生物工程设备第六章 生物反应器课件
36页1、第六章 生物反应器,生物反应器概述 生物反应器 微生物反应器 动物细胞培养反应器 生物反应器的发酵参数检测与控制,一、生物反应器概述,1、定义: 2、作用:为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境,使细胞能更快更好地生长,并得到更多需要的生物量或代谢产物。,3、一个优良的生物反应器应具备: 严密的结构; 良好的液体混合性能; 高的传质和传热速率; 灵敏的检测和控制仪表,4、分类: 按能量的输入方式分:机械搅拌式、气升式、液体循环式 按反应器的操作方式分:间歇式、半间歇式、连续式 按反应器结构特征分:釜式、管式、塔式等,二、微生物反应器(发酵罐),厌氧生物反应器(嫌气发酵罐):设备结构简单 好氧生物反应器(通气发酵罐):设备的结构较复杂,(一)嫌气发酵罐 酒精发酵罐: 密闭式 筒体:圆柱形,底盖和顶盖均为碟形或锥形 罐顶:人孔、视镜及二氧化碳回收管、进料管、接种管、压力表和测量仪表接口管等。 罐底:排料口和排污口 罐身:取样口、温度计接口,发酵的冷却装置: 中小型发酵罐:罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却; 大型发酵罐:罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和罐外壁喷洒联合冷却装置 罐体底部沿罐体四周
2、装有集水槽,酒精发酵罐的洗涤: 水力喷射装置: 两头装有喷嘴的喷水管; 两头有一定的弧度;管 上均匀地钻有一定数量 的小孔;水平安装 它是借喷水管两头喷嘴 以一定喷出速度而形 成的反作用力,使喷 水管自动旋转。,(二)通气发酵罐,1、分类 按能量的输入方式分: 机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐 2、通用发酵罐(属机械搅拌式最常用的一种) (1)发酵罐体的尺寸比例 P34 (2)发酵罐装液量 一般装液高度为圆柱部分高度的70%,泡沫少时取90%,多时取60%,(3)发酵罐的结构 罐体: 材料为炭钢或不锈钢,且应有一定的承压能力 罐顶上的接管有:进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。 罐身上的接管有:冷却水进出管、进空气管、温度计管和测控仪表接口。 搅拌装置 a、搅拌的作用: 使罐内液体混合均匀 打碎气泡,使氧气均匀溶解,b、搅拌器形式 P37 涡轮式:径向流型(液体轴向流入,径向流出) 特点:搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90 常用:平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式:轴向流型(液体 轴向流入,轴向流出) 特点:搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90,涡轮式搅拌器: 剪切力较大,气泡分散效果
3、好; 适用物料粘度范围广 圆盘作用:避免气泡沿轴上升 旋桨式搅拌器: 剪切力不大,液体混合效果好, 气泡分散不好; 常用于低粘度流体,锚式和框式搅拌器: 搅动范围很大,转速更低;适用于较高粘度液体的搅拌,也常用来防止器壁产生沉积现象,挡板 作用:改变液体流动方向,防止搅拌过程中漩涡的产生 通气装置 单孔管:管口正对罐底中央,与罐底的距离约40-50mm;罐底中央装保护板 多孔环形管:喷孔向下;环径为搅拌器直径的0.8倍较有效 传热装置:内蛇管,外盘管,夹套 机械消沫装置 P42 轴封:运动部件和静止部件之间的密封称轴封 作用是防止染菌和泄漏,(4)发酵罐的基本条件 发酵罐应具适宜高径比(一般1.74倍) 发酵罐能承受一定压力: 发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合 发酵罐应具足够冷却面积 搅拌器轴封应严密,尽量减少泄漏 发酵罐应尽量减少死角,避免藏垢积污,灭菌彻底,3、常用几种其它发酵罐 (1)气升式发酵罐(P45) 分为内循环及外循环两种。 (内循环)工作原理: 在罐内装设上升管,上升管两端与罐底及罐上部相连接,构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷咀,空气自喷咀喷出后,与上升管的
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