酶工程設(shè)備第七章細(xì)胞破碎與固液分離設(shè)備

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1、第六章生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器概述生物反應(yīng)器微生物反應(yīng)器動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器生物反應(yīng)器的發(fā)酵參數(shù)檢測與控制一、生物反應(yīng)器概述1、定義：2、作用：為細(xì)胞代謝提供一個適宜的物理及化學(xué)環(huán)境，使細(xì)胞能更快更好地生長，并得到更多需要的生物量或代謝產(chǎn)物。細(xì)胞或酶等生物催化劑（游離或固定化）生物反應(yīng)器空氣CO2等冷卻水原材料培養(yǎng)基滅菌底物產(chǎn)物廢物除菌檢測和控制產(chǎn)物預(yù)處理產(chǎn)品提取或液化副產(chǎn)物3、一個優(yōu)良的生物反應(yīng)器應(yīng)具備：嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)；良好的液體混合性能；高的傳質(zhì)和傳熱速率；靈敏的檢測和控制儀表4、分類：按能量的輸入方式分：機(jī)械攪拌式、氣升式、液體循環(huán)式按反應(yīng)器的操作方式分：間歇式、半

2、間歇式、連續(xù)式按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特征分：釜式、管式、塔式等二、微生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐）①厭氧生物反應(yīng)器（嫌氣發(fā)酵罐）：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單②好氧生物反應(yīng)器（通氣發(fā)酵罐）：設(shè)備的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜（一）嫌氣發(fā)酵罐酒精發(fā)酵罐：密閉式筒體：圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形罐頂：人孔、視鏡及二氧化碳回收管、進(jìn)料管、接種管、壓力表和測量儀表接口管等。罐底：排料口和排污口罐身：取樣口、溫度計接口發(fā)酵的冷卻裝置：中小型發(fā)酵罐：罐頂噴水淋于罐外壁表面進(jìn)行膜狀冷卻；大型發(fā)酵罐：罐內(nèi)裝有冷卻蛇管或罐內(nèi)蛇管和罐外壁噴灑聯(lián)合冷卻裝置罐體底部沿罐體四周裝有集水槽酒精發(fā)酵罐的洗滌：水力噴射裝置：兩頭裝有噴嘴的噴水

3、管；兩頭有一定的弧度；管上均勻地鉆有一定數(shù)量的小孔；水平安裝它是借噴水管兩頭噴嘴以一定噴出速度而形成的反作用力，使噴水管自動旋轉(zhuǎn)。（二）通氣發(fā)酵罐1、分類按能量的輸入方式分：機(jī)械攪拌式、氣升式、循環(huán)泵發(fā)酵罐2、通用發(fā)酵罐（屬機(jī)械攪拌式最常用的一種）（1）發(fā)酵罐體的尺寸比例P34（2）發(fā)酵罐裝液量一般裝液高度為圓柱部分高度的70%，泡沫少時取90%，多時取60%（3）發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)①罐體：材料為炭鋼或不銹鋼，且應(yīng)有一定的承壓能力罐頂上的接管有：進(jìn)料管、補(bǔ)料管、排氣管、接種管和壓力表接管。罐身上的接管有：冷卻水進(jìn)出管、進(jìn)空氣管、溫度計管和測控儀表接口。②攪拌裝置a、攪

4、拌的作用：使罐內(nèi)液體混合均勻打碎氣泡，使氧氣均勻溶解b、攪拌器形式P37渦輪式：徑向流型（液體軸向流入，徑向流出）特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角等于90°常用：平葉式、彎葉式、箭葉式旋漿式：軸向流型（液體軸向流入，軸向流出）特點(diǎn)：攪拌器葉片與旋轉(zhuǎn)平面夾角小于90°渦輪式攪拌器：剪切力較大，氣泡分散效果好；適用物料粘度范圍廣圓盤作用：避免氣泡沿軸上升旋槳式攪拌器：剪切力不大，液體混合效果好，氣泡分散不好；常用于低粘度流體錨式和框式攪拌器:攪動范圍很大，轉(zhuǎn)速更低；適用于較高粘度液體的攪拌，也常用來防止器壁產(chǎn)生沉積現(xiàn)象③擋板作用：改變液體流動方向，防止攪拌過程中漩渦的

5、產(chǎn)生④通氣裝置單孔管：管口正對罐底中央，與罐底的距離約40-50mm；罐底中央裝保護(hù)板多孔環(huán)形管：噴孔向下；環(huán)徑為攪拌器直徑的0.8倍較有效⑤傳熱裝置：內(nèi)蛇管，外盤管，夾套⑥機(jī)械消沫裝置P42⑦軸封：運(yùn)動部件和靜止部件之間的密封稱軸封作用是防止染菌和泄漏（4）發(fā)酵罐的基本條件①?發(fā)酵罐應(yīng)具適宜高徑比（一般1.7～4倍）②?發(fā)酵罐能承受一定壓力：③發(fā)酵罐攪拌通風(fēng)裝置能使氣液充分混合④發(fā)酵罐應(yīng)具足夠冷卻面積⑤攪拌器軸封應(yīng)嚴(yán)密，盡量減少泄漏⑥?發(fā)酵罐應(yīng)盡量減少死角，避免藏垢積污，滅菌徹底3、常用幾種其它發(fā)酵罐（1）氣升式發(fā)酵罐（P45）分為內(nèi)循環(huán)及外循環(huán)兩種。（內(nèi)循環(huán)

6、）工作原理：在罐內(nèi)裝設(shè)上升管，上升管兩端與罐底及罐上部相連接，構(gòu)成一個循環(huán)系統(tǒng)。在上升管的下部裝設(shè)空氣噴咀，空氣自噴咀噴出后，與上升管的發(fā)酵液密切接觸。由于上升管內(nèi)的發(fā)酵液輕，加上壓縮空氣的噴流動能，使上升管的液體上升，罐內(nèi)液體下降而進(jìn)入上升管，形成反復(fù)的循環(huán)，供給發(fā)酵液所耗的溶解氣量，使發(fā)酵正常進(jìn)行。（2）高位塔式發(fā)酵罐（P46）特點(diǎn)：高：徑=6左右；空氣利用率高工作原理：（3）伍式發(fā)酵罐（P33）主要部件是套筒、攪拌器工作原理：攪拌時液體沿著套筒外向上升至液面，然后由套筒內(nèi)返回罐底，攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上，兼作空氣分配器?？諝庥煽招妮S導(dǎo)入，經(jīng)

7、過攪拌器的空心管吹出，與被攪拌器甩出的液體相混合，發(fā)酵液在套筒外側(cè)上升，由套筒內(nèi)部下降，形成循環(huán)。（4）機(jī)械攪拌自吸式發(fā)酵罐（P44）不需要空氣壓縮機(jī)，而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。關(guān)鍵部件：中空的葉輪為攪拌器工作原理：葉輪啟動前，先用液體將之浸沒，啟動后由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)，液體或空氣在離心力作用下，被甩向葉輪外緣，在葉輪中心處形成負(fù)壓，轉(zhuǎn)速愈大，所成負(fù)壓也愈大，由于葉輪空腔與導(dǎo)氣管相連通，因此空氣被不斷吸入并與高速流動的液體相接觸，形成細(xì)小的氣泡后分散在液體之中三、動物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器1、動物細(xì)胞培養(yǎng)的特點(diǎn)2、大規(guī)模動物細(xì)胞培養(yǎng)方法：懸浮培養(yǎng)：讓細(xì)胞懸浮于培養(yǎng)

8、基內(nèi)生長繁殖；貼壁培養(yǎng)：