作為通氣攪拌發(fā)酵罐的主要特征之一，機械攪拌系統(tǒng)提供的動力是機械攪拌發(fā)酵罐質(zhì)量傳遞、熱量傳遞、混合和懸浮物均勻分布的基本保證。攪拌裝置的設(shè)計和選擇必須綜合考慮以滿足上述要求并降低造價和動力消耗。
機械攪拌系統(tǒng)由電機、變速箱、攪拌軸、攪拌槳、軸封和擋板組成。下面做簡要的介紹。
1．電機和變速箱
電機和變速箱置于罐體之外。對小型反應(yīng)器，可以采用單相電驅(qū)動的電機，而大型反應(yīng)器所用的一般均為三相電機。對大型反應(yīng)器，由于電機的轉(zhuǎn)速一般遠高于攪拌轉(zhuǎn)速，必須通過變速箱降低轉(zhuǎn)速。實驗室小型反應(yīng)器可以采用無級變速，不需要變速箱。在間歇培養(yǎng)時，細胞生長各個階段對剪切力和氧傳遞有不同的要求，為了降低功耗，最好采用可調(diào)速電機。
2．攪拌軸
攪拌軸既可以從頂部伸入罐體，也可以從底部伸入罐體，前者稱為上攪拌，后者稱為下攪拌。一般而言，上攪拌的制造和安裝成本要略高于下攪拌。但是，采用下攪拌時，培養(yǎng)基中的固體顆?；蛘呖扇苄猿煞衷谒謸]發(fā)后形成的結(jié)晶會損壞軸封，使其維護成本增加。不同尺寸的通氣攪拌罐，其攪拌槳層數(shù)也不同，小型通氣攪拌罐一般只有一層攪拌槳，而大型通氣攪拌罐一般具有2～4層攪拌槳以改善混合和傳質(zhì)。
3．軸封
軸封的主要作用是防止環(huán)境中的微生物侵入反應(yīng)器以及培養(yǎng)液等發(fā)生泄漏。機械傳動部件往往是造成染菌的主要原因之一，因此軸封設(shè)計的關(guān)鍵是避免染菌和泄漏，應(yīng)盡可能采用無菌密封材料。
4．擋板
體上還安裝有擋板。擋板的設(shè)計要滿足“全擋板條件”。所謂全擋板條件，是指在攪拌罐中再增加擋板或其它附件時，攪拌功率不再增加。擋板的數(shù)目通常為4～6塊，其寬度為0.1～0.12D。全擋板條件是達到消除液面漩渦的最低條件。
5．攪拌槳
根據(jù)攪拌所產(chǎn)生的流體運動的初始方向，可以將攪拌槳分為徑向流攪拌槳和軸向流攪拌槳。徑向流攪拌槳將流體向外推進，遇反應(yīng)器內(nèi)壁和檔板后再向上下兩側(cè)折返，產(chǎn)生次生流。軸向流攪拌槳則使流體一開始就沿軸向運動。一般而言，帶軸向流攪拌槳的反應(yīng)器，其功率準數(shù)較低，達到同樣混合效果所需消耗的能量要遠低于徑向流攪拌槳。徑向流攪拌槳所造成的剪切力大于軸向流攪拌槳，這有利于打碎氣泡，從而增大總括氧傳遞速率常數(shù)，但會對有些細胞產(chǎn)生傷害。因此，徑向流攪拌槳多用于對剪切力不敏感的好氧細菌和酵母的培養(yǎng)，而軸向流攪拌槳多用于對剪切力敏感的生物反應(yīng)體系。對于大型發(fā)酵罐，可采用這兩類攪拌槳混合配置的設(shè)計，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。最下層的槳一般采用平板槳，這種槳具有優(yōu)良的氣泡破碎效果，這是在青霉素發(fā)酵研究和開發(fā)中得到的經(jīng)驗，一直沿用至今。