动物细胞培养生物反应器.ppt
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1、生物反应器(Bioreactor)定定义义:是人:是人们对们对生物有机体生物有机体进进行有控制的行有控制的培养以生培养以生产产某种某种产产品或品或进进行特定的反行特定的反应应的的容器。容器。1.生物反生物反应应器是器是发发酵工程中最重要的酵工程中最重要的设备设备之一之一原料原料过过程控制程控制热热量量空空压压机机除菌除菌原料制原料制备备预处预处理理灭灭菌菌产产品回收品回收能量能量空气空气生物生物反反应应器器能量能量废废物物产产物物2.20世世纪纪80年代年代生物反生物反应应器在器在专业专业期刊和期刊和书书籍中大量出籍中大量出现现,成,成为为一个一个标标准名称准名称 传统发传统发酵罐酵罐 酶酶反
2、反应应器等器等 固定化固定化酶酶和和细细胞反胞反应应器器 动动植物植物细细胞培养反胞培养反应应器器3.生物反应器类型动动物生物反物生物反应应器器机械机械搅搅拌式反拌式反应应器器气升式生物反气升式生物反应应器器 膜生物反膜生物反应应器器鼓泡塔生物反鼓泡塔生物反应应器器植物生物反植物生物反应应器器4.一一 机械机械搅搅拌式生物反拌式生物反应应器器医医药药工工业业中的第一个大中的第一个大规规模的微生物模的微生物发发酵酵过过程青霉程青霉素生素生产产是在机械是在机械搅搅拌式反拌式反应应器中器中进进行的。且迄今行的。且迄今为为止,止,对对新的生物新的生物过过程,首程,首选选的生物反的生物反应应器仍然是机器
3、仍然是机械械搅搅拌式反拌式反应应器。机械器。机械搅搅拌式反拌式反应应器能适用于大多器能适用于大多数生物数生物过过程,是形成程,是形成标标准化的通用准化的通用产产品。品。5.它是借它是借搅搅拌拌涡轮输涡轮输入混合以及相入混合以及相际传质际传质所需要的功率。所需要的功率。这这种反种反应应器的适器的适应应性最性最强强,从牛,从牛顿顿型流体直到非牛型流体直到非牛顿顿型的型的丝丝状菌状菌发发酵液,都能根据酵液,都能根据实际实际情况和需要,情况和需要,为为之提供之提供较较高的高的传质传质速率和必要的混合速度。速率和必要的混合速度。缺点是机械缺点是机械搅搅拌器的拌器的驱动驱动功率功率较较高,一般高,一般24
4、kw/m3,这对这对大型的反大型的反应应器来器来说说是个巨大是个巨大负负担。担。6.结构机械机械搅搅拌反拌反应应器的基本器的基本结结构包括:筒体,机械构包括:筒体,机械搅搅拌系拌系统统(搅搅拌器、拌器、挡挡板、板、轴轴封、封、联轴联轴器及中器及中间轴间轴承等),通气系承等),通气系统统(空气分散装置),温控系(空气分散装置),温控系统统(换热换热装置),消泡系装置),消泡系统统、pH控制系控制系统统等,并在等,并在筒体的适当位置筒体的适当位置设设置排气、取置排气、取样样、接种、接种、进进出料出料口以及入孔和口以及入孔和视镜视镜等部件。等部件。7.反应器的结构8.几何尺寸几何尺寸H/D=1.74
5、d/D=1/21/3W/D=1/81/12B/D=0.81.0(s/d)2=1.52.5(s/d)3=129.10.11.搅拌器的作用是混合和传质,使空气与溶液均匀接触,使氧溶解于发酵液中。搅拌器有轴向式(桨叶式、螺旋桨式)和径向式(平直叶式、弯叶式、箭叶式)两种。1 搅拌器12.轴向式搅拌器螺旋桨式 桨叶式13.轴向式搅拌器特点结构简单制造方便整体混合效果较好搅拌功率小剪切力小适用于低粘流体的搅拌14.径向式(涡轮式)搅拌器平直叶弯叶箭叶15.径向式搅拌器特点功耗较大局部混合效果较好剪切力较大适用于低粘度至高粘度流体的搅拌16.挡板的作用是改变液流的方向,由径向流改为轴向流,促使液体剧烈翻动
6、,增加溶解氧。通常,挡板宽度取(0.10.2)D(罐体直径),装设4 6块即可满足全挡板条件;挡板高度应设计为自罐底到液面高度为止。全挡板条件:是指在一定转数下再增加罐内挡板数量而轴功率仍保持不变。2 挡板17.轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面机械轴封两种。3 轴封18.填料函式轴封填料函式轴封是由填料箱体,填料底衬套,填料压盖和压紧螺栓等零件构成,使旋转轴达到密封的效果。19.端面式轴封又称机械轴封,可分为单端面机械密封和双端面机械密封。密封作用是靠弹性元件(弹簧、波纹管等)的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合,并作
7、相对转动而达到密封。20.单端面机械密封21.双端面机械密封22.小型的反小型的反应应器多采用外部器多采用外部夹夹套作套作为为冷却或加冷却或加热热的的换热换热装置。其装置。其优优点是点是结结构构简单简单、加工容易、反、加工容易、反应应器内无冷却装置、死角少、容易器内无冷却装置、死角少、容易进进行清洗和行清洗和灭灭菌菌工作;缺点是工作;缺点是传热传热壁壁较较厚、冷却水流速低、降温厚、冷却水流速低、降温效果差。效果差。大型的反大型的反应应器器则则多采用反多采用反应应器内装有蛇形管器内装有蛇形管换热换热装置,装置,优优点是管内冷却水流速大、点是管内冷却水流速大、传热传热效率高,效率高,但它需占用反但
8、它需占用反应应器空器空间间,并,并给给反反应应器清洗和器清洗和灭灭菌菌增加了增加了难难度。度。温控系温控系统统23.消泡系消泡系统统发发酵酵过过程中由于程中由于发发酵液中含有大量的蛋白酵液中含有大量的蛋白质质,故在,故在强强烈的烈的通气通气搅搅拌下会拌下会产产生大量的泡沫,生大量的泡沫,严严重重时时,将,将导导致致发发酵液外酵液外溢,增加染菌机会。在通气溢,增加染菌机会。在通气发发酵生酵生产产中有两种消泡方法,中有两种消泡方法,一是加入消泡一是加入消泡剂剂,二是使用机械消泡装置。通常,是两种,二是使用机械消泡装置。通常,是两种方法方法联联合使用。合使用。消泡装置可分消泡装置可分为为两两类类:一
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