微生物工程生产设备讲稿.ppt

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1、微生物工程生产设备第一页，讲稿共五十九页哦种子扩大培养种子扩大培养培养基配制培养基配制空气除菌空气除菌培养基灭菌培养基灭菌发酵生产发酵生产下游处理下游处理发酵设备发酵设备发酵的一般流程发酵的一般流程第二页，讲稿共五十九页哦提纲提纲第一节第一节 培养基及发酵设备的灭菌培养基及发酵设备的灭菌第二节第二节 发酵设备发酵设备第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备第四节第四节 产品纯化设备产品纯化设备第三页，讲稿共五十九页哦发酵类型和设备发酵类型和设备固体发酵固体发酵盘曲、帘曲盘曲、帘曲曲盘、帘子等，自然通风曲盘、帘子等，自然通风发酵池、窖、地缸发酵池、窖、地缸相对密闭不通风相对密闭不通风厚层通风制曲厚

2、层通风制曲曲箱，机械通风曲箱，机械通风旋转培养旋转培养转鼓型发酵罐，机械通风转鼓型发酵罐，机械通风液液体体发发酵酵厌气发酵厌气发酵厌气发酵罐，密闭不通风厌气发酵罐，密闭不通风好气发酵好气发酵密闭通风密闭通风机械搅拌通风机械搅拌通风通风搅拌通风搅拌非循环式非循环式循环式循环式通风式发酵罐通风式发酵罐自吸式发酵罐自吸式发酵罐伍式发酵罐，内循环伍式发酵罐，内循环文式发酵罐，外循环文式发酵罐，外循环非循环式非循环式循环式循环式空气带升式发酵罐空气带升式发酵罐鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐塔式发酵罐塔式发酵罐第四页，讲稿共五十九页哦第一节第一节 培养基及发酵设备灭菌培养基及发酵设备灭菌 培养基的灭菌培养基的灭

3、菌l培养基灭菌的基本原理培养基灭菌的基本原理l分批灭菌分批灭菌l连续灭菌连续灭菌空气除菌空气除菌l空气除菌的基本方式空气除菌的基本方式l空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程l深层过滤原理深层过滤原理l过滤介质及其设备过滤介质及其设备设备与管道的灭菌设备与管道的灭菌第五页，讲稿共五十九页哦第一节第一节 培养基及发酵设备灭菌培养基及发酵设备灭菌一、灭菌方法一、灭菌方法二、培养基的灭菌二、培养基的灭菌三、培养基的分批灭菌三、培养基的分批灭菌四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌第六页，讲稿共五十九页哦一、灭菌方法一、灭菌方法1、化学药剂灭菌、化学药剂灭菌2、射线灭菌、射线灭菌3、干热灭菌、干热灭菌4、

4、湿热灭菌、湿热灭菌5、过滤除菌、过滤除菌第七页，讲稿共五十九页哦二、培养基的灭菌二、培养基的灭菌理论灭菌时间的计算（对数残留公式）理论灭菌时间的计算（对数残留公式）N0=2.303/k=2.303/k log N实际灭菌的经验数据实际灭菌的经验数据l高温灭菌高温灭菌(High temperature setrilization)120，维持，维持(Maintaining)20-30分钟分钟K比死亡速率（比死亡速率（s-1）NO-开始时菌浓度开始时菌浓度N -残存菌浓度残存菌浓度 工程上，工程上，N为为10-3/罐罐第八页，讲稿共五十九页哦二、培养基的灭菌二、培养基的灭菌灭菌温度与菌死亡反应速度

5、常数的关系灭菌温度与菌死亡反应速度常数的关系阿累尼乌斯公式：阿累尼乌斯公式：K=Aexp-E/RT K菌死亡的速度常数菌死亡的速度常数 A阿累尼乌斯常数阿累尼乌斯常数 exp2.71 E杀死细菌孢子的活化能（杀死细菌孢子的活化能（J/K mol）R气体常数气体常数8.314J/（molK)T绝对温度（绝对温度（K）第九页，讲稿共五十九页哦二、培养基的灭菌二、培养基的灭菌活化能大的反应中，反应时间随温度变化也大；活化能大的反应中，反应时间随温度变化也大；杀死细菌和芽孢的活化能远大于营养成分被破坏的活化杀死细菌和芽孢的活化能远大于营养成分被破坏的活化能（能（EE）；）；第十页，讲稿共五十九页哦二、

