《生化反應(yīng)設(shè)備》ppt課件

1、 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵罐發(fā)酵罐 第二節(jié)第二節(jié) 生化反響設(shè)備生化反響設(shè)備一一 發(fā)酵罐的定義發(fā)酵罐的定義 二二 發(fā)酵罐的種類發(fā)酵罐的種類三三 幾種好氧發(fā)酵罐的構(gòu)造及其特點幾種好氧發(fā)酵罐的構(gòu)造及其特點 是發(fā)酵消費中最主要的設(shè)備,是按照發(fā)酵過程的工藝要求,保證和控制各種生化反響條件(T,P,O2,防止雜菌污染),以促進微生物的新陳代謝,使之能在低耗費下獲得較高的產(chǎn)量的一種設(shè)備。 留意：由于發(fā)酵時采用的菌種不同、產(chǎn)物不同或發(fā)酵類型不同，培育或發(fā)酵條件也就各不一樣。因此，需求根據(jù)發(fā)酵過程的特點和要求來設(shè)計和選擇不同構(gòu)造和方式的發(fā)酵罐。微生物有好氧和厭氧兩大類，培育這兩大類微微生物有好氧和厭氧兩大類，培育這兩

2、大類微生物的發(fā)酵罐有很大的區(qū)別。相應(yīng)地發(fā)酵罐可生物的發(fā)酵罐有很大的區(qū)別。相應(yīng)地發(fā)酵罐可分為以下兩種：分為以下兩種：1 好氧發(fā)酵罐：好氧發(fā)酵罐： 氨基酸、有機酸、酶制劑、抗生素和單細胞氨基酸、有機酸、酶制劑、抗生素和單細胞蛋白均由此方法制得。在消費過程中需通入無蛋白均由此方法制得。在消費過程中需通入無菌空氣，因此其設(shè)備的構(gòu)造要比厭氧發(fā)酵復(fù)雜菌空氣，因此其設(shè)備的構(gòu)造要比厭氧發(fā)酵復(fù)雜些。些。消費上根據(jù)發(fā)酵罐通風(fēng)和攪拌方式的不同可將消費上根據(jù)發(fā)酵罐通風(fēng)和攪拌方式的不同可將其分為四類：機械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐、自吸式其分為四類：機械攪拌式通風(fēng)發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐和塔式發(fā)酵罐發(fā)酵罐、氣升式發(fā)酵罐

3、和塔式發(fā)酵罐 2 厭氧發(fā)酵罐厭氧發(fā)酵罐 厭氧發(fā)酵也稱靜止培育，因其不需供氧，所以厭氧發(fā)酵也稱靜止培育，因其不需供氧，所以設(shè)備和工藝都較好氧發(fā)酵簡單。嚴厲的厭氧液體設(shè)備和工藝都較好氧發(fā)酵簡單。嚴厲的厭氧液體深層發(fā)酵的主要特征是排除發(fā)酵罐中的氧。罐內(nèi)深層發(fā)酵的主要特征是排除發(fā)酵罐中的氧。罐內(nèi)的發(fā)酵液應(yīng)盡量裝滿，以便減少上層氣相的影響，的發(fā)酵液應(yīng)盡量裝滿，以便減少上層氣相的影響，有時還需充人非氧氣體。發(fā)酵罐的排氣口要安裝有時還需充人非氧氣體。發(fā)酵罐的排氣口要安裝水封安裝，培育基應(yīng)預(yù)先復(fù)原。水封安裝，培育基應(yīng)預(yù)先復(fù)原。 本章重點講述好氧發(fā)酵罐本章重點講述好氧發(fā)酵罐一一 通用機械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐通用機械攪

4、拌通風(fēng)發(fā)酵罐 一構(gòu)造一構(gòu)造 主要由罐體、控溫部分、攪拌部分、通氣部分、主要由罐體、控溫部分、攪拌部分、通氣部分、進出料口、丈量系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)等組成。分別引進出料口、丈量系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)等組成。分別引見各個部件的作用及其任務(wù)原理，如下：見各個部件的作用及其任務(wù)原理，如下：通用式發(fā)酵罐是指既具有機械攪拌又有緊縮空氣分通用式發(fā)酵罐是指既具有機械攪拌又有緊縮空氣分布安裝的發(fā)酵罐。由于這種型式的罐是目前大多數(shù)布安裝的發(fā)酵罐。由于這種型式的罐是目前大多數(shù)發(fā)酵工廠最常用的，所以稱為發(fā)酵工廠最常用的，所以稱為通用式通用式。其容積可。其容積可自自20 L200 L，有的甚至可，有的甚至可500-50000 L。

