生物工程设备1

1、生物工程设备,主讲 杨洋 教授 广西大学生命科学与技术学院,前言,一、现代生物技术产生的背景 生物技术三个发展阶段： 传统生物技术酿造技术（酒、醛、酱）第一次世界大战前。 近代生物技术微生物发酵技术（醋、柠檬酸、青霉素等）一战后至20世纪七十年代。 现代生物技术DNA重组及转基因、细胞和原生质体融合、酶和细胞固定化、动植物细胞培养、动物胚胎工程、现代微生物发酵、现代生物反应和分离工程、蛋白质工程等,（新物种、转基因动植物、克隆动物、新型酶制剂、新型发酵产品、新型反应器、基因工程药物等）20世纪七十年代后。,生物技术成为21世纪科技发展的带头学科，是世界高新技术的制高点。 人口、食物、资源、环保

2、、能源是21世纪困扰人类的大问题。 解决上述难题的根本出路在于生物技术。 生物科学带动行为科学、生态学发展，生物科学与信息论、控制论、系统论、核技术结合，推动社会进步。 生物技术是21世纪对我国经济产生巨大贡献的产业，20世纪是研究为主，产业处于初级阶段， 21世纪进入大规模产业化阶段。,主要体现在三大领域：生物农业、生物制药、生物工业。 21世纪预期几大突破：1、人的寿命将延长，对长寿基因和老年生态学的研究。2、农业工厂化初具规模，如高产、改性、抗性、功能品种等。3、医药卫生领域取得巨大突破，基因工程药物和基因工程治疗，DNA药物和DNA疫苗大量面世。4、绿色能源初具规模，如光合细菌生产氢能

3、源，液体黄金之称的乙醇。,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,第二篇 生物反应物料处理及产物分离纯化设备 第一章 物料处理与培养基制备 第二章 过滤、离心与膜分离设备 第三章 萃取与色谱分离设备 第四章 蒸发与结晶设备 第五章 干燥设备 第六章 蒸馏设备 第三篇 辅助系统设备 第一章 空气净化除菌与空气调节 第二章 设备与管道的清洗与杀菌 第三章 物料输送系统设备 第四章 生物工程供水与制冷系统及设备,通风发酵反应器包括酵母发酵罐、单细胞

4、蛋白发酵罐、氨基酸发酵罐、酶制剂发酵罐、抗生素发酵罐等等。 对于好气性发酵罐，则以溶氧系数的高低及传递 1Kg氧所耗的功率大小作为衡量发酵罐是否优良的基本指标。,通风发酵设备的类型,第一节 机械搅拌发酵罐,机械搅拌发酵罐是利用机械搅拌器的作用使空气和醪液充分混合，促使氧在醪液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖和代谢所需要的溶解氧。 机械搅拌发酵罐的基本条件： (a) 发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越长，氧的利用率越高，一般的高度与直径之比为1.74倍左右。 (b) 要能承受一定压力。由于发酵罐在消毒及正常运转时，罐内有一定压力（气压和液压）和温度，因此罐体各部件要有一定的强度，能承受相当的压力。

5、,(c) 发酵用的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵必需的溶解氧。 (d) 应具有足够的冷却面积。微生物生长代谢过程放出大量的热，为了控制发酵过程不同阶段所需的温度，应装有足够的冷却部件。 (e) 罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢，灭菌能彻底，避免染菌。 (f) 搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。 氧的传递速率：通入发酵液中的气泡愈小，气泡与液体的接触面积就愈大，液体中氧的溶解速率也就愈快。,增加溶氧速率的方法： （a）采用搅拌桨分散和打碎气泡。 （b）利用循环管中的泵或螺旋桨增加液体的循环量，并使喷入或吸入的气体细化，增加气液两相的接触面积。 一、机械搅拌通风发酵罐 ： 在生物工程工厂广

6、泛使用，据不完全统计，它占发酵罐总数的70%80%，故又称通用式发酵罐。我国珠海益力味精厂有630M3的特大型机械搅拌通风发酵罐，用于谷氨酸发酵。,(a)夹套传热 (b)蛇管传热,罐体各部分的比例尺寸,通用式发酵罐的比例尺寸 Di1/3D H02D B0.1Di ha0.25Di S3Di CDi,表：通用式发酵罐系列,通用式发酵罐的结构,（a）罐体 受压容器，由圆柱体和椭圆形或蝶形封头焊接而成 ，130，0.25MPa 防腐蚀 ，不锈钢 清洗、灭菌要求 安装、检修、观察要求 各种用途的接管,（b）搅拌器和挡板, 搅拌器作用 打碎空气气泡，增加气液接触界面，以提高气液间的传质速率。其次是为了使

7、发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。 涡轮式搅拌器的类型: （1）圆盘平直叶涡轮 （2）圆盘弯叶涡轮 （3）圆盘箭叶涡轮,(1),(2),(3), 搅拌流型,（1）用冷却列罐组代替挡板的涡轮搅拌器的流型,（2）设置中心套筒的涡轮浆搅拌流型,（1）,（2）,挡板的作用 加强搅拌强度，促使液体上下翻动和控制流型、消除涡流。冷却列管也可起挡板的作用 。 “全挡板条件” 指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式： （W/D）Z = 0.5 式中 W挡板宽度，m D罐的直径，m Z挡板数 通常，挡板宽度取W（0.10.12）D，装设46块即可满足全挡板条件。,（C）空气分布装置, 单管 环形管 dI = 0.8Di dI 环径Di 浆叶直径,（D）轴封,端面轴封具有清洁、密封性能好、无死