（7-7）
式中Q基质燃烧为基质的燃烧热，Q产物燃烧为产物的燃烧热。
生物反应器中的换热装置的设计，首先是传热面积的计算。换热装置的传热面积可由下式确定。
（7-8）
式中F为换热装置的传热面积m；
Qall为由上述方法获得的反应热或反应中每小时放出的最大热量kJ/h； K为换热装置的传热系数kJ/(m2·h·℃)；
?tm为对数温度差(℃)，由冷却水进出口温度与醪液温度而确定。 根据经验：夹套的K值为400～700kJ/（m2·h·℃），蛇管的K值为1200～1900kJ/（m2·h·℃），如管壁较薄，对冷却水进行强制循环时，K值为3300～
2
4200kJ/（m2·h·℃）。气温高的地区，冷却水温高，传热效果差，冷却面积较大，1m3发酵液的冷却面积超过2m2。但在气温较底的地区，采用地下水冷却，冷却面积较小，1m3发酵液的冷却面积为1m2。发酵产品不同，冷却面积也有差异。
7.3 通风发酵设备
通风发酵设备是生物工业中最重要的一类生物反应器。通风发酵设备有通风式、气升式、鼓泡式、自吸式、通风固相发酵设备等多种类型，可用于传统发酵工业与现代生物工业中各行业。
7.3.1 机械搅拌式发酵罐
机械搅拌式发酵罐，是指既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置的发酵罐（见图7-9），目前最大的通用式发酵罐容积约为480m3。 7.3.1.1 机械搅拌式发酵罐的结构
[
a——小型通用式发酵；b——大型通用式发酵罐
7.3.1.2 机械搅拌通风发酵罐的混合与搅拌
机械搅拌罐的混合主要是通过机械搅拌来实现。机械搅拌不仅可促使培养基混合均匀，而且有利于增加气液接触面积，提高溶氧速率。对于双液相反应体系可提高液-液接触面积，另外还可促进传热与固形物料的悬浮。
一、搅拌器的型式与搅拌流型
搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，不同类型的搅拌器产生的两种流向，侧重也不相同。
生物反应器中常使的搅拌器型式有：螺旋桨、平桨、涡轮桨、自吸式搅拌桨和栅状搅拌桨等。
二、 搅拌功率的计算
机械搅拌发酵罐中的搅拌器轴功率与下列因素有关：搅拌器直径Di（m）、搅拌转速N（r/min）、液体密度ρ（kg/m3）、液体粘度μ（Pa·s）、重力加速度g（m/s2）、搅拌罐直径D（m）、液柱高度HL（m）以及档板条件(数量、宽度和位置)等。由于搅拌罐直径和液柱高度与搅拌器直径之间有一定比例关系，可不作独立变量，于是
P = f(Di，N，ρ，μ，g) (7-37) 对于牛顿型流体，通过因次分析可得如下关联式
(7-38)
(7-39)
式中：NP为功率准数，其物理意义为机械搅拌力与惯性力之比； ReM为搅拌雷诺准数,其物理意义为惯性力与粘滞力之比； FrM为搅拌弗鲁特准数，其物理意义是搅拌加速度与重力； K为与搅拌器形式、反应器几何尺寸有关的常数
当Rem<10，X=-1，液体处于滞流状态，
(7-40)
当Rem>104，液体处于湍流状态
(7-41)
这些K值均为在HL/D=1，D/Di=3，D/W=10的条件下测定的。当不符合此条件时，搅拌功率可用下式校正：
(7-42)
2024年南师附中生物竞赛辅导讲义设计-生物反应07生物反应器
