生物工程设备第一章.ppt

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1、第一篇第一篇 生物反应器生物反应器第第1 1章：生物反应器设计基础章：生物反应器设计基础第第2 2章：通风发酵设备章：通风发酵设备生物反应器设计基础生物反应器设计基础两个定律两个定律:质量守恒定律和能量守恒定律质量守恒定律和能量守恒定律三个公式三个公式:对数生长率对数生长率;抑制动力学抑制动力学(米式公式米式公式););温度影响公式温度影响公式(阿氏公式阿氏公式)质量传递与热量传递质量传递与热量传递,剪切力的影响剪切力的影响金属工艺学，工程制图，物理化学金属工艺学，工程制图，物理化学质量守恒定律质量守恒定律元素守恒元素守恒质量守恒质量守恒工艺的计算工艺的计算例：葡萄糖的好氧代谢（酵母单细胞蛋白

2、例：葡萄糖的好氧代谢（酵母单细胞蛋白生产）和厌氧代谢（酒精发酵）生产）和厌氧代谢（酒精发酵）能量守恒定律能量守恒定律氧弹实验与培养过程产热氧弹实验与培养过程产热;搅拌产热搅拌产热;通气蒸发散热通气蒸发散热;盘管盘管,排管排管,夹套冷却散热夹套冷却散热生长动力学（对数生长公式）X=X0*e ktX :细胞在时间细胞在时间 t 时的浓度；时的浓度；X0:细胞在开始时间时的浓度；细胞在开始时间时的浓度；t :培养的时间；培养的时间；k:细胞的特别生长速率。细胞的特别生长速率。抑制动力学（米氏公式）Vmax*SV =-Km +S V :实际酶促反应速度；实际酶促反应速度；Vmax:最大酶促反应速度；最

3、大酶促反应速度；S :底物浓度；底物浓度；Km :米氏常数。米氏常数。致死动力学（阿氏公式）K=A*e E/RTK:致死速率；致死速率；A:阿氏常数（阿氏常数（Arrhenius）E:反应活化能；反应活化能；T:体系的绝对温度；体系的绝对温度；R:理想气体常数。理想气体常数。生物反应器生物反应器设计要求设计要求生物反应器的设计必需同时考虑到生物反应器的设计必需同时考虑到:反应器的物理传热传质特征反应器的物理传热传质特征;培养生物体的生理生化特征培养生物体的生理生化特征;生长要求生长要求;灭菌要求灭菌要求;其它要求其它要求厌氧生物反应器厌氧生物反应器:酒精发酵罐酒精发酵罐,沼气池沼气池通气生物反

4、应器通气生物反应器:机械通风搅拌罐机械通风搅拌罐,气气升罐升罐,鼓泡罐鼓泡罐,自吸罐自吸罐光照生物反应器光照生物反应器膜生物反应器膜生物反应器生物反应器的种类生物反应器的种类剪切力的影响剪切力的影响剪切力对质量和热量传递有较大影响剪切力对质量和热量传递有较大影响,湍流传导与层流传导湍流传导与层流传导;对动物细胞和植物细胞培养影响很大对动物细胞和植物细胞培养影响很大;对放线菌和丝状真菌的影响对放线菌和丝状真菌的影响其它设备其它设备物料（固体、液体）粉碎，除铁，分级；物料（固体、液体）粉碎，除铁，分级；物料（固体、液体）输送；物料（固体、液体）输送；过滤与离心（固液分离）；过滤与离心（固液分离）；

5、加热，浓缩，结晶，干燥，蒸馏；加热，浓缩，结晶，干燥，蒸馏；萃取，层析；萃取，层析；空气、水的过滤与灭菌；空气、水的过滤与灭菌；管道的清洗与灭菌管道的清洗与灭菌;设备的改制设备的改制机械搅拌通气发酵罐机械搅拌通气发酵罐 机械搅拌通气式发酵罐又称通用式发酵罐，机械搅拌通气式发酵罐又称通用式发酵罐，是工业上最常用的一种微生物反应器，这类发是工业上最常用的一种微生物反应器，这类发酵罐既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置，酵罐既具有机械搅拌又有压缩空气分布装置，搅拌器的主要作用是打碎空气气泡，增加气液搅拌器的主要作用是打碎空气气泡，增加气液接触界面，以提高气液间的传质速率，同时也接触界面，以提高气液间的

6、传质速率，同时也是为了使发酵液充分混合，液体中的固形物料是为了使发酵液充分混合，液体中的固形物料保持悬浮状态。保持悬浮状态。机械搅拌式生物反应器在微生物培机械搅拌式生物反应器在微生物培养中有广泛应用。机械搅拌式反应器能养中有广泛应用。机械搅拌式反应器能够得到充分的搅拌，高密度培养时其供够得到充分的搅拌，高密度培养时其供氧能力和混合效果要高于气动式反应器。氧能力和混合效果要高于气动式反应器。机械搅拌式反应器的最大缺点是剪机械搅拌式反应器的最大缺点是剪切力大，对植物细胞或剪切力敏感菌株切力大，对植物细胞或剪切力敏感菌株易造成较大损伤。易造成较大损伤。气升式生物反应器气升式生物反应器 气升式生物反应器是通过通气气流的上气升式生物反应器是通过通气气流的上升带动流体混合的一类发酵罐。其优点是升带动流体混合的一类发酵罐。其优点是无需机械搅拌，因而动力消耗相对较小，无需机械搅拌，因而动力消耗相对较小，且能够避免搅拌轴封所导致的微生物污染。且能够避免搅拌轴封所导致的微生物污染。其最大缺点是剪切力小导致的混合强其最大缺点是剪切力小导致的混合强度不足，不适应于高粘度的培养体系。度不足，不适应于高粘度的培养体系。