论文总字数：13027字

摘 要

气升式生物反应器本身结构较为简单，通过内部循环，能够使得反应物得到充分的接触。因此这一类生物反应器广泛应用于不利于采用搅拌式发酵的植物细胞培养及其相应的工业发酵。当前，发酵理论的深入研究及学科间的交叉应用，促进了发酵过程装备技术的飞速发展，尽管国内外对于发酵过程及其装备的研究不断推陈出新，但气升式生物反应器（发酵罐）的产品设计比例根据文献资料显示仍然较少，同时现有的此类设备的设计大都基于早期的设计理论及理念，在当前发酵工业信息化、智能化、集成化高度发达的环境下，不利于提高实验或生产效率。本设计就是在已有的一款气升式生物反应器设计图纸的基础上，对该款气升式发酵罐的搅拌装置、传热装置、通气装置等方面进行优化改良并在理论上加以论证，目的是使现有装备的某些重要性能参数有明显的提高，同时经过优化使得该气升式生物反应器结构更加合理，发酵效率总体能够提高、传热效率提高、染菌率降低，更加适合自动化、信息化、集成化的实验、生产模式。

关键词：气升发酵 发酵罐 机械设计

An improved design of a 5L small airlift bioreactor

Abstract

Airlift bioreactors are generally one of the important types used for plant cell culture. The structure itself is relatively simple. Through internal circulation, the cycle process can be fully contacted. Therefore, this kind of bioreactor is widely used in plant cell cultivation and its corresponding industrial fermentation, which are not suitable to employ the method of agitated fermentation.

At present, in-depth researches on the fermentation theory and cross application of disciplines have promoted the technologies and equipment used in fermentation process. However, when reviewing literature, though researches on the fermentation process and its equipment have developed constantly both at home and abroad, studies on the design of airlift bioreactor are still limited. What’s worse, the existing designs are mostly based on early design theories and concepts, making it inconducive to increase the efficiency of experiments and production in an age when informatization, artificial intelligence, and integration are highly developed.

Based on existing drawings of an airlift bioreactor, this design upgrades its stirring device, heat-transfer unit, ventilation set and other aspects of the airlift fermentation tank, so as to optimize some of its significant performance parameters, and also, certify it with theories. Meantime, this airlift bioreactor is made to be more reasonable in structure, more efficient in fermentation and heat transfer, and less vulnerable to bacteria. In conclusion, this upgraded equipment is more suitable to automatic, information-based and integrated experiments and production model.

Key Words: airlift fermentation; fermentation tank; mechanic design

目 录

摘要 I

2

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 气升式生物反应器的介绍 1

1.1.1 气升式生物反应器的定义 1

1.1.2 气升式生物反应器的种类与优缺点 1

1.2 国内外有关气升式生物反应器的研究重点 2

1.2.1 发酵方面的研究 2

1.2.2 细胞培养方面的研究 2

1.2.3 性能参数的研究 2

1.3 现有的发酵系统需要改进的方面 3

1.4 设计目的及意义 4

第二章 气升式生物反应器的改进 5

2.1 反应器结构 5

2.2 反应器尺寸调整 7

2.1.1 外部参数改进 8

2.2.1 内部参数改进 9

2.3 通气装置的改进 10

2.4 罐体部分的改进 12

2.5 导流筒相关部分的改进 16

2.6 上盖板的介绍及改进 16

2.7 新增零件的介绍 20

2.7.1 把手 20

2.7.2 冷却装置 23

2.8 夹套部分的介绍及改进 24

第三章 控制柜的介绍及改进 26

3.1 控制柜的介绍 26

3.2 控制柜外观 26

3.3 功能介绍 27

3.3.1 概述 27

3.3.2 显示器显示参数 27

第四章 结语与展望 29

参考文献 31

致谢 33

第一章 引言

1.1 气升式生物反应器的介绍

1.1.1 气升式生物反应器的定义

首先对气升式生物反应器进行简要说明，其英文名称为Airlift Reactor，缩写相对应的为ALR，其工作原理主要是指的是通过对相关气体进行通入，从而达到维持所相关过程的顺利的对应内部循环。此外，考虑到气泡的相应产生的一定程度的影响，将会使得密度差的存在，并相应导致相关的一定量的混合物发生传输，最终到达反应器，即新型高效生物反应器，具有较强的抗染菌特性。[^[1]]综合考虑多种因素之后本文研究发现，针对某种生物反应器进行设计研究时，高径比、底隙高度等多种相关的自身或者环境因素，都会对最终的成功设计结果产生一定程度的影响。并且其中包含的对种因素中，也会对相应的传热特性产生影响，并且有时影响较大。此外导流筒等各种内构件的设计对产品的性能也有很重要的影响。

1.1.2 气升式生物反应器的种类与优缺点

本文主要针对设计研究的气升式生物反应器，根据不同的分类方法与方式，可以将相应的气升式生物反应器分为多个种类，本文根据相应的液体循环状况，认为可以根据此种特点，将本文设计研究的气升式生物反应器分为内循环与外循环两种类型。其中前者的内循环气升式生物反应器，一般情况下是通过采用鼓泡塔，并且是包括一种单一的鼓泡塔进而组成的，附加有气升管与降液管。外循环式的区别主要在于气升管与降液管不直接连接，以塔顶塔底相关部件为连接纽带，正常工作时以气体为媒介，使液体得到了充分的混合，尽管其可以做到几乎不存在死角，混合也较为均匀，但设计难度相对较高，实际考虑的因素也较为繁多，故可以参考的应用实例并不是很多。[^[2]]

本文设计研究的气升式生物反应器与其他类型的生物反应器相比，也就有一定的区别，如当本文设计研究的气升式生物反应器与鼓泡式反应器相比时，本文设计研究的气升式生物反应器的相对应的性能更好，所能产生的反应也会对应更加充分，从而使得最终的效率更高。当然，本文设计研究的气升式生物反应器也具有一定的缺点，如相同状态下的平均含气率是较低的。而本文设计研究的气升式生物反应器与传统的类型相比，具有整体结构更为简单可靠、相应的成本较低，从而使得总体经济性得到一定的提高，并且本文设计研究的气升式生物反应器更加有利于相应的维修拆卸工作，提高维修拆卸的工作效率。减少对应成本消耗。

请支付后下载全文，论文总字数：13027字