第二节 通气搅拌反应器
工业生产中使用最多的生物反应器是通气搅拌反应器，通气和搅拌相结合，规模可从实验室的几升容积到工业规模的几百立方米，广泛用于微生物发酵和动物细胞培养制药中。
一、结构特征
通气搅拌反应器的主要组成部分包括主体壳体、控温部分、搅拌部分、通气部分、进出料口、测量系统、物料进出系统和附属系统等。
通气搅拌反应器适合于大多数生物种类的细胞培养，具有以下优点：适用性强，从小型到中型直至大型的培养过程都可以使用；pH及温度易于控制，易放大；性能好，既适合连续培养，也可以间歇或半连续生产；尤其对于气体传递，可以提高KLα(单位体积质量传递系数)。其缺点是：机械搅拌剪切力容易损伤细胞，特别是对动物细胞有较大损伤；搅拌消耗的功率较大，耗能高；结构比较复杂，需要彻底清洗，否则受染菌的风险加大。
二、机械搅拌系统
（一）电机和变速箱
电机和变速箱置于罐体之外，小型反应器的电机是单相电驱动，而大型反应器则采用三相电机。
（二）搅拌轴
搅拌轴的安装有两种方式，上搅拌是从顶部深入罐体，而下搅拌是从底部深入罐体。
（三）轴封
轴封的主要作用是防止环境中的微生物进入反应器而引起染菌以及培养液等的泄漏。搅拌轴的密封为动密封，动密封有两种，即填料函密封和机械密封。机械密封的优点是泄漏量极少，使用工作寿命长，摩擦功率损耗小，结构紧凑等。缺点是结构复杂，安装技术要求高，拆装不方便等。
（四）挡板
为防止搅拌时液面上产生大的漩涡，并促进罐内流体在各个方向的混合，与搅拌桨相对应，在罐体上还安装有挡板，消除液面漩涡。
（五）搅拌桨
有径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。径向流搅拌桨将流体向外推进，遇反应器内壁和挡板后再向上下两侧折返，产生次生流。轴向流搅拌桨则使流体一开始就沿轴向运动。
三、通气系统与消泡系统
（一）通气系统
通气系统由无菌空气制备系统、反应器内空气分布装置和出口气体除菌系统组成。详见第二章。
（二）机械消泡系统
（三）生物反应器在工作过程中会产生大量泡沫，机械消泡是常用的策略，即在罐顶部设计一个消泡桨，通过机械作用消除泡沫。
四、检测与控制系统
（一）生物反应器的自动控制方式
自动控制是根据反应变量的有效测量及工艺过程的动力学，借助于自动化仪表和计算机组成的控制器，使关键变量在预定值范围内变化，实现反应过程的稳定运行。
（二）温度控制系统
由温度测量电极、热交换装置及相应的控制装置组成。
（三）pH控制系统
反应器内的pH电极进行在线测量和自动控制。
（四）溶解氧控制系统
反应器内的溶解氧是通过溶解氧电极进行在线测量和自动控制。