5、1 罐體：為整個發(fā)酵過程提供一個密封的環(huán)境，防止雜菌罐體：為整個發(fā)酵過程提供一個密封的環(huán)境，防止雜菌污染；同時為了能在一定壓力下進展高溫滅菌，要求罐體污染；同時為了能在一定壓力下進展高溫滅菌，要求罐體接受的壓力至少在接受的壓力至少在0。3MPa以上。以上。 2 控溫部分：保證發(fā)酵過程在恒溫條件下進展，并將生物控溫部分：保證發(fā)酵過程在恒溫條件下進展，并將生物氧化和機械攪拌產(chǎn)生的熱量及時除去。普通的發(fā)酵罐上通氧化和機械攪拌產(chǎn)生的熱量及時除去。普通的發(fā)酵罐上通常裝有測溫的傳感器及冷卻和加熱用的夾套或盤管。容積常裝有測溫的傳感器及冷卻和加熱用的夾套或盤管。容積小于小于50000L的發(fā)酵罐普通采用外夾套

6、作為傳熱安裝；容的發(fā)酵罐普通采用外夾套作為傳熱安裝；容積大于積大于50000L的發(fā)酵罐那么采用立式蛇管作為傳熱安裝的發(fā)酵罐那么采用立式蛇管作為傳熱安裝 3 攪拌部分攪拌部分: 是該設(shè)備的重要組成部分。它是由安裝在一是該設(shè)備的重要組成部分。它是由安裝在一根軸上的多個渦輪式攪拌漿組成的，它可以使被攪拌的物根軸上的多個渦輪式攪拌漿組成的，它可以使被攪拌的物料產(chǎn)生軸向和徑向流動，從而使罐內(nèi)物料混合良好，液體料產(chǎn)生軸向和徑向流動，從而使罐內(nèi)物料混合良好，液體中的固形物堅持懸浮形狀，有利于固體和營養(yǎng)物質(zhì)充分接中的固形物堅持懸浮形狀，有利于固體和營養(yǎng)物質(zhì)充分接觸，便于營養(yǎng)吸收；另一方面，可以打碎氣泡，添加氣

7、液觸，便于營養(yǎng)吸收；另一方面，可以打碎氣泡，添加氣液接觸面積，提高氣液間的傳質(zhì)速率，加強氧的傳送效果及接觸面積，提高氣液間的傳質(zhì)速率，加強氧的傳送效果及消除泡沫。消除泡沫。 另外，由于攪拌器在攪拌過程中使培育液產(chǎn)生漩另外，由于攪拌器在攪拌過程中使培育液產(chǎn)生漩渦，因此可以在發(fā)酵罐的壁面上安裝適當(dāng)寬度及渦，因此可以在發(fā)酵罐的壁面上安裝適當(dāng)寬度及數(shù)量的擋板，使沿罐壁旋轉(zhuǎn)流動的液體折向中心，數(shù)量的擋板，使沿罐壁旋轉(zhuǎn)流動的液體折向中心，到達消除漩渦的目的；還可以使接近罐壁的液體到達消除漩渦的目的；還可以使接近罐壁的液體的剪切速度添加，有利于物料混合均勻。但需求的剪切速度添加，有利于物料混合均勻。但需求留

8、意的是，擋板和罐壁之間應(yīng)有一定的空隙，以留意的是，擋板和罐壁之間應(yīng)有一定的空隙，以免出現(xiàn)死角并積垢。免出現(xiàn)死角并積垢。4 通氣部分通氣部分: 是從罐的底部向罐內(nèi)通入無菌空氣，普是從罐的底部向罐內(nèi)通入無菌空氣，普通入口處的壓力為通入口處的壓力為0.1-0.2MPa ，罐頂部有空氣出，罐頂部有空氣出口。該設(shè)備普通采用空氣分布器將無菌空氣引入口。該設(shè)備普通采用空氣分布器將無菌空氣引入到發(fā)酵液中。空氣分布器普通用單孔管，開口向到發(fā)酵液中。空氣分布器普通用單孔管，開口向下，防止培育液中的固體物料在管口堆積而添加下，防止培育液中的固體物料在管口堆積而添加污染的時機。污染的時機。5 進出料口：是進料和出料的

