第三章生物制药反应过程设备.ppt

1、第三章生物制药反应过程设备、制药设备和技术、生物制药基本过程图所示，主要生产设备包括培养基赵霁和灭菌设备、空气预处理和灭菌设备、生物反应器和分离提取设备。生物制药的基本过程，第一节培养基准备及灭菌设备，徐璐根据其他细胞生长要求配制的营养物质培养基，培养基含有适当的营养成分。合适的ph；经过灭菌后才能使用。大规模微生物、动植物细胞培养都不允许用纯种培养过程污染杂菌，因此必须灭菌培养基设备。发酵工业中广泛使用的培养基灭菌方法是湿热灭菌。也就是说，用高压蒸汽直接将材料加热到115140，然后在一段时间内杀死所有微生物。培养基的灭菌方法有两种：室通灭菌和连续灭菌。第一节培养基赵霁及灭菌设备，1，培养基

2、室通灭菌法及设备室通灭菌：将培养基放入发酵罐，用饱和蒸汽加热，达到预定的灭菌温度后，保持一定时间(30min左右)，冷却到发酵温度，然后接种发酵。这种灭菌过程称为室通灭菌。又称成批灭菌。1.室通灭菌前的准备是为了确保灭菌的成功，在室通灭菌前确认发酵桶是否致密很重要。发酵罐及附属设备必须全面严密检查。特别是与发酵罐直接相通的阀门的严密性，在没有泄漏的情况下才开始灭菌。第一节培养基赵霁及灭菌设备，2。室通灭菌操作室通灭菌操作是用表压0.30.4MPa的饱和蒸汽灭菌培养基的过程。实际罐灭菌时间和温度的关系，第一节培养基准备和灭菌设备，图中阶段温度和时间的关系如下。钳预热阶段，培养基在室温下加热到80

3、-90，钳预热是为了防止进入罐内的水蒸气凝结成水，从而防止培养基浓度发生变化。直接蒸汽加热阶段，培养基从80-90加热到121。在保温阶段，121冷却阶段，121冷却到培养温度。实际罐灭菌过程图表，实际罐灭菌动画，第一节培养基准备和灭菌设备，3。实际罐灭菌时间计算可以根据代数残留公式，按如下方法计算实际罐灭菌所需的理论时间：在食中，灭菌时间，S；k是灭菌速度常数，是开始灭菌时原始细菌的数量，狗。为了结束灭菌，残留细菌的数量，狗，r是气体常数，8.314j/(mol . k)；t是热力学温度，k。1节培养基赵霁及灭菌设备，2，培养基连续灭菌方法及设备去除：培养基连续灭菌方法是将发酵罐提前灭菌，将

4、配方的培养基输送到发酵罐中，同时加热、保温和冷却，然后继续进入已消灭细菌的发酵桶中。空去除：也称为空罐杀菌。如果培养基中的灭菌采用连续灭菌法，则发酵罐在放灭菌培养基之前必须单独灭菌，即发酵罐中的灭菌。第一节培养基准备和灭菌设备，(1)培养基连续灭菌过程，培养基连续灭菌示意图，第一节培养基准备和灭菌设备，(2)用于连续灭菌的基本设备连续灭菌的基本设备，一般是材料预热桶：将配方的材料液预热到6070进行灭菌时，原料液和蒸汽温度差异太大，不发生水蒸气碰撞声保持罐：加热器加热时间短，通过保持管，可以达到完全灭菌效果。冷藏员：从保持罐中流出的材料额通过冷却管冷却，然后运送到预先灭菌的罐中。，第一节培养基

5、赵霁及灭菌设备。加热器塔加热器培养基在塔底被燃烧室渗透，回灌速度控制在蒸汽流入管和设备外壳的间隙之间0.1m/s左右的流速。材料液与从小孔喷出的蒸汽连续混合，在塔中停留2030s，然后从塔的顶部流出。塔式加热器，第一节培养基准备和灭菌设备，(2)进入喷气加热器加热器加热器时的流速约为1.2米/秒，蒸汽喷嘴的环隙面积约为莲蓬头外径的两倍，膨胀管高度一般约为1米。牙齿加热器结构简单，噪音小，无振动。喷气加热器，第一节培养基准备和灭菌设备，第二节保持罐的结构，高温培养基从供应口管道进入容器底部，第一节培养基赵霁和灭菌设备的容器直径大，培养基内部流速小，因此保持缸内材料的反向混合现象是不可避免的。因此

