生化反应设备ppt课件

1、 第一节第一节 发酵罐发酵罐 第二节第二节 生化反响设备生化反响设备一一 发酵罐的定义发酵罐的定义 二二 发酵罐的种类发酵罐的种类三三 几种好氧发酵罐的构造及其特点几种好氧发酵罐的构造及其特点 是发酵消费中最主要的设备,是按照发酵过程的工艺要求,保证和控制各种生化反响条件(T,P,O2,防止杂菌污染),以促进微生物的新陈代谢,使之能在低耗费下获得较高的产量的一种设备。 留意：由于发酵时采用的菌种不同、产物不同或发酵类型不同，培育或发酵条件也就各不一样。因此，需求根据发酵过程的特点和要求来设计和选择不同构造和方式的发酵罐。微生物有好氧和厌氧两大类，培育这两大类微微生物有好氧和厌氧两大类，培育这两

2、大类微生物的发酵罐有很大的区别。相应地发酵罐可生物的发酵罐有很大的区别。相应地发酵罐可分为以下两种：分为以下两种：1 好氧发酵罐：好氧发酵罐： 氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素和单细胞氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素和单细胞蛋白均由此方法制得。在消费过程中需通入无蛋白均由此方法制得。在消费过程中需通入无菌空气，因此其设备的构造要比厌氧发酵复杂菌空气，因此其设备的构造要比厌氧发酵复杂些。些。消费上根据发酵罐通风和搅拌方式的不同可将消费上根据发酵罐通风和搅拌方式的不同可将其分为四类：机械搅拌式通风发酵罐、自吸式其分为四类：机械搅拌式通风发酵罐、自吸式发酵罐、气升式发酵罐和塔式发酵罐发酵罐、气升式发酵罐

3、和塔式发酵罐 2 厌氧发酵罐厌氧发酵罐 厌氧发酵也称静止培育，因其不需供氧，所以厌氧发酵也称静止培育，因其不需供氧，所以设备和工艺都较好氧发酵简单。严厉的厌氧液体设备和工艺都较好氧发酵简单。严厉的厌氧液体深层发酵的主要特征是排除发酵罐中的氧。罐内深层发酵的主要特征是排除发酵罐中的氧。罐内的发酵液应尽量装满，以便减少上层气相的影响，的发酵液应尽量装满，以便减少上层气相的影响，有时还需充人非氧气体。发酵罐的排气口要安装有时还需充人非氧气体。发酵罐的排气口要安装水封安装，培育基应预先复原。水封安装，培育基应预先复原。 本章重点讲述好氧发酵罐本章重点讲述好氧发酵罐一一 通用机械搅拌通风发酵罐通用机械搅

4、拌通风发酵罐 一构造一构造 主要由罐体、控温部分、搅拌部分、通气部分、主要由罐体、控温部分、搅拌部分、通气部分、进出料口、丈量系统和附属系统等组成。分别引进出料口、丈量系统和附属系统等组成。分别引见各个部件的作用及其任务原理，如下：见各个部件的作用及其任务原理，如下：通用式发酵罐是指既具有机械搅拌又有紧缩空气分通用式发酵罐是指既具有机械搅拌又有紧缩空气分布安装的发酵罐。由于这种型式的罐是目前大多数布安装的发酵罐。由于这种型式的罐是目前大多数发酵工厂最常用的，所以称为发酵工厂最常用的，所以称为通用式通用式。其容积可。其容积可自自20 L200 L，有的甚至可，有的甚至可500-50000 L。

5、1 罐体：为整个发酵过程提供一个密封的环境，防止杂菌罐体：为整个发酵过程提供一个密封的环境，防止杂菌污染；同时为了能在一定压力下进展高温灭菌，要求罐体污染；同时为了能在一定压力下进展高温灭菌，要求罐体接受的压力至少在接受的压力至少在0。3MPa以上。以上。 2 控温部分：保证发酵过程在恒温条件下进展，并将生物控温部分：保证发酵过程在恒温条件下进展，并将生物氧化和机械搅拌产生的热量及时除去。普通的发酵罐上通氧化和机械搅拌产生的热量及时除去。普通的发酵罐上通常装有测温的传感器及冷却和加热用的夹套或盘管。容积常装有测温的传感器及冷却和加热用的夹套或盘管。容积小于小于50000L的发酵罐普通采用外夹套