9、安裝，同時還配有進出料口：是進料和出料的安裝，同時還配有補料口安裝。補料口安裝。6 丈量系統(tǒng)：包括溫度、酸度和溶解氧的數(shù)據(jù)監(jiān)丈量系統(tǒng)：包括溫度、酸度和溶解氧的數(shù)據(jù)監(jiān)控、傳感器和丈量安裝控、傳感器和丈量安裝三特點三特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 適用性強適用性強 保證氧氣的供應(yīng)保證氧氣的供應(yīng) 通入的是無菌的空氣，減少雜通入的是無菌的空氣，減少雜菌污染菌污染 缺陷：缺陷： 本錢較高本錢較高四適用于大多數(shù)產(chǎn)品的發(fā)酵四適用于大多數(shù)產(chǎn)品的發(fā)酵 二二 自吸發(fā)酵罐自吸發(fā)酵罐一構(gòu)造一構(gòu)造 1 帶輪帶輪(帶動軸旋帶動軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) 2 排氣閥排氣閥 3 消泡器消泡器 4 冷卻水管冷卻水管 5 電機電機 6 導(dǎo)氣管導(dǎo)氣管 7 支

10、架支架4256713自吸式發(fā)酵罐罐體的構(gòu)造大致上與通用式發(fā)酵罐一自吸式發(fā)酵罐罐體的構(gòu)造大致上與通用式發(fā)酵罐一樣，主要區(qū)別在大攪拌器的外形和構(gòu)造不同。自吸樣，主要區(qū)別在大攪拌器的外形和構(gòu)造不同。自吸式發(fā)酵罐運用的是帶中央吸氣口的攪拌器。式發(fā)酵罐運用的是帶中央吸氣口的攪拌器。 二任務(wù)原理：二任務(wù)原理： 該發(fā)酵罐利用攪拌旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的抽吸力該發(fā)酵罐利用攪拌旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的抽吸力吸入空氣，不需求空氣緊縮機提供緊縮空吸入空氣，不需求空氣緊縮機提供緊縮空氣，從而省去了空氣系統(tǒng)，使設(shè)備本錢降氣，從而省去了空氣系統(tǒng)，使設(shè)備本錢降低。它的攪拌器是一個空心葉輪，葉輪快低。它的攪拌器是一個空心葉輪，葉輪快速旋轉(zhuǎn)時液體由于

11、離心作用而被甩出，并速旋轉(zhuǎn)時液體由于離心作用而被甩出，并在葉輪空心部分構(gòu)成負壓，從而將罐外的在葉輪空心部分構(gòu)成負壓，從而將罐外的空氣吸到罐內(nèi)。同時空氣因遭到高速流動空氣吸到罐內(nèi)。同時空氣因遭到高速流動液體的摩擦剪切作用而變成細小的氣泡，液體的摩擦剪切作用而變成細小的氣泡，均勻分散在液體之中，然后借助導(dǎo)輪番將均勻分散在液體之中，然后借助導(dǎo)輪番將氣液混合物導(dǎo)入發(fā)酵液中并與之混合。氣液混合物導(dǎo)入發(fā)酵液中并與之混合。三三 特點特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 不需求空氣緊縮機不需求空氣緊縮機 降低設(shè)備本錢降低設(shè)備本錢 缺陷：缺陷： 進罐空氣處于負壓形狀，雜菌容易進罐空氣處于負壓形狀，雜菌容易侵染侵染 攪拌轉(zhuǎn)速高有能

12、夠切斷微生物菌絲攪拌轉(zhuǎn)速高有能夠切斷微生物菌絲影響細胞生長影響細胞生長四多用于乙酸和酵母增殖的發(fā)酵消費四多用于乙酸和酵母增殖的發(fā)酵消費三三 氣升發(fā)酵罐氣升發(fā)酵罐23471856一構(gòu)造一構(gòu)造 1 入口入口 2 空氣管空氣管 3 上升管上升管 4 冷卻夾管冷卻夾管 5 壓力表壓力表 6 罐體罐體 7 氣升管氣升管 8 排氣閥排氣閥外環(huán)流式外環(huán)流式二任務(wù)原理：二任務(wù)原理： 借助在環(huán)流管底部的噴嘴將空氣以借助在環(huán)流管底部的噴嘴將空氣以250-300m/s的高速噴入環(huán)流管，使氣泡分散在的高速噴入環(huán)流管，使氣泡分散在培育基中。由于環(huán)流管內(nèi)部的液體溶有大量培育基中。由于環(huán)流管內(nèi)部的液體溶有大量氣泡，其密度明