6、培养基的灭菌二、培养基的灭菌 采用高温短时的灭菌方法可以减少采用高温短时的灭菌方法可以减少养分的破坏。养分的破坏。第十一页，讲稿共五十九页哦二、培养基的灭菌二、培养基的灭菌灭菌温度灭菌温度（C）灭菌时间（分钟）灭菌时间（分钟）VB1的破坏（的破坏（%）11036671204271300.581500.011第十二页，讲稿共五十九页哦培养基配置与分批灭菌流程培养基配置与分批灭菌流程第十三页，讲稿共五十九页哦三、培养基的分批灭菌三、培养基的分批灭菌分批灭菌分批灭菌l总灭菌时间总灭菌时间=加热时间维持时间冷却时间加热时间维持时间冷却时间lt总总=t加热加热+t维持维持+t冷却冷却l若已知加热时间若已

7、知加热时间(t加热加热)和冷却时间和冷却时间(t冷却冷却)，那，那么只要合理设置维持时间么只要合理设置维持时间(t维持维持)就能使灭菌过就能使灭菌过程中培养基的养分的破坏降到最小。程中培养基的养分的破坏降到最小。第十四页，讲稿共五十九页哦四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌常见的连续灭菌的流程常见的连续灭菌的流程l连消塔连消塔喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程l喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程l薄板换热器连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程第十五页，讲稿共五十九页哦四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌连消塔连消塔喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程第十六页，讲稿共五十九

8、页哦四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程第十七页，讲稿共五十九页哦四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌薄板换热器连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程第十八页，讲稿共五十九页哦四、培养基的连续灭菌四、培养基的连续灭菌连续灭菌的优点连续灭菌的优点l提高产量，缩短发酵周期提高产量，缩短发酵周期l减少养分破坏，产品质量较易控制减少养分破坏，产品质量较易控制l设备利用率高，操作方便设备利用率高，操作方便l适于自动控制，劳动强度低适于自动控制，劳动强度低第十九页，讲稿共五十九页哦第二节第二节 发酵设备发酵设备一、机械搅拌发酵罐一、机械搅拌发酵罐二、其他类型发酵

9、罐二、其他类型发酵罐三、搅拌轴功率的计算三、搅拌轴功率的计算四、发酵罐的放大四、发酵罐的放大第二十页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐发酵罐的基本条件发酵罐的基本条件l适宜的径高比（高与直径的比值为适宜的径高比（高与直径的比值为2.54）l能承受一定压力、温度能承受一定压力、温度l搅拌通风装置保证气液充分混合搅拌通风装置保证气液充分混合l具有足够的冷却面积具有足够的冷却面积l死角少，灭菌彻底死角少，灭菌彻底l轴封严密，泄漏少轴封严密，泄漏少第二十一页，讲稿共五十九页哦发发酵酵罐罐的的基基本本结结构构一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐第二十二页，讲稿共五十九

10、页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐发酵罐的搅拌器发酵罐的搅拌器l功能：打碎空气（径向），使发酵液充分混功能：打碎空气（径向），使发酵液充分混合（轴向）合（轴向）l类型：平叶式、类型：平叶式、弯叶式、弯叶式、剑叶式剑叶式l叶片数量：一般叶片数量：一般6片，最少片，最少3片，最多片，最多6片片第二十三页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐发酵罐的换热装置发酵罐的换热装置l夹套式换热装置：结构简单，死角少，利于夹套式换热装置：结构简单，死角少，利于灭菌，降温效果较差，适用于小型发酵罐。灭菌，降温效果较差，适用于小型发酵罐。l竖式蛇管换热装置：降温效果较好，节水

11、。竖式蛇管换热装置：降温效果较好，节水。l竖式列管（排管）换热装置：降温效果好，竖式列管（排管）换热装置：降温效果好，但要求水源充足。但要求水源充足。第二十四页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐挡板挡板 作用：克服涡流，将经向改变为轴向流作用：克服涡流，将经向改变为轴向流 动，增加溶氧速率。动，增加溶氧速率。大小：宽，大小：宽，0.1-0.12D；长，液面至罐底。；长，液面至罐底。位置：与罐壁的间距，位置：与罐壁的间距，1/5-1/8W。数量：数量：4块，竖式蛇管换热装置也起一定块，竖式蛇管换热装置也起一定 挡板作用。挡板作用。第二十五页，讲稿共五十九页哦一、机械搅

