生物反應(yīng)器是指利用酶或生物體所具有的特殊功能，在體外進行生物化學反應(yīng)的裝置系統(tǒng)，它是生物反應(yīng)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。生物反應(yīng)器具有成本低、設(shè)備簡單、效率高、產(chǎn)品作用效果顯著、減少工業(yè)污染等優(yōu)點。

生物反應(yīng)器的類型

　　生物反應(yīng)器有很多種，按照不同的分類角度可以分為各種類型。

　　按照反應(yīng)器內(nèi)流型分：理想反應(yīng)器(包括柱塞流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器)、非理想反應(yīng)器。

　　按照操作方式分：連續(xù)式反應(yīng)器、半連續(xù)式反應(yīng)器、間歇反應(yīng)器。

　　按照結(jié)構(gòu)特征分：罐式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、膜反應(yīng)器。

　　按照反應(yīng)器內(nèi)相態(tài)分：均相反應(yīng)器、非均相反應(yīng)器。

　　按照生物反應(yīng)器內(nèi)有機體種類分：微生物反應(yīng)器、植物細胞反應(yīng)器、動物細胞反應(yīng)器、酶反應(yīng)器。

　　按照反應(yīng)器內(nèi)氣液混合方式分：機械攪拌混合反應(yīng)器、泵循環(huán)混合反應(yīng)器、直接通氣混合反應(yīng)器、連續(xù)氣相反應(yīng)器。

　　按照是否通氧分：通氣發(fā)酵設(shè)備、嫌氣發(fā)酵設(shè)備。

機械攪拌式生物反應(yīng)器

　　醫(yī)藥工業(yè)中的diyi個大規(guī)模的微生物發(fā)酵過程——青霉素生產(chǎn)是在機械攪拌式生物反應(yīng)器中進行的。且迄今為止，對新的生物過程，shou選的生物反應(yīng)器仍然是機械攪拌式反應(yīng)器。機械攪拌式反應(yīng)器能適用于大多數(shù)生物過程，是形成標準化的通用產(chǎn)品。機械攪拌式反應(yīng)器大多數(shù)用于間歇反應(yīng)。

　　機械攪拌式生物反應(yīng)器特點：

　　機械攪拌式生物反應(yīng)器是借攪拌渦輪輸入混合以及相際傳質(zhì)所需要的功率。這種反應(yīng)器的適應(yīng)性Z強，從牛頓型流體直到非牛頓型的絲狀菌發(fā)酵液，都能根據(jù)實際情況和需要，為之提供較高的傳質(zhì)速率和必要的混合速度。

　　機械攪拌式生物反應(yīng)器缺點是機械攪拌器的驅(qū)動功率較高，一般2~4kw/m3，這對大型的反應(yīng)器來說是個巨大負擔。

　　機械攪拌式生物反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)包括：筒體，機械攪拌系統(tǒng)攪拌器、擋板、軸封、聯(lián)軸器及中間軸承等，通氣系統(tǒng)?？諝夥稚⒀b置溫控系統(tǒng)換熱裝置，消泡系統(tǒng)、pH控制系統(tǒng)等，并在筒體的適當位置設(shè)置排氣、取樣、接種、進出料口以及入孔和視鏡等部件。

氣升式生物反應(yīng)器

　　氣升式生物反應(yīng)器是應(yīng)用較廣泛的一類無機械攪拌的生物反應(yīng)器。氣升式生物反應(yīng)器是在鼓泡塔反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)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(yīng)液循環(huán)流動，來實現(xiàn)液體的攪拌、混合和氧傳遞。

　　氣升式生物反應(yīng)器是植物細胞培養(yǎng)領(lǐng)域中五大反應(yīng)器的一種，其流動性較其他生物反應(yīng)器更為均勻，而且它結(jié)構(gòu)簡單，沒有其他生物反應(yīng)器具有的如有較多泄漏點和死角等缺點，故早在20世紀70年代開始，植物細胞發(fā)酵培養(yǎng)就已經(jīng)較多地采用氣升式生物反應(yīng)器。

　　氣升式生物反應(yīng)器特點：

　　優(yōu)點：氣升式生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)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(yǎng)時混合不夠均勻。

　　氣升式生物反應(yīng)器又可分為帶升式發(fā)酵罐、氣升及外循環(huán)發(fā)酵罐、氣升環(huán)流發(fā)酵罐以及塔式發(fā)酵罐四類。不同的氣升式生物反應(yīng)器擁有各自不同的特點，適用于生產(chǎn)不同的生物產(chǎn)品，目前均具有較廣泛的應(yīng)用。

鼓泡塔生物反應(yīng)器

　　鼓泡塔生物反應(yīng)器是氣液兩相反應(yīng)器，是指氣體鼓泡通過含有反應(yīng)物或催化劑的液層以實現(xiàn)氣液相反應(yīng)過程的反應(yīng)器。

　　鼓泡塔生物反應(yīng)器以氣體為分散相、液體為連續(xù)相，涉及氣液界面。通常液相中包含有固體懸浮顆粒，如固體培養(yǎng)基、微生物菌體等。反應(yīng)器內(nèi)流體的運動狀況是隨分散相氣速的大小改變的，一般分為兩種：一種是均勻鼓泡流，此時氣速較低，氣泡大小均勻，浮升較有規(guī)則;隨著氣流的增加，小氣泡被大氣泡兼并，同時也造成了液體的循環(huán)流動，這種稱為非均勻鼓泡流。

　　Z簡單的鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)容是一空塔，塔的底部用篩板或氣體分布器來分布氣體。其工作原理是利用通入培養(yǎng)基中的氣泡在上升的時帶動液體而產(chǎn)生混合，并將氣泡中的氧供培養(yǎng)基中的菌體使用。

　　鼓泡塔生物反應(yīng)器的特點：

　　鼓泡塔生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決，用于高壓時也無困難。適用于液體相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)。

　　塔內(nèi)充滿液體，氣體從反應(yīng)器底部通入，分散成氣泡沿著液體上升，既與液相接觸進行反應(yīng)同時攪動液體以增加傳質(zhì)速率。鼓泡塔內(nèi)液體返混嚴重，氣泡易產(chǎn)生聚并，故效率較低。

　　鼓泡塔生物反應(yīng)器由于結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，操作成本低，混合和傳質(zhì)傳熱性能較好，因此廣泛應(yīng)用于生物工程行業(yè)中，例如乙醇發(fā)酵、單細胞蛋白發(fā)酵、廢水處理、廢氣處理(例如用微生物處理氣相中的苯)等。鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)無傳動部件，容易密封，對保持無菌條件有利。