生物反應器（Bioreactor）定義：是人們對生物有機體進行有控制的培養以生產某種產品或進行特定的反應的容器。生物反應器是發酵工程中最重要的設備之一原料過程控制熱量空壓機除菌原料制備預處理滅菌產品回收能量空氣生物反應器能量廢物產物20世紀80年代生物反應器在專業期刊和書籍中大量出現，成為一個標準名稱傳統發酵罐酶反應器等固定化酶和細胞反應器動植物細胞培養反應器一機械攪拌式生物反應器醫藥工業中的第一個大規模的微生物發酵過程青霉素生產是在機械攪拌式反應器中進行的。且迄今為止，對新的生物過程，首選的生物反應器仍然是機械攪拌式反應器。機械攪拌式反應器能適用于大多數生物過程，是形成標準化的通用產品。它是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質所需要的功率。這種反應器的適應性最強，從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發酵液，都能根據實際情況和需要，為之提供較高的傳質速率和必要的混合速度。缺點是機械攪拌器的驅動功率較高，一般2~4kw/m3，這對大型的反應器來說是個巨大負擔。結構機械攪拌反應器的基本結構包括：筒體，機械攪拌系統（攪拌器、擋板、軸封、聯軸器及中間軸承等），通氣系統（空氣分散裝置），溫控系統（換熱裝置），消泡系統、pH控制系統等，并在筒體的適當位置設置排氣、取樣、接種、進出料口以及入孔和視鏡等部件。反應器的結構攪拌器的作用是混合和傳質，使空氣與溶液均勻接觸，使氧溶解于發酵液中。攪拌器有軸向式（槳葉式、螺旋槳式）和徑向式（平直葉式、彎葉式、箭葉式）兩種。

1攪拌器軸向式攪拌器特點結構簡單制造方便整體混合效果較好攪拌功率小剪切力小適用于低粘流體的攪拌徑向式（渦輪式）攪拌器平直葉彎葉箭葉徑向式攪拌器特點功耗較大局部混合效果較好剪切力較大適用于低粘度至高粘度流體的攪拌擋板的作用是改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體劇烈翻動，增加溶解氧。通常，擋板寬度取(0.1~0.2)D（罐體直徑），裝設4~6塊即可滿足全擋板條件；擋板高度應設計為自罐底到液面高度為止。全擋板條件：是指在一定轉數下再增加罐內擋板數量而軸功率仍保持不變。

2擋板軸封的作用是使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄漏和污染雜菌。常用的軸封有填料函和端面機械軸封兩種。

3軸封端面式軸封又稱機械軸封，可分為單端面機械密封和雙端面機械密封。密封作用是靠彈性元件（彈簧、波紋管等）的壓力使垂直于軸線的動環和靜環光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉動而達到密封。單端面機械密封小型的反應器多采用外部夾套作為冷卻或加熱的換熱裝置。其優點是結構簡單、加工容易、反應器內無冷卻裝置、死角少、容易進行清洗和滅菌工作；缺點是傳熱壁較厚、冷卻水流速低、降溫效果差。大型的反應器則多采用反應器內裝有蛇形管換熱裝置，優點是管內冷卻水流速大、傳熱效率高，但它需占用反應器空間，并給反應器清洗和滅菌增加了難度。溫控系統消泡系統發酵過程中由于發酵液中含有大量的蛋白質，故在強烈的通氣攪拌下會產生大量的泡沫，嚴重時，將導致發酵液外溢，增加染菌機會。在通氣發酵生產中有兩種消泡方法，一是加入消泡劑，二是使用機械消泡裝置。通常，是兩種方法聯合使用。消泡裝置可分為兩類：一類置于罐內，目的是防止泡沫外溢，它是在攪拌軸或灌頂另外引入的軸（致攪拌軸由罐底深入時）上裝上消泡漿；另一類置于罐外，目的是從排出的氣體中分離出溢出的泡沫使之破碎后再將液體部分返回罐內。①單管②環形管dI=0.8DidI—環徑Di—漿葉直徑二氣升式生物反應器

(airliftbioreactor)

氣升式生物反應器是應用較廣泛的一類無機械攪拌的生物反應器。氣升式生物反應器是在鼓泡塔反應器的基礎上發展起來的，它是利用空氣的噴射功能和流體重度差造成反應液循環流動，來實現液體的攪拌、混合和氧傳遞。氣升式生物反應器結構簡單，沒有其他生物反應器具有的如有較多泄漏點和死角等等缺點，故早在20世紀70年代開始，植物細胞發酵培養就已經較多地采用氣升式生物反應器。

優點：氣升式生物反應器的結構較簡單，易于清洗、維修，不易染菌，能耗低，溶氧效率高，操作費用低。缺點：缺點相對來說較少，主要是高密度培養時混合不夠均勻。

四生物反應器的發展趨勢生物反應器的研究、開發和設計是生物技術的一個重要內容，一種好的生物反應器出現往往能夠大規模降低生產成本，成為生物制品成功商業化的關鍵。因此，生物反應器的開發一直很活躍，尤其是最近的細胞生物反應器開發更是如此。生物反應器的發展趨勢可歸納為以下幾個方面：由于微生物可以懸浮培養，對攪拌的剪切力要求不高，因此，微生物最有條件在大型甚至超大型反應器內生長。目前，生產抗生素的發酵罐容積已達到400m3，氨基酸的反應器達到300m3，單細胞蛋白(SCP)的反應器達到2600m3，用微生物處理廢水的生物反應器甚至高達27000m3.顯然，反應器的增大有利于降低生產成本。1

微生物反應器朝著大型化發展2動植物細胞培養反應器得到較大發展由于動植物細胞培養可以得到很多高附加值生物制品，如干擾素，單克隆抗體等，細胞培養反應器的開發越來越受到重視。其中關于供氧問題，快速升溫、SIP自動滅菌、CIP自動清洗、機械密封、排氣處理、取樣處理等問題等都需很好解決。3

大量使用現代計算機