6、，保持罐设计时长宽比2.02.5合适，外墙必须有保温层。设计培养基保持缸的实际停留时间一般将理论灭菌保温时间乘以35倍。第一节培养基准备和灭菌设备，保持罐容积计算，-保持罐容积，M3；液体体积流量，m3/h；材料停留在储油罐中的时间，分钟，填充系数，0.850.9。、1节培养基准备和灭菌设备，3、冷却设备(1)喷雾冷却器，喷雾冷却器顶部有淋浴池，通过喷水器将水均匀地洒在水平排气管上，放入冷却管内的培养基。喷雾冷却器冷却效果的优劣与淋浴器的安装是否合理有很大关系。为了提高传热推力，高温培养基必须从底端进入并向上取出，材料必须在管道内以0.60.7m/s的速度流动。为了加强喷雾冷却器的冷却效果，牙

7、齿设备应该放在通风良好的地方。第一节培养基赵霁及灭菌设备，(2)真空冷却器、真空冷却器、真空冷却器的结构以高温培养基从储液罐进入真空冷却器的方式运行。真空下，水分立即蒸发，降低培养基温度。2节发酵用压缩空气字典处理及除菌设备，1，空气除菌法及发酵用无菌空气的质量标准1。空气除菌法(1)热杀菌法(2)辐射杀菌法(3)静电除菌(4)过滤除菌是目前生物工业生产中最常用的最经济的空气除菌法，空气除菌法，1。空气杀菌方法，第二节发酵用压缩空气预处理及杀菌设备，2。发酵用无菌空气的质量标准(1)空气的压力一般应控制空气压缩机出口空气的压力为0.20.35Mpa(表压)。(2)在气流发酵无菌空气的设计和运行

8、中，空气使用量通常计算为通气孔费或VVM。(3)空气的温度一般控制进入发酵罐的空气温度比培养温度高10左右。(4)空气的相对湿度进入整个过滤器的压缩空气的相对湿度控制是60p (3) PTFE膜过滤器是强疏水的膜材料，因此对过滤高湿空气非常有利。，2节发酵用压缩空气字典处理和杀菌设备，5，空气过滤器的工作点是为了保持空气过滤器总是干燥，过滤器使用蒸汽灭菌时，必须提前放置蒸汽管和过滤器内部的冷凝液。一开始，先预热卡箍，然后将蒸汽直接推入介质层。小过滤器的灭菌时间约为30分钟，蒸汽从上到下。大型过滤器的灭菌时间约为l h，蒸汽通常从下到下降30分钟，从上到下降30分钟左右。使用过滤器时，如果发酵罐

9、的压力大于过滤器的压力(主要发生在突然停止空气流入或空气压力突然下降的情况下)，发酵液就会回流到过滤器中。因此，过滤器必须安装在通往发酵桶的管道上的单向阀门。第三种生物反应器，生物反应器是生物(如微生物、动植物细胞)或酶所具有的特殊功能，在体外进行生物化学反应，获得其代谢产物或生物体的设备，其作用是为细胞代谢提供合适的物理和化学环境，使细胞更快地获得更多需要的生物量或代谢产物。第三节生物反应器，优秀的生物反应装置必须具有能承受一定压力和温度，易于维修的严格结构。良好的传质、传热和混合性能；严格的结构，易于清洁和维护。适于自动控制的灵敏检测和控制仪表；耗电量低，可以最大限度地提高生产力和经济效果

10、。在制药行业，生物反应器主要包括微生物反应器。几乎所有抗生素的生产都使用发酵罐进行微生物培养。另一类是指用于生产疫苗、单克隆抗体、多肽和蛋白质、植物皂苷和其他药物的迁移、植物细胞生物培养反应器。第三节生物反应器，1，微生物培养反应器(1)通用发酵罐，通用发酵罐，通用发酵罐属于机械混合式发酵罐，指同时具有机械混合和压缩空气分配装置的发酵罐。这种发酵罐现在被大多数发酵工厂使用得最多，因此被称为“普通食品”。第三节生物反应器，第一节，发酵罐的结构，第三节生物反应器主要用作实验用和种子桶。容积为实验室1L-50L、中等试验用50L-5000L、种子罐为50L-20000L。10L台式发酵罐，种子罐，小

11、型通用发酵罐，第三节生物反应器，大型机械搅拌通风发酵罐，生产用发酵罐越来越大。大型化的优点包括：提高产量、降低能耗、降低生产成本、便于自动化控制、第三节生物反应器、大型发酵桶、第三节生物反应器、通用发酵罐主要是水箱、搅拌机、挡板、轴密封、空气分配器、传动装置、传热装置、恒压容量2.5公斤必须存在。温度130。罐顶上的接管包括引流管、补充管、排气管、接种管、压力计接管等。坦克的接管有冷却液出入管、空气流入管、温度计、测量仪表接口。为了减少交接，结合成了一个接口，如流入管、填充管和接种管。罐子需要双面焊接，焊接面光滑，没有事项和死角，防止杂菌潜伏在间隙。3节生物反应器，图3-21常规大中型发酵罐顶