12、拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐机械消泡方法机械消泡方法l罐内消泡：在发酵罐内消除泡沫罐内消泡：在发酵罐内消除泡沫l耙式消泡桨、碟式消泡器等耙式消泡桨、碟式消泡器等l罐外消泡：将泡沫引出发酵罐外，消泡后再罐外消泡：将泡沫引出发酵罐外，消泡后再 返回罐内返回罐内l旋转叶片消泡器、离心式消泡器等旋转叶片消泡器、离心式消泡器等第二十六页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐耙式消泡桨耙式消泡桨第二十七页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐碟片式消泡器碟片式消泡器优点：消泡能力强，功耗小优点：消泡能力强，功耗小缺点：结构复杂，维护麻烦缺点：结构复杂，

13、维护麻烦第二十八页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐旋转叶片罐外消泡旋转叶片罐外消泡第二十九页，讲稿共五十九页哦一、机械搅拌通风发酵罐一、机械搅拌通风发酵罐离心力罐外消泡离心力罐外消泡第三十页，讲稿共五十九页哦二二、其其他他类类型型发发酵酵罐罐液液体体深深层层厌厌气气发发酵酵设设备备酒酒精精发发酵酵罐罐的的结结构构第三十一页，讲稿共五十九页哦二、其他类型发酵罐二、其他类型发酵罐自吸式发酵罐自吸式发酵罐非循环机械搅拌非循环机械搅拌第三十二页，讲稿共五十九页哦二二、其其他他类类型型发发酵酵罐罐伍伍式式发发酵酵罐罐（循循环环机机械械搅搅拌拌）第三十三页，讲稿共五十九页哦二

14、二、其其他他类类型型发发酵酵罐罐带带升升式式发发酵酵罐罐（循循环环通通气气搅搅拌拌）第三十四页，讲稿共五十九页哦二二、其其他他类类型型发发酵酵罐罐塔塔式式发发酵酵罐罐（非非循循环环通通气气搅搅拌拌）第三十五页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器生物反应器：生物反应器：为特定的细胞或酶提供适宜的增殖为特定的细胞或酶提供适宜的增殖或进行特定生化反应环境，并且都是利或进行特定生化反应环境，并且都是利用生物催化剂进行生化反应的设备。用生物催化剂进行生化反应的设备。第三十六页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器动植物细胞反应器动植物细胞反应器第三十七页，讲稿共五十九页

15、哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器生物滤池生物滤池污水处理污水处理第三十八页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器生物转盘法生物转盘法污水处理污水处理出水出水进水进水进水进水出水出水第三十九页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器接触氧化法和流化床法接触氧化法和流化床法污水处理污水处理第四十页，讲稿共五十九页哦其其他他类类型型生生物物反反应应器器立立式式多多段段发发酵酵塔塔固固体体废废弃弃物物处处理理第四十一页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器卧式回转圆筒形发酵仓卧式回转圆筒形发酵仓固体废弃物处理固体废弃物处理第四十二页，讲稿共五十九页哦

16、其他类型生物反应器其他类型生物反应器高温动态二次堆肥车间高温动态二次堆肥车间固体废弃物处理固体废弃物处理第四十三页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器生物吸收法生物吸收法生物除臭生物除臭第四十四页，讲稿共五十九页哦其他类型生物反应器其他类型生物反应器堆肥滤池法堆肥滤池法生物除臭生物除臭l堆肥滤池法堆肥滤池法第四十五页，讲稿共五十九页哦固体发酵特点固体发酵特点固体发酵的优点固体发酵的优点l原料简单原料简单l不易被污染不易被污染l回收产品容易回收产品容易l通气较易实现，节能通气较易实现，节能l发酵废料可用作饲料发酵废料可用作饲料第四十六页，讲稿共五十九页哦三、搅拌轴功率的计算三、

17、搅拌轴功率的计算应考虑的因素应考虑的因素：发酵罐直径发酵罐直径D（m）、搅拌器直径）、搅拌器直径d（m）液柱）液柱高度高度HL（m）、搅拌器形式、搅拌器转速）、搅拌器形式、搅拌器转速n(rmin-1)、液体粘度液体粘度（PaS）、液体密度）、液体密度（kg/m3）、重力）、重力加速度加速度g（m/s2）以及有无档板等。）以及有无档板等。轴功率（功率（W）：）：P=（n、d、g）目前，一般每立方米目前，一般每立方米发酵培养液的功率吸收酵培养液的功率吸收为1-3.5KW。第四十七页，讲稿共五十九页哦四、发酵罐的放大四、发酵罐的放大1、几何尺寸放大法；、几何尺寸放大法；2、空气流量放大法；、空气流量