6、作为传热安装；容的发酵罐普通采用外夹套作为传热安装；容积大于积大于50000L的发酵罐那么采用立式蛇管作为传热安装的发酵罐那么采用立式蛇管作为传热安装 3 搅拌部分搅拌部分: 是该设备的重要组成部分。它是由安装在一是该设备的重要组成部分。它是由安装在一根轴上的多个涡轮式搅拌浆组成的，它可以使被搅拌的物根轴上的多个涡轮式搅拌浆组成的，它可以使被搅拌的物料产生轴向和径向流动，从而使罐内物料混合良好，液体料产生轴向和径向流动，从而使罐内物料混合良好，液体中的固形物坚持悬浮形状，有利于固体和营养物质充分接中的固形物坚持悬浮形状，有利于固体和营养物质充分接触，便于营养吸收；另一方面，可以打碎气泡，添加气

7、液触，便于营养吸收；另一方面，可以打碎气泡，添加气液接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传送效果及接触面积，提高气液间的传质速率，加强氧的传送效果及消除泡沫。消除泡沫。 另外，由于搅拌器在搅拌过程中使培育液产生漩另外，由于搅拌器在搅拌过程中使培育液产生漩涡，因此可以在发酵罐的壁面上安装适当宽度及涡，因此可以在发酵罐的壁面上安装适当宽度及数量的挡板，使沿罐壁旋转流动的液体折向中心，数量的挡板，使沿罐壁旋转流动的液体折向中心，到达消除漩涡的目的；还可以使接近罐壁的液体到达消除漩涡的目的；还可以使接近罐壁的液体的剪切速度添加，有利于物料混合均匀。但需求的剪切速度添加，有利于物料混合均匀。但需求留

8、意的是，挡板和罐壁之间应有一定的空隙，以留意的是，挡板和罐壁之间应有一定的空隙，以免出现死角并积垢。免出现死角并积垢。4 通气部分通气部分: 是从罐的底部向罐内通入无菌空气，普是从罐的底部向罐内通入无菌空气，普通入口处的压力为通入口处的压力为0.1-0.2MPa ，罐顶部有空气出，罐顶部有空气出口。该设备普通采用空气分布器将无菌空气引入口。该设备普通采用空气分布器将无菌空气引入到发酵液中。空气分布器普通用单孔管，开口向到发酵液中。空气分布器普通用单孔管，开口向下，防止培育液中的固体物料在管口堆积而添加下，防止培育液中的固体物料在管口堆积而添加污染的时机。污染的时机。5 进出料口：是进料和出料的

9、安装，同时还配有进出料口：是进料和出料的安装，同时还配有补料口安装。补料口安装。6 丈量系统：包括温度、酸度和溶解氧的数据监丈量系统：包括温度、酸度和溶解氧的数据监控、传感器和丈量安装控、传感器和丈量安装三特点三特点 优点：优点： 适用性强适用性强 保证氧气的供应保证氧气的供应 通入的是无菌的空气，减少杂通入的是无菌的空气，减少杂菌污染菌污染 缺陷：缺陷： 本钱较高本钱较高四适用于大多数产品的发酵四适用于大多数产品的发酵 二二 自吸发酵罐自吸发酵罐一构造一构造 1 带轮带轮(带动轴旋带动轴旋转转) 2 排气阀排气阀 3 消泡器消泡器 4 冷却水管冷却水管 5 电机电机 6 导气管导气管 7 支

10、架支架4256713自吸式发酵罐罐体的构造大致上与通用式发酵罐一自吸式发酵罐罐体的构造大致上与通用式发酵罐一样，主要区别在大搅拌器的外形和构造不同。自吸样，主要区别在大搅拌器的外形和构造不同。自吸式发酵罐运用的是带中央吸气口的搅拌器。式发酵罐运用的是带中央吸气口的搅拌器。 二任务原理：二任务原理： 该发酵罐利用搅拌旋转时产生的抽吸力该发酵罐利用搅拌旋转时产生的抽吸力吸入空气，不需求空气紧缩机提供紧缩空吸入空气，不需求空气紧缩机提供紧缩空气，从而省去了空气系统，使设备本钱降气，从而省去了空气系统，使设备本钱降低。它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快低。它的搅拌器是一个空心叶轮，叶轮快速旋转时液体由于

11、离心作用而被甩出，并速旋转时液体由于离心作用而被甩出，并在叶轮空心部分构成负压，从而将罐外的在叶轮空心部分构成负压，从而将罐外的空气吸到罐内。同时空气因遭到高速流动空气吸到罐内。同时空气因遭到高速流动液体的摩擦剪切作用而变成细小的气泡，液体的摩擦剪切作用而变成细小的气泡，均匀分散在液体之中，然后借助导轮番将均匀分散在液体之中，然后借助导轮番将气液混合物导入发酵液中并与之混合。气液混合物导入发酵液中并与之混合。三三 特点特点 优点：优点： 不需求空气紧缩机不需求空气紧缩机 降低设备本钱降低设备本钱 缺陷：缺陷： 进罐空气处于负压形状，杂菌容易进罐空气处于负压形状，杂菌容易侵染侵染 搅拌转速高有能

