生化反应器.ppt

一、生物反应器设计的目标和原则 1、一个优良的生物反应器应具备的条件 生物反应器的作用：为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更多需要的生物量或代谢产物。 2、判断生物反应器好坏的唯一标准 该装置能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。 3、生物反应器设计的重要性 生物反应器设计的主要目标：使产品的质量高、成本低。 生物反应器处于生物过程的中心，是影响整个过程的经济效益的一个重要方面，其中生物反应器的节能是设计的一个重要因素。 生物反应器设计的重要方面包括 1）改善生物催化剂； 2）好的过程控制； 3）好的无菌条件； 4）克服速度限制因素（物质、热量、质量传递）等。 4、生物反应器设计应具有以下一些原则 在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通； 尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接外移位，从而导致污染； 在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接点必须磨光，消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所； 防止死角、裂缝等情况； 某些部分应能单独灭菌； 易于维修； 反应器可保持小的正压。 5、生物反应器开发的趋势和未来方向 （1）开发活性高、选择性好及寿命长的生物催化剂 开发主要途径是利用基因工程技术，实现生物细胞的定向改造，以及改进酶和细胞的固定化技术 （2）改进生物反应器的传质、传热的方法 （3）生物反应器向大型化和自动化方向发展。反应器的放大降低了操作成本，自动化检测和控制系统控制使反应器在最佳条件下操作成为可能 （4）特殊要求的新型生物反应器的研制开发，如基因产品生产、细胞固定化及动植物细胞培养的工业反应器，固体发酵反应器、边发酵边分离反应器等的开发研制已获得广泛重视 （5）降低设备投资方面，对连续过程更加重视。连续生物反应器的主要问题是产物浓度低。随着生物催化剂比活力的提高，这个问题将得到弥补。为了克服发酵中的这个限制，固定化细胞系统提供了一种达到高生产能力、高产品浓度的方法。 二、生物反应器的分类 按所用的生物催化剂的不同分 酶催化反应器和细胞生物反应器 按反应器的操作方式分 间歇式生物反应器、连续式生物反应器、半间歇式生物反应器 按反应器结构特征分：釜式、管式、塔式、膜式等 按能量的输入方式分：通过机械搅拌输入能量的机械搅拌式、利用气体喷射动能的气升式、利用泵对液体的喷射作用而使液体循环的生物反应器等 按生物催化剂在反应器中的分布方式分：生物团块反应器、生物膜反应器 生物团块反应器按催化剂运动状态划分又可分填充床、流化床、生物转盘等多种型式的生物反应器 填充床型反应器(PBR)：把催化剂填充在固定床（填充床）中的反应器。这是使用最广泛的固定化酶反应器，单位体积催化剂负荷量高、结构简单、容易放大、剪切力小、催化效率高。 流化床型反应器(FBR)：装有较小颗粒的垂直塔式反应器。底物以一定流速从下向上流过，使固定化酶颗粒在流体中维持悬浮状态进行反应。固定化颗粒和流体可看作均匀混合的流体。具传热与传质特性好、不堵塞、能处理粉状底物、压降较小等优点，也很适于需排气供气的反应。 三、微生物细胞反应器 根据反应是否需要氧气为基准微生物反应器可分为: 需氧微生物反应器（通气发酵罐） 厌氧微生物反应器（嫌气发酵罐） 酵母将糖转化为酒精高转化率条件： ①满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 ②一定的生化反应时间 ③及时移走在生化反应过程中将释放的生物热 酒精发酵罐的结构要求 满足工艺要求，有利于发酵的排出 从结构上有利于发酵液的排出 有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题。 酒精发酵罐筒体结构 圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形。 在酒精发酸过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐宜采用密闭式。 罐顶装有人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 罐底装有排料口和排污口。 罐身上下部装有取样口和温度计接口，对于大型发酵罐，为便于维修和清洗，往往在近罐底也装有人孔。 发酵的冷却装置 对于中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却； 对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置， 为避免发酵车间的潮湿和积水，要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。 采用罐外列管式喷淋冷却的方法，具有冷却发酵液均匀，冷却效率高等优点。 酒精发酵罐的洗涤 过去均由人工操作，不仅劳动强度大，而且二氧化碳气体一旦末彻底排除，工人入罐清洗会发生中毒事故。 近年来，酒精发酵罐巳逐步采用水力喷射洗涤装置，从而改善了工人的劳动强度和提高了操作效率。大型发酵罐采用这种水力洗涤装置尤为重要。 水力喷射装置 由一根两头装有喷嘴的洒水管组成 两头喷水管弯有一定的弧度 喷水