18、放大法；以单位体积的空气流量相同的原则放大；以单位体积的空气流量相同的原则放大；空气线速度相同的原则放大；空气线速度相同的原则放大；以以KL相同的原则放大；相同的原则放大；搅拌器叶尖速度相同的原则放大；搅拌器叶尖速度相同的原则放大；混合时间相同的原则放大。混合时间相同的原则放大。第四十八页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备加热灭菌（加热灭菌（220C，20秒）秒）灭菌彻底，能耗大，成本高灭菌彻底，能耗大，成本高电除菌电除菌除菌效果差，仅用于初除菌除菌效果差，仅用于初除菌辐射灭菌辐射灭菌254-265nm效果最佳，仅限表面灭菌效果最佳，仅限表面灭菌介质过滤除菌介质过滤除菌主

19、流的除菌方式主流的除菌方式第四十九页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备一、介质除菌（介质过滤）的原理一、介质除菌（介质过滤）的原理l惯性冲击滞留作用原理惯性冲击滞留作用原理l拦截滞留作用原理拦截滞留作用原理l布朗扩散作用原理布朗扩散作用原理l重力沉降作用原理重力沉降作用原理l静电吸附作用原理静电吸附作用原理第五十页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备二、介质过滤效率的过滤器的计算二、介质过滤效率的过滤器的计算介质层厚度：介质层厚度：1 N0 L=ln K N空气过滤器直径：空气过滤器直径：D=（4Q/g g）-2 K 过滤器的除菌效率；过滤器的除菌效率

20、；N 过滤器出口空气中的含菌量；过滤器出口空气中的含菌量；g g 气体流速；气体流速；Q发酵罐每分钟用空气量。发酵罐每分钟用空气量。第五十一页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备三、空气除菌设备三、空气除菌设备空气过滤除菌的目的空气过滤除菌的目的lNs10-3个个/m3，同时使空气有一定压力，同时使空气有一定压力空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程l普通空气冷却除菌流程普通空气冷却除菌流程l高效前置过滤除菌流程高效前置过滤除菌流程第五十二页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备普通空气冷却除菌流程普通空气冷却除菌流程第五十三页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空

21、气除菌设备空气除菌设备高效前置过滤除菌流程高效前置过滤除菌流程第五十四页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备过滤介质过滤介质l棉花、玻璃纤维、纸、棉花、玻璃纤维、纸、活性碳、石棉滤板、活性碳、石棉滤板、烧结材料过滤介质等烧结材料过滤介质等过滤器结构过滤器结构第五十五页，讲稿共五十九页哦第三节第三节 空气除菌设备空气除菌设备空气过滤的附属设备空气过滤的附属设备l初过滤器：初过滤器：减轻主过滤器负荷，防止空压减轻主过滤器负荷，防止空压机磨损机磨损l空气贮罐：空气贮罐：维持压力稳定，沉降油雾维持压力稳定，沉降油雾l气液分离器：冷凝水雾和油雾气液分离器：冷凝水雾和油雾l空气冷却器：

22、降温、降压、冷凝空气冷却器：降温、降压、冷凝第五十六页，讲稿共五十九页哦设备与管道的灭菌设备与管道的灭菌设备设备灭菌压力灭菌压力灭菌时间灭菌时间灭菌锅灭菌锅0.098MPa20-30min种子罐、发酵罐、种子罐、发酵罐、计量罐、管道等计量罐、管道等0.147MPa45min空气过滤器空气过滤器0.147MPa120min第五十七页，讲稿共五十九页哦第四节第四节 产品纯化设备产品纯化设备一、两相分离设备：一、两相分离设备：一）离心分离设备一）离心分离设备 1碟片式离心机碟片式离心机 2.管式离心机管式离心机 3倾析式离心机倾析式离心机二）过滤设备二）过滤设备 1板框过滤机板框过滤机 2.真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机 3硅藻土过滤机硅藻土过滤机三）其他固液分离设备三）其他固液分离设备 切向流过滤切向流过滤 双水相萃取双水相萃取 吸附法吸附法第五十八页，讲稿共五十九页哦二、蒸发浓缩设备二、蒸发浓缩设备1、真空浓缩器、真空浓缩器2、膜式蒸发器、膜式蒸发器 1)升膜蒸发器升膜蒸发器 2)降膜蒸发器降膜蒸发器 3)旋转刮板蒸发器旋转刮板蒸发器 4)板式蒸发器板式蒸发器第五十九页，讲稿共五十九页哦