生物工程设备市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、生物工程设备主讲 杨洋 教授广西大学生命科学与技术学院第1页序言一、当代生物技术产生背景生物技术三个发展阶段：传统生物技术酿造技术（酒、醛、酱）第一次世界大战前。近代生物技术微生物发酵技术（醋、柠檬酸、青霉素等）一战后至20世纪七十年代。当代生物技术DNA重组及转基因、细胞和原生质体融合、酶和细胞固定化、动植物细胞培养、动物胚胎工程、当代微生物发酵、当代生物反应和分离工程、蛋白质工程等第2页（新物种、转基因动植物、克隆动物、新型酶制剂、新型发酵产品、新型反应器、基因工程药品等）20世纪七十年代后。第3页生物技术成为二十一世纪科技发展带头学科，是世界高新技术制高点。人口、食物、资源、环境保护、能

2、源是二十一世纪困扰人类大问题。处理上述难题根本出路在于生物技术。生物科学带动行为科学、生态学发展，生物科学与信息论、控制论、系统论、核技术结合，推进社会进步。生物技术是二十一世纪对我国经济产生巨大贡献产业，20世纪是研究为主，产业处于初级阶段， 二十一世纪进入大规模产业化阶段。第4页主要表达在三大领域：生物农业、生物制药、生物工业。二十一世纪预期几大突破：1、人寿命将延长，对长寿基因和老年生态学研究。2、农业工厂化初具规模，如高产、改性、抗性、功效品种等。3、医药卫生领域取得巨大突破，基因工程药品和基因工程治疗，DNA药品和DNA疫苗大量面世。4、绿色能源初具规模，如光合细菌生产氢能源，液体黄

3、金之称乙醇。第5页目录第一篇 生物反应器第一章 生物反应器设计基础第二章 通风发酵设备第三章 嫌气发酵设备第四章 植物细胞和动物培养反应器第五章 生物反应器检测及控制第六章 生物反应器比拟放大第6页第二篇 生物反应物料处理及产物分离纯化设备第一章 物料处理与培养基制备第二章 过滤、离心与膜分离设备第三章 萃取与色谱分离设备第四章 蒸发与结晶设备第五章 干燥设备第六章 蒸馏设备第三篇 辅助系统设备第一章 空气净化除菌与空气调整第二章 设备与管道清洗与杀菌第三章 物料输送系统设备第四章 生物工程供水与制冷系统及设备第7页通风发酵反应器包含酵母发酵罐、单细胞蛋白发酵罐、氨基酸发酵罐、酶制剂发酵罐、抗

4、生素发酵罐等等。对于好气性发酵罐，则以溶氧系数高低及传递 1Kg氧所耗功率大小作为衡量发酵罐是否优良基本指标。 第8页通风发酵设备类型第9页第一节 机械搅拌发酵罐机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器作用使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以确保供给微生物生长繁殖和代谢所需要溶解氧。 机械搅拌发酵罐基本条件：(a) 发酵罐应含有适宜径高比。罐身越长，氧利用率越高，普通高度与直径之比为1.74倍左右。(b) 要能承受一定压力。因为发酵罐在消毒及正常运转时，罐内有一定压力（气压和液压）和温度，所以罐体各部件要有一定强度，能承受相当压力。第10页(c) 发酵用搅拌通风装置能使气液充分混合，确保发酵必需

5、溶解氧。(d) 应含有足够冷却面积。微生物生长代谢过程放出大量热，为了控制发酵过程不一样阶段所需温度，应装有足够冷却部件。(e) 罐内应尽可能降低死角，防止藏污积垢，灭菌能彻底，防止染菌。(f) 搅拌器轴封应严密，尽可能降低泄漏。氧传递速率：通入发酵液中气泡愈小，气泡与液体接触面积就愈大，液体中氧溶解速率也就愈快。第11页增加溶氧速率方法：（a）采取搅拌桨分散和打坏气泡。（b）利用循环管中泵或螺旋桨增加液体循环量，并使喷入或吸入气体细化，增加气液两相接触面积。一、机械搅拌通风发酵罐 ：在生物工程工厂广泛使用，据不完全统计，它占发酵罐总数70%80%，故又称通用式发酵罐。我国珠海益力味精厂有63

6、0M3特大型机械搅拌通风发酵罐，用于谷氨酸发酵。 第12页(a)夹套传热 (b)蛇管传热第13页罐体各部分百分比尺寸通用式发酵罐百分比尺寸Di1/3DH02DB0.1Diha0.25DiS3DiCDi第14页表：通用式发酵罐系列第15页通用式发酵罐结构（a）罐体受压容器，由圆柱体和椭圆形或蝶形封头焊接而成 ，130，0.25MPa防腐蚀 ，不锈钢清洗、灭菌要求安装、检修、观察要求各种用途接管第16页（b）搅拌器和挡板 搅拌器作用打坏空气气泡，增加气液接触界面，以提升气液间传质速率。其次是为了使发酵液充分混和，液体中固形物料保持悬浮状态。 涡轮式搅拌器类型:（1）圆盘平直叶涡轮 （2）圆盘弯叶涡

7、轮 （3）圆盘箭叶涡轮第17页(1)(2)(3)第18页 搅拌流型（1）用冷却列罐组代替挡板涡轮搅拌器流型（2）设置中心套筒涡轮浆搅拌流型（1）（2）第19页挡板作用加强搅拌强度，促使液体上下翻动和控制流型、消除涡流。冷却列管也可起挡板作用 。“全挡板条件”指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要到达全挡板条件必须满足下式： （W/D）Z = 0.5式中 W挡板宽度，m D罐直径，m Z挡板数通常，挡板宽度取W（0.10.12）D，装设46块即可满足全挡板条件。 第20页（C）空气分布装置 单管 环形管 dI = 0.8Di dI 环径Di 浆叶直径 第21页（D）轴封 端面轴封含有清洁、密封性能好、无死角、摩擦损失小以及轴无