生物工程设备汇编.ppt

目录 第一篇 生物反应器 第一章 生物反应器设计基础 第二章 通风发酵设备 第三章 嫌气发酵设备 第四章 植物细胞和动物培养反应器 第五章 生物反应器的检测及控制 第六章 生物反应器的比拟放大 生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一 辅助设备 物料处理与培养基制备、无菌空气制备 发酵液预处理设备（过滤和离心设备） 产品提取与精制设备 核心部分是生物反应器 绪论 一、基本概念 二、发展过程 三、生物反应器的分类 四、生物反应器设计的目标和原则 一、基本概念 生物反应器是指为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 工业发酵中一般指进行微生物深层培养的设备 在有些情况下，密闭容器，简单容器 二、发展过程 1）1900年以前，木制容器造酒 2）1900~1940年，钢制发酵罐，开始使用空气分布器，机械搅拌开始应用 3）1940~1960年，青霉素，通风，无菌操作， 纯培养等一系列技术开始应用，计算机用于发酵控制，产物分离纯化商业化。 4）1960~1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80~150m3，出现压力循环和压力喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交换问题，计算机广泛应用. 5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展. 三、生物反应器的分类 1.按代谢要求分： 厌氧生物反应器（酒精发酵罐、啤酒发酵罐、沼气发酵罐） 通气生物反应器（搅拌式、气升式、自吸式等） 2.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 3.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 4.按反应器结构特征分：罐式、管式、塔式、膜式等 5.按能量的输入方式分： 机械搅拌式 气流搅拌式 液体环流式 6.按容积分类 0.5m3以下的是实验室发酵罐 0.5-50m3 是中试发酵罐 50m3以上是生产规模的发酵罐 大型发酵罐 动物细胞反应器 四、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。 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 2、判断生物反应器好坏的唯一标准是： 该装置能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。 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。 ⑴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； ⑵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； ⑶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； ⑷防止死角、裂缝等情况； ⑸某些部分应能单独灭菌； ⑹易于维修； ⑺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。 教材及参考文献 教材： 《生物工程设备》 梁世中 主编 轻工业出版社 参考文献： 《发酵设备》 高孔荣 轻工业出版社 《发酵工程与设备》 四校合编 轻工业出版社 《抗生素生产设备》 俞俊棠 化学工业出版社 《发酵生产设备》 刘雁然 轻工业出版社 《生化工程》 伦世仪 轻工业出版社 《啤酒工程原理及设备》 吴佩倧 江西科学技术出版社 第一章 生物反应器设计基础 生物反应器的化学计量基础 生物反应器的生物学基础 生物反应器的质量传递 生物反应器的热量传递 生物反应器的剪切力问题 生物反应的特点 首先生物反应存在活细胞，在反应中可将它看作催化剂； 其次，由于细