本文将计算流体力学应用于生物反应器的放大过程中,把工程因素与生物学因素相结合,致力于解决发酵工艺中的溶氧、剪切、传质等问题。采用CFX计算流体力学软件对54m3土霉素生产的搅拌罐进行模拟,获得了发酵液非牛顿特性最强的发酵中期阶段的流场计算结果。针对发酵体系存在的轴向流动较弱等问题,对原搅拌桨作出改进。设计一种新型发酵罐搅拌桨,其结构特点是采用不对称结构的上下桨叶设计。经过验证,新型搅拌桨能够强化轴向流,造成搅拌桨上下局部环流区不对称,促进发酵液在轴附近向下流动,在桨附近沿径向向外流动,在边缘向上流动形成发酵罐内整体循环,从而促进传质。设计了一种采用网布固定化根霉作为导流筒内折流挡板的新型气升罐,该网布层结构一方面为根霉生长提供附着载体,另一方面作为折流挡板使发酵液在导流筒内有序流动。利用CFD模拟与实验结合对内部结构进行优化,确定网布层相邻间距为50mm,网布层形状为弓形(圆缺形),缺口高度与网布层直径比为25%,相邻网布层之间转角取向为180°。在此基础上对该气升式反应器的操作参数进行研究,确定最适通气量为0.9VVM。通过总体气含率与平均气泡停留时间计算值和测量值对照验证,说明CFD模拟能够有效描述该气升式反应器运行的实际情况。