12、部部件布置图，3节生物反应器，加工的椭圆头，加工中的桶和冷却蛇管，3节生物反应器，(2)打破混合装置搅拌装置的作用3360牙齿泡沫，加速和提高溶解氧。将生物细胞悬浮分散在发酵体系中，保持适当的气液固三相混合。加强传质、传热过程。发酵罐一般使用涡轮搅拌机和旋转式搅拌机。涡轮混合器：液体在搅拌机内进行径向和切向运动，具有流量小、压力高的特点。为了避免泡沫沿轴上升，搅拌机中央安装了圆盘。叶片的形态分为平叶式、弯曲叶式、箭叶式等。螺旋式搅拌机：将液体制成轴向和切向运动，具有循环量大、压力低的特点。三节生物反应器，F螺旋桨搅拌机，图3-23发酵罐各种桨结构类型，三节生物反应器，径向流型：流体的流动方向垂

13、直于搅拌轴，沿轴向流入，径向流出道，容器壁面相遇，分成两个流体，分别向上、向下流动，返回叶端，不通过叶片。轴向流动模式：流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由桨叶推进，沿轴流动，轴向流出，遇到集装箱底部，上下循环(见图3-22(b)。图3-22底流型，第三节生物反应器，涡轮搅拌器：形成径向流型，由于圆盘的存在，槽内的流动分为上下两个循环区。(威廉莎士比亚、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮、涡轮)剪切力大，有助于打破泡沫，对微生物生长不利。涡轮式搅拌器具有结构简单、能量传递高、溶解氧率高的优点，但具有轴向混合差，搅拌湾越大，搅拌强度越弱，培养液越粘，混合效果越差的缺点。螺旋桨搅拌器：轴

14、向流动型生成，中间液体向下运动，罐壁附近流体向上运动，循环量，压头低的特点，混合度高，混合效果好，但重量大，价钱贵。第三种生物反应器，搅拌机选择，涡轮混合器生成径向流型，气体分散力强，但功耗大，作用范围小。螺旋桨搅拌机产生轴向流型，混合性能好，功耗低，作用范围广，但对气体的控制力弱，对气泡的分散效果差。近年来，国外开始将轴流型搅拌机应用于发酵罐。径向涡轮混合器由于圆盘的存在，罐内的流动分为上下两个循环区域。区域内可以充分混合，但两个区域之间混合不均匀。另一方面，轴向流型搅拌机没有分裂循环等一系列缺陷，可以使整个罐处于良好的循环状态。第三节生物反应器，国外实战结果：以单罐产量为例，在一定条件下，

15、三层搅拌机为例，下层仍使用径向涡轮搅拌机，其余两层转换为轴向流型搅拌机时，电力消耗在1530国内医药行业降低了50m3发酵罐中上部2段改造轴流型搅拌机，通过土霉素发酵实验，不仅降低了消耗功率，发酵指数也提高了近15点。第三节生物反应器，(3)挡板，在弯曲过程中发生切向流动。由于切向分数的作用，液体在罐内圆周运动，产生的离心力使罐内的液体形成径向分布抛物线，中心凹进现象。图3-24挡板和没有挡板的滞留型，第三节生物反应器，图3-24(a)表明，在没有挡板的情况下，发酵液中间的液面下陷，形成了深涡流。由于在搅拌过程中发生切向流动，由于切向分速度作用，液体在罐内圆周运动，产生的离心力导致槽内液体在半

16、径方向形成抛物线，在中心凹入现象。旋转速度增加会使牙齿现象更加严重，搅拌机没有完全锁在发酵液中，可能会降低搅拌动力。图3-24(b)是带挡板的搅拌流型。液体在搅拌器中以半径方向突出，遇到挡板后形成上下两部分的垂直运动，上部通过液面，然后通过轴中心旋转。由于挡板的存在，有效阻止坦克内液体的圆周运动、凹面现象消失了。第三节生物反应器，挡板的作用：改变油类的方向，激烈地翻转液体，增加溶解氧。在搅拌过程中，防止面额中央发生旋涡形成，使搅拌器暴露在材料液上，起到搅拌作用。(威廉莎士比亚，哈姆雷特，弯，弯，弯，弯，弯，弯)整个挡板条件：在罐里放上挡板，基本上是指旋涡消失或消除液位旋涡的最低挡板条件。竖起的蛇管、热管、排气管也可以起到挡板的作用。安装46个可以满足整个挡板条件。挡板宽度：(0.10.12)D挡板与罐壁之间的距离：挡板宽度(1/51/8)，防止形成死角，从而防止材料和菌体堆积。第三节生物反应器，(4)通气机的作用是将无菌空气注入发酵桶，均匀分布空气。通关的出口应该就在底部搅拌机的下方，当空气从通关中喷出时，通过搅拌机碎成小气泡，与培养液充分混合。空气分布装置的形式是圆形管道和单管道。第三个生物反应器，图3-25环空气分布管，环管：牙齿装置将环直径变为混合器直径的0.8倍