一个优良的生物反应器应具备.PPT

生物反应器概述及发酵参数检测与控制 生物反应器 生物反应器概述 生物反应器 微生物反应器 动物细胞培养反应器 生物反应器的发酵参数检测与控制 一、生物反应器概述 1、定义： 2、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。 3、一个优良的生物反应器应具备： 严密的结构； 良好的液体混合性能； 高的传质和传热速率； 灵敏的检测和控制仪表 4、分类： 按能量的输入方式分：机械搅拌式、气升式、液体循环式 按反应器的操作方式分：间歇式、半间歇式、连续式 按反应器结构特征分：釜式、管式、塔式等 二、微生物反应器（发酵罐） ①厌氧生物反应器（嫌气发酵罐）：设备结构简单 ②好氧生物反应器（通气发酵罐）：设备的结构较复杂 （一）嫌气发酵罐 酒精发酵罐： 密闭式 筒体：圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形 罐顶：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：排料口和排污口 罐身：取样口、温度计接口 发酵的冷却装置： 中小型发酵罐：罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却； 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 罐体底部沿罐体四周装有集水槽 酒精发酵罐的洗涤： 水力喷射装置： 两头装有喷嘴的喷水管； 两头有一定的弧度；管 上均匀地钻有一定数量 的小孔；水平安装 它是借喷水管两头喷嘴 以一定喷出速度而形 成的反作用力，使喷 水管自动旋转。 （二）通气发酵罐 1、分类 按能量的输入方式分： 机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐 2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量 一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫少时取90%，多时取60% （3）发酵罐的结构 ①罐体： 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。 ②搅拌装置 a、搅拌的作用： 使罐内液体混合均匀 打碎气泡，使氧气均匀溶解 b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90° 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体 锚式和框式搅拌器: 搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现象 ③挡板 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩涡的产生 ④通气装置 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约40-50mm；罐底中央装保护板 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的0.8倍较有效 ⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套 ⑥机械消沫装置 P42 ⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封 作用是防止染菌和泄漏 （4）发酵罐的基本条件 ①?发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4倍） ②?发酵罐能承受一定压力： ③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合 ④发酵罐应具足够冷却面积 ⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏 ⑥?发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌彻底 3、常用几种其它发酵罐 （1）气升式发酵罐（P45） 分为内循环及外循环两种。 （内循环）工作原理： 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷咀，空气自喷咀喷出后，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。 （2）高位塔式发酵罐 （P46） 特点：高：径=6左右；空气利用率高 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） 主要部件是套筒、搅拌器 工作原理： 搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。空气由空心轴导入，经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。