动物细胞培养生物反应器课件.ppt

生物反应器(Bioreactor )被定义为控制生物生物，生产某种产品，进行特定反应的容器。 生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一，原料、工艺控制、热、压缩机除菌、原料制备前处理、除菌、产品回收、能量、空气、生物反应器、能量、废物、产物、标准名称的传统烘罐酶反应器等固定化酶和细胞反应器动植物细胞培养反应器， 生物反应器类型、动物生物反应器、气升式生物反应器、鼓泡塔生物反应器、植物生物反应器、机械搅拌式生物反应器、医药工业最初的大规模微生物发酵过程青霉素生产是在机械搅拌式反应器中进行的。 并且迄今为止，对于新的生物工艺，优先的生物反应器仍然是机械搅拌式反应器。 机械搅拌式反应器适用于许多生物工艺，形成标准化的通用产品。 搅拌涡轮的输入混合和相互传递所需的电力。 该反应器的适应性最强，从牛顿型流体到非牛顿型丝状菌发酵液，可根据情况和需要提供较高的传递速度和必要的混合速度。 缺点是机械混频器的驱动功率高，一般为24kw/m3，对大型反应器来说是很大的负担。 结构、机械搅拌反应器的基本结构为筒体、机械搅拌系统(混合器、挡板、轴封、联轴器及中间轴承等)、通气系统(空气分散装置)、调温系统(热交换装置)、消泡系统、pH控制系统等，在筒体的适当位置排气、取样、接种、出入口及入口和反射镜等反应器的结构是，几何尺寸h/d=1.74d/d=1/21/3w/d=1/81/12bb/d=0.81.0(s/d )2=1.52.5(s/d )3=1 2，混合器的作用是混合和传递，使空气和溶液均匀接触，使氧溶解在发酵液中。 混合器有轴向型(桨型、螺旋桨型)和径向型(直型、叶型、箭头型)两种。 1搅拌机、轴向搅拌机、螺旋桨式、桨式、轴向搅拌机特征结构简单制造，整体混合效果好，搅拌力小，剪切力低适合低粘度流体搅拌，径向型(涡轮式)搅拌机、直叶弯曲矢叶、 径向型混合器的特征功耗大是局部混合效果高剪切力低适合低粘度高粘度流体的搅拌，挡板的作用是改变流动方向，从径向流变为轴向流，促进液体的急剧倒流，增加溶解氧。 通常，挡板宽度为(0.10.2)D (罐体直径)，安装46片即可满足所有挡板条件的挡板的高度请设计为从罐的底部到液面的高度。 全挡板条件：以一定的转速增加油箱内挡板的数量，轴向力不变。 2个挡板，轴封的作用是密封罐顶和罐底与轴之间的间隙，防止泄漏和杂菌污染。 常用的轴封有填充纸和端面机械轴封两种。 3轴密封、密封式轴密封、密封式轴密封由填充箱、填充底衬套、填充盖和按压螺栓等部件构成，具有密封旋转轴的效果。 又称端面式轴封、机械轴封，分为单端面机械密封和两端面机械密封。 密封作用是通过弹性体(弹簧、波纹管等)的压力使垂直于轴线的可动环和静止环的光滑表面紧密接触，使其相对旋转进行密封。 单端面机械密封、双端面机械密封、小型反应器多采用外套作为冷却和加热的热交换装置。 其优点是结构简单，加工容易，反应器内没有冷却装置，死角少，清洗和灭菌作业容易，缺点是传热壁厚，冷却水流速低，降温效果差。 大型反应器大多在反应器中内置蛇形管热交换装置，具有管内冷却水流速大、传热效率高的优点，但占用了反应器空间，增加了反应器清洗和灭菌的难度。温控系统、消泡系统、发酵过程中发酵液中含有大量蛋白质，在强烈的通风搅拌下产生大量泡沫，严重时发酵液溢出，增加染色机会。 通气发酵生产有加入消泡剂的方法和使用机械式消泡装置的方法。 通常将两种方法结合使用。 消泡装置分为两种。 一个放置在罐内，为了防止泡沫的溢出，其目的是在搅拌轴或灌顶另外导入的轴(搅拌轴从罐底深入时)上安装消泡浆料，另一个是将从排出的气体中溢出的泡沫分离破碎，使液体部分返回罐内。 通气系统、通气装置是将无菌空气导入罐内的装置。 最简单的通气装置是单孔管，单孔管的出口在最下面的混合器的正下方，开口部向下，以免培养液中的固体物质堆积在开口部。 喷嘴和壶底的距离约为40mm。 第二种形式是开口部向下的多孔环状管。 环的直径大约是搅拌器直径的0.8倍。 小孔直径约为58mm，孔的总面积等于通风管的截面积。 透气量小时，气泡直径与空气喷出口直径有关。 喷口径越小，气泡径越小，氧的传递系数越大。 但发酵过程中通气量大，气泡直径仅与通气量有关，与通气出口直径无关。 另外，在强机械搅拌条件下，多孔分散器的氧传递效应不如单孔管，相反，会造成不必要的压力损失，材料会堵塞小孔，因此很少被采用。 单管环形管dI=0.8DidI环径di浆叶径、二气升式生物反应器、气升式生物反应器是应用广泛的无机搅拌生物反应器。 气升式生物反应器是在鼓泡塔反应器的基础上发展起来的，利用空气的喷射功能和流体的重度差异使反应液循环流动，实现了液体的搅拌、混合和氧的传递。 由于气升式生物反应器结构简单，无其他生物反应器存在许多漏点和死角等缺点，从20世纪70年代开始植物细胞发酵培养就多采用气升式生物反应器。 优点：气升式生物反应器结构简单，清洗、维护方便，不易感染，能耗低，溶解氧效率高，操作费用低。 缺点：缺点相对较少，主要是高密度培养时混合不均匀。 其他类型的反应器、鼓泡塔生物反应器膜生物反应器固定床和流化床反应器动物生物反应器等四个生物反应器的发展趋势，生物反应器的研究、开发和设计是生物技术的重要内容，一个好的生物反应器的出现往往可以大大降低生产成本，是生物产品商业化的关键因此，生物反应器的开发一直很活跃，特别是最近细胞生物反应器的开发更加活跃。 生物反应器的发展趋势是微生物能悬浮培养，对搅拌剪切力的要求不高，微生物的最大条件是在大型或超大型反应器内生长。 目前生产抗生素的发酵罐容积达400m3，氨基酸反应器达300m3，单细胞蛋白(SCP )反应器达2600m3，微生物处理废水的生物反应器达27000m3。 显然，增大反应器有利于降低生产成本。 1微生物反应器向大型化发展，2动植物细胞培养反应器向大型化发展，动植物细胞培养能获得许多高附加值生物制品，如干扰素、单克隆抗体等，因此细胞培养反应器的研制越来越受到重视。 其中关于供氧问题，必须解决快速升温、SIP自动灭菌、CIP自动清洗、机械密封、排气处理、取样处理等问题。3 .大量利用现代计算机技术进行生物反应器的设计和开发，首先对反应器内的生物反应建立数学模型，得到能反映生物过程规律的比较精确的公式，然后将该模型应用于反应器的设计和自动控制，反应器的结构和操作如温度、pH、溶解氧等谢谢，人只要有知识，就具备各种分析能力，识别善恶的能力。 因此，