发酵工程-第九章.ppt

5. 空气分布器 作用：吹入无菌空气，并使其分布均匀 型式： 单孔管：开口朝下，防止堵塞；管口距罐底约40mm 环形管：适用于细度极小且易溶于水的固体发酵原料） 6. 换热装置 夹套式：5T以下用外夹套式，K传热系数=400-600kJ/m2 hr?℃ 竖式蛇管：5T以上；K传热系数=1200-1890kJ/m2?hr?℃ 竖式列管（排管）：传热系数较蛇管低，但冷却水流速较蛇管大，适用于气温较高，水源充足的地区。 1.发酵罐设计的基本原则 能否适合于生产工艺的放大要求 能否获得最大的生产效率 2.发酵罐最大生产能力的确定 两方面因素的比较 微生物生长率、产物转化率 传质效率（KLa、传氧效率） 传热效率 混合效率 改善发酵罐的传递性能（传质、传热、混合）是发酵罐设计的首要任务 发酵罐的操作因素(传递性能) 2.发酵罐最大生产能力的确定（续） 传质工程 随规模扩大， ↓，KLa ↓ ，同等条件下传氧效率↓ 传热工程 产热Q1 V罐体积 传热Q2 ∴除了筛选耐高温菌株外，改善发酵罐的传热性能十分关 键。 V↑， ↓ 3.发酵罐设计的基本要求 发酵罐能在无杂菌污染条件下，长期运转。搅拌器轴封严密，减少泄漏；结构紧凑，附件少；无死角，内壁光滑；管道等尽可能焊接，少用法兰；可维持一定正压；取样口易于灭菌，各部分能单独灭菌。 传质效果好（传氧性能好，KLa大） 。???????????? 有足够的冷却面积（传热性能好，冷却能力强）。 功耗低（传递效率高，节能）。 采用不锈钢，耐腐蚀及可以高温灭菌。 ????????????? 4.基本要求（续） 应有基本控制系统（如T、pH、甚至DO2）。 具有消泡功能（机械消泡或补消泡剂）。 具有取样装置和冷却装置（防止水分损失）。 要求放料、清洗、维修等操作简便，劳动消耗低。 实验罐、中试罐应与生产罐有相似的几何形状，以利于放大。 ????????????? ????????????? ????????????? （五）发酵罐的放大设计 1. 放大的目的和任务 2. 放大准则 3. 放大方法 1. 放大的目的和任务 目的：实现生物技术成果走向产业化 生物技术产品产业研发的三个阶段： 实验室规模：菌种选育及发酵条件优化 中试规模：确定放大规律及最佳操作条件 工厂规模：通过产业化实验评价经济效益 任务：力求保持所有规模的发酵过程中有最佳的外部条件，确保“发酵单位相似” 2. 放大准则 通常根据实际发酵中主要影响因素来确定，如：KLa、 P/V、nd等等。 3. 放大方法 经验放大法 几何相似法 非几何相似法 量纲（因次）分析法 时间常数法 数学模型法 几何相似法 在发酵罐的放大中，主要解决放大后生产罐的空气流量、搅拌转速和搅拌功率消耗等三个问题，即操作参数的放大设计。常用的放大方法有： 几何尺寸放大 空气流量放大 VVM相等 Ws相等 KLa相等 搅拌功率及搅拌转速的放大 几何尺寸放大 放大倍数m指罐的体积增加倍数，即 ∵几何相似，∴ 则 ∴ 空气流量放大——以VVM相等的原则放大 ∵ ∴ 空气流量放大——以Ws相等的原则放大 ∵ ∴ 空气流量放大——以KLa相等的原则放大 ∵ ∴ 又∵ ∴ 空气流量放大——以KLa相等的原则放大 四、重组菌生物反应器 1. 与普通微生物发酵罐最大的区别： 带有严格防止重组菌外泄的部件 2. 重组菌泄漏途径： 1) 排气外泄 防治措施：排出的气体应要经过加热灭菌或用微孔过滤器除菌后才能排放到空气中。 2) 生物反应器渗漏 防治措施：90L以下的发酵罐可采用磁力搅拌；对于体积较大的发酵罐应采用双端面密封,且用作润滑剂的无菌水的压力应高于生物反应器内的压力。 3) 取样泄漏防治措施：采用特殊的取样系统；灭菌处理 大肠杆菌发酵过程中，当发酵罐的通气量为1:100，搅拌速度为400r/min时，在接种后的4h内有511个大肠杆菌细胞从排气过程中流出，在随后的1.5h中，有1267个大肠杆菌细胞在排气过程中被带出。 本章小结 了解发酵罐的类型，掌握通用式发酵罐的基本结构 了解发酵罐设计的基本原则和要求 了解发酵罐放大设计的方法 了解重组菌生物反应器的特别要求 本章内容 一、发酵罐