發(fā)酵罐也是應用最廣泛的生物反應設備。這類反應器具有結構簡單、不易染菌、溶氧效率高、能耗低等優(yōu)點。氣升式反應器有多種類型，常見的有氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式等，生物工業(yè)已經大量應用的氣升式發(fā)酵罐有氣升內環(huán)流發(fā)酵罐、氣液雙噴射氣升環(huán)流發(fā)酵罐、設有多層分布板的塔式氣升發(fā)酵罐。
而發(fā)酵罐則是最原始的通氣發(fā)酵罐，當然鼓泡式反應器內沒有設置導流筒，故未控制液體的主體定向流動。現以氣升環(huán)流式反應器為例說明其工作原理。前面已經簡單提到氣升環(huán)式反應器的特點，由于氣升環(huán)流反應器內沒有攪拌器，并且有定向循環(huán)流動，故具有多個優(yōu)點，下面具體說明。
1、反應溶液分布均勻：氣液固三相的均勻混合與溶液成分的混合分散良好是生物反應器的普遍要求，因其流動、混合與停留時間分布均受到影響。對許多間歇或連續(xù)加料的通氣發(fā)酵，基質和溶氧盡可能均勻分散，以保證其基質在發(fā)酵罐內各處的濃度都落在0.1％～1％范圍內，溶解氧為10％一30％。這對需氧生物細胞的生長和產物生成有利。此外，還需避免發(fā)酵罐液面生成穩(wěn)定的泡沫層，以免生物細胞積聚于上而受損害甚至死亡。還有培養(yǎng)基成分尤其是有淀粉類易沉降的顆粒物料，更應能懸浮分散。氣升環(huán)流反應器能很好地滿足這些要求。
2、較高的溶氧速率和溶氧效率：氣升式反應器有較高的氣含率和比氣液接觸介面，因而有高傳質速率和溶氧效率，體積溶氧效率通常比機械攪拌罐高，kLd可達2000h，且溶氧功耗相對低。
3、剪切力小，對生物細胞損傷小：由于氣升式反應器沒有機械攪拌葉輪，故對細胞的剪切損傷可減至最低，尤其適合植物細胞及組織的培養(yǎng)。
4、傳熱良好：好氣發(fā)酵均產生大量的發(fā)酵熱，如酵母培養(yǎng)旺盛期發(fā)酵熱高達3.0～4.0×105kJ／(m.h)，而傳熱溫差則只有幾度(℃)，尤其夏季，若使用非冷凍水，則只有3-10℃左右，故需很大的換熱面積與傳熱系數。發(fā)酵罐因液體綜合循環(huán)速率高，同時便于在外循環(huán)管路上加裝換熱器，以保證除去發(fā)酵熱以控制適宜的發(fā)酵溫度。