12、够切断微生物菌丝搅拌转速高有能够切断微生物菌丝影响细胞生长影响细胞生长四多用于乙酸和酵母增殖的发酵消费四多用于乙酸和酵母增殖的发酵消费三三 气升发酵罐气升发酵罐23471856一构造一构造 1 入口入口 2 空气管空气管 3 上升管上升管 4 冷却夹管冷却夹管 5 压力表压力表 6 罐体罐体 7 气升管气升管 8 排气阀排气阀外环流式外环流式二任务原理：二任务原理： 借助在环流管底部的喷嘴将空气以借助在环流管底部的喷嘴将空气以250-300m/s的高速喷入环流管，使气泡分散在的高速喷入环流管，使气泡分散在培育基中。由于环流管内部的液体溶有大量培育基中。由于环流管内部的液体溶有大量气泡，其密度明

13、显小于反响器主体中培育液气泡，其密度明显小于反响器主体中培育液的密度。该反响器正是借助这两者之间的密的密度。该反响器正是借助这两者之间的密度差是培育液在环流关于反响主体间作循环度差是培育液在环流关于反响主体间作循环式运动，把反响主体中由于菌体代谢而溶氧式运动，把反响主体中由于菌体代谢而溶氧量低的培育液送入环流管，待培育液补充氧量低的培育液送入环流管，待培育液补充氧气后再送回反响主体，从而为菌体生长提供气后再送回反响主体，从而为菌体生长提供良好充足的氧气供应。良好充足的氧气供应。三特点三特点 优点：优点： 无搅拌安装，借助培育液的密度差完无搅拌安装，借助培育液的密度差完成液体的成液体的 循环节能

14、和降低了设备本钱循环节能和降低了设备本钱 缺陷：缺陷： 不适于黏度大或含有大量固体的培育不适于黏度大或含有大量固体的培育液中运用液中运用四适用于消费四适用于消费SCP和处置废水和处置废水Hd1234H:d=7:1H:d=7:1一构造一构造 1 进料口进料口 2 进气口进气口 3 出料口出料口 4 排气口排气口二任务原理：二任务原理： 利用通入培育液的无菌空气泡上升来带动利用通入培育液的无菌空气泡上升来带动液体运动，产生混合效果的非机械搅拌式液体运动，产生混合效果的非机械搅拌式发酵罐。发酵罐。二特点二特点 优点：优点： 构造简单，造价低构造简单，造价低 减少了剪切对细胞的破坏减少了剪切对细胞的破

15、坏 缺陷：缺陷： 罐体较高，需求安装在室外罐体较高，需求安装在室外 适用范围较小适用范围较小三多用于啤酒发酵三多用于啤酒发酵一、动物细胞培育用生物反响器二、植物细胞培育用生物反响器第二节第二节 生物反响器了解生物反响器了解1 动物细胞生物反响器的设计要求：动物细胞生物反响器的设计要求：A、生物要素：生物反响器要有很好的生物相容性，、生物要素：生物反响器要有很好的生物相容性，可以很好的模拟细胞在动物体内的生长环境。可以很好的模拟细胞在动物体内的生长环境。B、传质要素：充分供应生物反响过程所需的营养、传质要素：充分供应生物反响过程所需的营养物，特别是氧的传送，及时排除代谢产生的废物。物，特别是氧的

16、传送，及时排除代谢产生的废物。C、流膂力学要素：可以提供充分的混合条件、流膂力学要素：可以提供充分的混合条件 ，使，使反响器中的反响条件一致，同时又不产生过大的反响器中的反响条件一致，同时又不产生过大的流体剪切致使细胞遭到损伤，特别要防止气泡对流体剪切致使细胞遭到损伤，特别要防止气泡对细胞的损伤作用。细胞的损伤作用。D、传热要素：能及时、均匀地除去或供应反响过、传热要素：能及时、均匀地除去或供应反响过程的热量，无过热点。程的热量，无过热点。E、平安要素：具备严密的防污染性能，还应有防、平安要素：具备严密的防污染性能，还应有防止反响器中有害物质散播到环境中的功能。止反响器中有害物质散播到环境中的功能。F、操作要素：便于操作和维护。、操作要素：便于操作和维护。2 动物细胞培育用生物反响器的方式了解动物细胞培育用生物反响器的方式了解 A、气升式生物反响器、气升式生物反响器 B、通气搅拌生物反响器、通气搅拌生物反响器 C、中空纤维管生物反响器、中空纤维管生物反响器 D、无泡搅拌反响器、无泡搅拌反响器 E、流化床和填充床反响器、流化床和填充床反响器1 植物细胞生物反响器的设计思索要素：植物细胞生物反响器的设计思索要素： A 供氧才干供氧才干 B 剪切力