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红霉素（erythromycin）是由绛红色糖多胞菌（Saccharopolyspora erythraea）发酵生产的次级代谢产物，其生产水平不仅受发酵工艺的影响，也受反应器结构影响。为解决红霉素发酵过程放大问题，本研究采用时间常数法和计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）数值模拟验证相结合的方法设计了500 m~3超大规模红霉素耗氧发酵生物反应器。首先，通过对50 L反应器红霉素发酵过程研究，发现溶氧是关键性限制因素，通过氧消耗速率（oxygen uptake rate, OUR）等参数分析计算得到设备的氧供应时间常数tmt需小于6.25s。然后，基于时间常数法和经验关联式理性设计500 m~3反应器搅拌桨叶组合方式，即底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的搅拌桨组合，并通过经验公式及CFD方法对设计结果进行了模拟验证。两种验证方法结果均表明500 m~3反应器采取底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的组合方式时设备的氧供应时间常数小于6.25 s，且反应器内流场特性（如持气率、剪切率和速度矢量等）均能满足红霉素大规模发酵的需要。经实际发酵验证，设计的生物反应器能够满足红霉素的工业规模发酵应用。