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生物工程设备复习点总结 生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心，除考虑传质、传热的因素外，还需要考虑对环境条件的要求，同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置的要考虑剪切力对菌体生长的影响。发酵过程纯种培养，要求无菌条件。 生化反应的目的可分为三类：1.生产细胞：菌体细胞，单细胞蛋白、活菌制剂等；2.细胞的代谢产物：酒精、氨基酸、抗生素等；3.直接用酶催化的产物：淀粉糖（果葡糖浆、葡萄糖、饴糖等）；大豆蛋白低分子肽等。 机械搅拌通风发酵罐：它是通过外加压力(空气压缩机)将空气通入发酵罐，并利用机械搅拌器的作用，使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。 自吸式发酵罐：利用特殊的机械搅拌装置或液体喷射吸气装置或溢流喷射器吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。毋须另外提供压缩空气。 气升式发酵罐：气升式生物反应器是利用气体的喷射动能和液体的重度差引起气液循环流动，从而实现发酵液的搅拌、混合和溶氧。 通用罐的基本条件 （1）发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越高，氧的利用率较高。常Ho /D =2。（2）发酵罐能承受一定的压力。 （3）要保证发酵液必须的溶解氧。 （4）发酵罐应具有足够的冷却面积。 （5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，能灭菌彻底，避免染菌（6）搅拌器的轴封应严密，防杂菌污染和泄漏。 热交换装置 夹套式换热装置：多用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度比静止液面高度稍高即可，无须进行冷却面积的设计。 优点是：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清洁灭菌工作，有利于发酵。 其缺点是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。 竖式蛇管换热装置：安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，容积5m3以上的发酵罐多用这种换热装置。 优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。 不足：气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发酵温度经常超过40?C，影响发酵产率，应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，增加了投资及生产成本。此外，弯曲位置比较容易蚀穿。 竖式列管(排管)换热装置：是以列管形式分组对称装于发酵罐内。优点：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区。缺点：传热系数较蛇管低，用水量较大。 轴封：作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有两种：填料函式轴封和端面式轴封（又称机械轴封）。填料函式轴封的优点是结构简单，主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经常维修，耗工时多。端面式轴封的优点：清洁；密封可靠无死角；使用寿命长；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；缺点：结构比填料密封复杂，装拆不便；对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。 轴承：为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等)，轴与轴承的接触处可加一个轴套。 通气发酵罐（好氧性发酵罐）主要包括机械搅拌通气发酵罐、气升式发酵罐及自吸式发酵罐。 发酵罐中的搅拌器：作用有混合、传质、传热、溶氧（打碎气泡）。类型可分为轴向（如螺旋桨）和 径向（如涡轮式）。 圆盘平直叶涡轮搅拌器：设有圆盘阻挡大的气泡，避免气泡从轴部的叶片空隙上升，使气泡更充分地分散。具有很大的循环输送量和功率输出，适用于各种流体，包括粘性流体、非牛顿流体的搅拌混合。 圆盘弯叶涡轮搅拌器的搅拌流型与平直叶涡轮的相似，但前者造成的液体径向流动较为强烈，因此在相同的搅拌转速时，前者的混合效果较好。但由于前者的流线叶型，在相同的搅拌转速时，输出的功率较后者的为小。因此，在混合要求特别高，而溶氧速率相对要求略低时，可选用圆盘弯叶涡轮。 圆盘箭叶涡轮搅拌器：其搅拌流型与上述两种相近，但轴向流动较强烈，在同样转速，造成的剪率低，输出功率也较低。 圆盘的作用：若无圆盘阻挡，则从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升，不能被搅拌叶片打碎，致使气泡的总表面积减少，溶氧系数降低；同时气泡大，上升速度快，走短路，传质效果差。而安一个圆盘，大的气泡受到圆盘的阻挡只能从圆盘中央流至其边缘，从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散，提高了溶氧系数。 涡轮式搅拌器的流型：上述三种涡轮搅拌器的搅拌流型基本相同，各在涡轮平面的上下两侧形成向上和向下的两个翻腾。如不满足全挡板条件，轴中心位置都有凹陷的旋涡。 螺旋桨式搅拌器形成轴向的螺旋流动，混合效果较好，但造成的剪率较低，对气泡的分散效果不好。一般用在藉压差循环的发酵