，壁厚為50~75μm ，只能讓氧與二氧化碳等小分子自由地透過纖維膜雙向擴散，而中大分子有機物不能透過。動物細胞貼附在中空纖維管外壁生長，可很方便地獲取營養(yǎng)物質和溶氧。 三、動物細胞微載體培養(yǎng)反應器 動物細胞微載體培養(yǎng)是細胞附著和生長在懸浮于培養(yǎng)液中的微珠表面，借助于溫和攪拌，使細胞均勻分布的一種培養(yǎng)方法。 貼壁培養(yǎng)動物細胞的載體微珠稱為微載體。 攪拌系統(tǒng)是微載體培養(yǎng)反應器中的重要組成部分。 海藻培養(yǎng)光合生物反應器 海洋生物包括海洋動物 (如魚、蝦、貝等 )、海洋植物 (如大藻和微藻 )和海洋微生物。 典型且常用的微藻培養(yǎng)光合反應器是敞開式跑道池。 封閉式光合反應器的研制開發(fā)已有幾十年歷史。封閉式光合反應器按其接收光的方式可分為兩大類：一類是外部光源，另一類是內部光源。 生物反應器的比擬放大 生物反應器放大的目的及方法 一、生物反應器放大的目的 在生物反應器的設計與操作中 ， 至少有兩點必須明確： ， 即所期望的生化反應是通過何種渠道完成的 。 度快、哪些反應的反應速度慢。 ? 表 710 小型和大型生物反應器設計的不同點 ? 項目 實驗用小型反應器 生產用反應器 ? 功率消耗 不必考慮 需認真對待 ? 反應器內 空間因大量的控制、 無此影響 ? 檢測裝置占去一定空間 ? 混合特性 可不必考慮 需認真對待 ? 換熱系統(tǒng) 較易解決 較難解決 二、生物反應器的放大方法 生物反應器的放大方法可分為 : （ 1）數學模擬放大； （ 2）因次分析法放大； （ 3）經驗法則放大 (包括反復實驗法、部分解析法放大等 )。 通風發(fā)酵罐的放大 例題：有一 5m3 生物反應器，罐徑為，裝液量 4m3 ，液深 ，采用六彎葉渦輪攪拌器，葉徑為 ，攪拌轉速N=190r/min，通風比 1:，發(fā)酵液密度為1040kg/m3 ，發(fā)酵液粘度為 ，現需放大至 50m3 罐進行生產，試求大罐尺寸和主要工藝條件。 謝 謝 大 家