13、顯小于反響器主體中培育液氣泡，其密度明顯小于反響器主體中培育液的密度。該反響器正是借助這兩者之間的密的密度。該反響器正是借助這兩者之間的密度差是培育液在環(huán)流關(guān)于反響主體間作循環(huán)度差是培育液在環(huán)流關(guān)于反響主體間作循環(huán)式運動，把反響主體中由于菌體代謝而溶氧式運動，把反響主體中由于菌體代謝而溶氧量低的培育液送入環(huán)流管，待培育液補充氧量低的培育液送入環(huán)流管，待培育液補充氧氣后再送回反響主體，從而為菌體生長提供氣后再送回反響主體，從而為菌體生長提供良好充足的氧氣供應(yīng)。良好充足的氧氣供應(yīng)。三特點三特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 無攪拌安裝，借助培育液的密度差完無攪拌安裝，借助培育液的密度差完成液體的成液體的 循環(huán)節(jié)能

14、和降低了設(shè)備本錢循環(huán)節(jié)能和降低了設(shè)備本錢 缺陷：缺陷： 不適于黏度大或含有大量固體的培育不適于黏度大或含有大量固體的培育液中運用液中運用四適用于消費四適用于消費SCP和處置廢水和處置廢水Hd1234H:d=7:1H:d=7:1一構(gòu)造一構(gòu)造 1 進料口進料口 2 進氣口進氣口 3 出料口出料口 4 排氣口排氣口二任務(wù)原理：二任務(wù)原理： 利用通入培育液的無菌空氣泡上升來帶動利用通入培育液的無菌空氣泡上升來帶動液體運動，產(chǎn)生混合效果的非機械攪拌式液體運動，產(chǎn)生混合效果的非機械攪拌式發(fā)酵罐。發(fā)酵罐。二特點二特點 優(yōu)點：優(yōu)點： 構(gòu)造簡單，造價低構(gòu)造簡單，造價低 減少了剪切對細胞的破壞減少了剪切對細胞的破

15、壞 缺陷：缺陷： 罐體較高，需求安裝在室外罐體較高，需求安裝在室外 適用范圍較小適用范圍較小三多用于啤酒發(fā)酵三多用于啤酒發(fā)酵一、動物細胞培育用生物反響器二、植物細胞培育用生物反響器第二節(jié)第二節(jié) 生物反響器了解生物反響器了解1 動物細胞生物反響器的設(shè)計要求：動物細胞生物反響器的設(shè)計要求：A、生物要素：生物反響器要有很好的生物相容性，、生物要素：生物反響器要有很好的生物相容性，可以很好的模擬細胞在動物體內(nèi)的生長環(huán)境。可以很好的模擬細胞在動物體內(nèi)的生長環(huán)境。B、傳質(zhì)要素：充分供應(yīng)生物反響過程所需的營養(yǎng)、傳質(zhì)要素：充分供應(yīng)生物反響過程所需的營養(yǎng)物，特別是氧的傳送，及時排除代謝產(chǎn)生的廢物。物，特別是氧的

16、傳送，及時排除代謝產(chǎn)生的廢物。C、流膂力學(xué)要素：可以提供充分的混合條件、流膂力學(xué)要素：可以提供充分的混合條件 ，使，使反響器中的反響條件一致，同時又不產(chǎn)生過大的反響器中的反響條件一致，同時又不產(chǎn)生過大的流體剪切致使細胞遭到損傷，特別要防止氣泡對流體剪切致使細胞遭到損傷，特別要防止氣泡對細胞的損傷作用。細胞的損傷作用。D、傳熱要素：能及時、均勻地除去或供應(yīng)反響過、傳熱要素：能及時、均勻地除去或供應(yīng)反響過程的熱量，無過熱點。程的熱量，無過熱點。E、平安要素：具備嚴密的防污染性能，還應(yīng)有防、平安要素：具備嚴密的防污染性能，還應(yīng)有防止反響器中有害物質(zhì)散播到環(huán)境中的功能。止反響器中有害物質(zhì)散播到環(huán)境中的功能。F、操作要素：便于操作和維護。、操作要素：便于操作和維護。2 動物細胞培育用生物反響器的方式了解動物細胞培育用生物反響器的方式了解 A、氣升式生物反響器、氣升式生物反響器 B、通氣攪拌生物反響器、通氣攪拌生物反響器 C、中空纖維管生物反響器、中空纖維管生物反響器 D、無泡攪拌反響器、無泡攪拌反響器 E、流化床和填充床反響器、流化床和填充床反響器1 植物細胞生物反響器的設(shè)計思索要素：植物細胞生物反響器的設(shè)計思索要素： A 供氧才干供氧才干 B 剪切力