1、鼓泡塔式生物反應器鼓泡塔式生物反應器2013-12-15目錄目錄簡介特性示例氣體攪拌塔式生物反應器氣體攪拌塔式生物反應器 該類反應器是一種氣體攪拌的、高徑比較大的塔式生物反應器。流體的流動與混合主要依靠壓縮空氣所帶入的能量。 該類反應器適合于對剪切力敏感的動植物細胞培養和生產規模較大的生物反應過程，例如單細胞蛋白的生產和廢水的生物處理。 此類反應器中，最具代表性的是鼓泡塔反應器和氣升式反應器。鼓泡塔反應器（鼓泡塔反應器（BCRBCR）特性：特性： 氣體為分散相，液體為連續相。 通氣是向其輸入能量的主要途徑，因此，通氣速率是其最主要的操作變量。 反應器內流體的流動狀況與傳遞性能，均與通氣速率有關

2、。1 1 流動特性流動特性根據其流動特性，可將鼓泡反應器內流體的流動狀況分為三個區域：a、均勻鼓泡區b、栓塞流區c、湍流鼓泡區a a、均勻鼓泡區、均勻鼓泡區現象現象： 氣體表觀速度0.05m/s時，所有氣泡呈分散狀態，其大小均勻，相互作用很小，并以相同速度上升而無氣相的返混，此時液體亦不存在循環流，而僅存由氣泡尾流的卷吸作用所引起的液體擾動。b b、栓塞流區、栓塞流區又稱節節涌涌流區流區。現象現象： 氣體表觀速度0.05m/s時，即在其液泛點以上時，若反應器塔徑較小（即D 0.1m），則小氣泡會通過聚并而形成與塔徑相同的大氣泡，進而形成穩定的氣栓，導致氣液兩相的分離，而處在大氣泡之間的則是僅含

3、小氣泡的氣液兩相流。液泛點液泛點：在逆流接觸的氣-液反應器或傳質分離設備中，氣體從下往上流動。當氣體的流速增大至某一數值，液體被氣體阻攔不能向下流動，愈積愈多，最后從塔頂溢出，稱為液泛。產生液泛時的氣體速度或連續相速度稱為液泛速度；這種操作狀態稱為液泛點。c c、湍流鼓泡區、湍流鼓泡區現象現象： 氣體表觀速度在液泛點以上時，反應器直徑D 0.2m時，小氣泡會聚并為大氣泡且形成氣泡簇，但氣泡直徑不會達到反應器直徑（反應器直徑較大）。 但由于大氣泡上升速度快于小氣泡，造成了大小氣泡在反應器內不能形成穩定的速度分布，導致大小氣泡停留時間不同，氣相存在返混現象。 對液相，一部分沿塔的中心而上升，另一部

4、分則沿塔壁下降，形成了液體的循環流。2 2、傳遞特性、傳遞特性 鼓泡反應器內的傳遞特性與氣體表觀速度、鼓泡器的設計和反應液的性質等因素有關。各傳遞參數多以氣體表觀速度G作為其關聯的主要變量。u氣含量 u傳遞系數u時均切變率u功率消耗u流體混合3 3、鼓泡反應器的改善、鼓泡反應器的改善采用較大的高徑比和較大的通氣量，有利于塔內氣含率和氧的傳遞速率；內置多孔篩板，可延長氣液接觸時間；并通過不斷形成新的氣液界面，減小液膜阻力，提高氧傳遞速率和利用率。 另外，篩板上降液口亦有助于液體的循環流動， 促進了液體的混合。示例示例實驗裝置實驗裝置實驗實驗條件條件l 鼓泡塔式反應器：高6m，內徑0.15m；l 液相為水，氣相為空氣或氮氣；l 氣孔分布器：直徑1mm，64孔；l 活塞流。 通過對塔內不同深度溶氧率的測定，比較參數如大氣壓、溫度、深度、氣體表觀速度和塔高等，探究塔式反應器中的體積傳質系數KLa。結果分析結果分析u塔高是不能忽視的影響因素，塔底和塔頂之間的靜態壓力使得氧溶解度逐漸下降。u體積傳質系數Kla對氧溶解率的影響：較大的Kla使得體系更快地達到氣液飽和。u氣體表觀速