Des buses d'air, ou tuyaux de distribution d'air annulaires, sont installées dans la partie inférieure de la zone montante, et il y a de nombreux trous de buse sous les tuyaux de distribution d'air. De l'air stérile sous pression est injecté dans le bouillon de fermentation par des buses ou des trous de buse, et la vitesse de l'air injectée par la buse d'air peut atteindre 250 ~ 300 (m/s). L'air aseptique est pulvérisé dans le tuyau ascendant à grande vitesse, et les bulles d'air sont divisées en petits morceaux par l'action turbulente du mélange gaz-liquide, qui est en contact étroit avec le liquide de fermentation dans le tube de guidage pour fournir de l'oxygène dissous dans le liquide de fermentation.
En raison de la densité réduite du mélange gaz-liquide formé dans le tube de guidage et de l'énergie cinétique du jet d'air comprimé, le liquide dans le tube de guidage se déplace vers le haut ; après avoir atteint le niveau liquide supérieur du réacteur, une partie des bulles de gaz est rompue et le dioxyde de carbone est évacué dans l'espace supérieur du réacteur. Le liquide de fermentation qui évacue une partie du gaz s'écoule du haut du tube guide vers l'extérieur du tube guide. Le liquide de fermentation à l'extérieur du tube de guidage a une faible teneur en gaz et sa densité augmente, tandis que le liquide de fermentation diminue. Il entre à nouveau dans la colonne montante pour former un flux de circulation pour réaliser le mélange et le transfert de masse d'oxygène dissous.
Caractéristiques des cuves de fermentation :
Les caractéristiques du réacteur à boucle à transport aérien ont été brièvement mentionnées ci-dessus. Puisqu'il n'y a pas d'agitateur dans le réacteur à boucle à air pulsé et qu'il y a un flux de circulation directionnel, il présente de nombreux avantages, qui seront expliqués en détail ci-dessous.
(1) La solution de réaction est uniformément répartie : un mélange uniforme de triphasé gaz-liquide-solide et un bon mélange et une bonne dispersion des composants de la solution sont des exigences courantes des bioréacteurs, car le débit, le mélange et la distribution du temps de séjour sont tous affectés. Pour de nombreuses fermentations aérées avec alimentation intermittente ou continue, le substrat et l'oxygène dissous sont dispersés aussi uniformément que possible pour garantir que la concentration du substrat partout dans le fermenteur tombe dans la plage de 0,1% à 1%, et l'oxygène dissous est de 10 % à 30 %.
Ceci est bénéfique pour la croissance et la production de produits de cellules biologiques aérobies. De plus, il est nécessaire d'éviter la formation d'une couche de mousse stable à la surface du liquide du fermenteur, de manière à éviter l'accumulation de cellules biologiques du bioréacteur sur celui-ci et des dommages voire la mort. Il existe également des composants moyens, en particulier des matériaux granulaires féculents qui sont faciles à décanter et doivent pouvoir être mis en suspension et dispersés. Les réacteurs à boucle de transport aérien peuvent bien répondre à ces exigences.
(2) Taux d'oxygène dissous et efficacité de l'oxygène dissous plus élevés : le réacteur de transport aérien a une rétention de gaz élevée et une interface de contact gaz-liquide spécifique, de sorte qu'il a un taux de transfert de masse et une efficacité de l'oxygène dissous élevés. L'efficacité volumétrique de l'oxygène est généralement supérieure à celle du réservoir d'agitation mécanique, le kLd peut atteindre 2000h et la consommation d'énergie en oxygène dissous est relativement faible.
(3) La force de cisaillement est faible et les dommages aux cellules biologiques sont faibles : étant donné que le bioréacteur à air pulsé n'a pas de roue d'agitation mécanique, les dommages de cisaillement aux cellules peuvent être réduits, et il est particulièrement adapté à la culture de cellules végétales et tissus.
