生物工程设备
生物工程设备 ppt课件
生物工程：用生物体或其组成成分在最适条件下产生有 益产物及进行有效生产过程的技术。
生物工程包括五大工程，即遗传工程(基因工程)、细胞 工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应 器工程。
在这五大领域中，前两者作用是将常规菌(或动植物细胞 株)作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表 达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。
列文∙虎克发现细胞，罗伯特∙胡克发明”cell”，德国的植物学 家施莱登和动物学家施旺证明了细胞是动植物的基本单位 ；
1897年德国的毕希纳发现被磨碎后的酵母细胞仍可进行酒精 的发醉，并认为这是酶的作用，并于1907年因此发现而获得 诺贝尔化学奖；
德国的科赫首先用染色法观察了细菌的形态，并发现了结核
美国的生化学家萨姆纳说明酶是一类蛋白质，在1946年和他 的同事共获诺贝尔化学奖；
我国微生物学家尹光琳等在20世纪70年代完成 维生素C微生物二步转化的方法。
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4 生物工程设备
③ 现代生物技术——基因工程技术，按人们意愿设计，通 过改造基因或基因组而改变生物的遗传特性。
1865年奥地利人孟德尔提出了经典的遗传学说；
一个优良的生物反应器应具有良好的传质、传热和 混合的性能；结构严密，内壁光滑，易清洗，检修维护 方便；有可靠的检测和控制仪表；搅拌及通气所消耗的 动力要少；能获得最大的生产效率与最佳的经济效益。
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4.1.1 微生物反应器
发酵罐——进行大规模悬浮培养微生物的反应器。 工业微生物发酵多为好氧发酵，因此发酵罐多采用通气 和搅拌方式来增加氧在培养液中的溶解。 发酵罐的类型：机械搅拌型、外部液体循环式、气升式
生物工程设备习题及答案总
1. 常用的两种磁选设备的原理（1）固定形磁钢装置（平板式磁分离器）将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在加工设备之前集中装置。
工作时，原料以薄层经过磁性部分时，铁块被吸住而除去，原料自由通过。
（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器）由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯（ 170 °的半圆形芯子）两部分组成。
工作时，原料经过磁性部分时，铁块被吸住，转动到盛铁盒掉落而除去，原料自由通过。
2. 筛选分级的原理利用物料粒度、形状不同，利用一层或数层运动或静止的筛面而达到清理的目的。
3. 振动筛的工作原理原料大麦进入后经控料闸（控制进料量）首先经过风道进行第一次风选除去轻的杂质和灰尘（进入沉降室），落入初清筛面，去掉除去大杂质，接着通过筛孔落入第二级筛面，除去稍大于麦粒的中级杂质，再通过筛孔进入第三级筛面，除去细杂，得到粗糙的原料大麦，最后进行第二次风选，除去三级筛选中的杂质（进入沉降室），得到原料大麦。
4. 精选机的工作原理精选是按籽粒长度和形状不同进行分选精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。
5. 常用的大麦精选机有哪两种？各有何特点?（1）碟片式精选机碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作面制成许多特殊形状的袋孔。
碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。
碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。
缺点是碟片上的袋孔容易磨损。
（2 ）滚筒精选机根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。
按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。
滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少；其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。
6. 圆筒分级筛的工作原理和特点？根据物料分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。
生物工程设备
生物工程设备生物工程设备是指用于生物制造和生物研究的各种仪器和设备，是现代生物技术研究和应用的基础设施之一。
生物工程设备涉及的范围广泛，包括发酵设备、细胞培养设备、分离纯化设备、DNA/RNA提取纯化设备、高通量筛选设备等。
随着生物技术的发展，生物工程设备已经成为生物制造和医药产业的重要支撑，为人类的健康事业做出了巨大的贡献。
1. 发酵设备发酵设备是生物工程设备中的核心设备之一。
在生物制药和食品工业中，微生物发酵已经成为一种广泛应用的技术。
发酵设备主要包括传统的罐式发酵系统、流动床发酵系统、气液固三相流发酵系统等，在不同的应用领域中具有不同的优势。
罐式发酵系统是一种传统的发酵设备，其使用广泛且成熟，适用于生产大量的高品质发酵产品。
该系统主要由发酵罐、搅拌器、加热系统、通气系统等组成。
这种系统的操作简单易行，可控性强，但对于体积较大的生物反应器来说，混合效应差，产物分离困难。
流动床发酵系统和气液固三相流发酵系统相对于传统的罐式发酵系统而言，有着更高的反应效率和更好的产物分离性能。
这些系统的研究和发展，增加了发酵结果的稳定性和可控性，充分利用了微生物的生物活性，以提高生物产品的生产效率和质量。
2. 细胞培养设备细胞培养设备是生物工程设备中的又一重要设备。
随着生物技术的快速发展，细胞培养技术已经广泛应用于生物医药制造和细胞修复等领域。
目前，多种类型的细胞培养设备已经被广泛应用。
常见的细胞培养设备主要包括培养皿、转瓶、振荡培养器、悬浮培养器、生物反应器等。
这些设备能够模拟人体内的生理环境，为细胞的生长和繁殖提供理想的条件。
悬浮培养器和生物反应器能够提供大规模的细胞培养，适用于生产大量的生物制品，如抗体、疫苗等。
在未来，随着生物技术的不断发展，细胞培养设备将会进一步发展和完善，以满足更多生物制药和生命科学的需求。
3. 分离纯化设备分离纯化设备是生物工程设备中的重要组成部分，其主要作用是将生物反应器中生产的产品得到分离、纯化并提纯的生产工艺。
生物工程设备
设备价格：根据预算和设备性能选择合适的设备价格保证 性价比。
设备安装：选择专业的安装团队保证设备的正确安装和使 用。
设备维护：制定定期的维护计划保证设备的正常运行和使 用寿命。
设备性能参数
设备类型：生 物反应器、离 心机、过滤系
统等
容量：根据生 产规模选择合
发酵器：用于微生物发酵如酵 母、乳酸菌等
发酵床：用于微生物发酵如蘑 菇、木耳等
发酵箱：用于微生物发酵如面 包、蛋糕等
酶反应器
酶反应器是一种用于生物工程设备的重要类型 酶反应器主要用于酶催化反应如酶催化合成、酶催化降解等 酶反应器的主要组成部分包括反应器本体、搅拌系统、温度控制系统、压力控制系统等 酶反应器在生物工程领域具有广泛的应用如生物制药、生物燃料、生物材料等
膜分离设备
原理：利用膜 的渗透性差异 实现物质分离
应用：生物制 药、食品加工、 环境工程等领
域
特点：高效、 节能、环保、
操作简便
主要类型：微 滤、超滤、纳 滤、反渗透等
离心分离设备
离心转子：用于固定离心管 使其在离心过程中保持稳定
离心管：用于收集离心后的 液体和固体颗粒
离心机：用于分离液体和固 体颗粒如血液、细胞等
生物工程设备的生 产应用
在制药行业的应用
生物反应器：用 于生产疫苗、抗 体、酶等生物制 品
细胞培养系统： 用于细胞培养、 细胞工程、细胞 治疗等领域
生物分离技术： 用于分离、纯化 药物、蛋白质等 生物制品
生物检测技术： 用于药物质量控 制、药物安全性 评价等领域
在食品行业的应用
食品加工：生物工程设备可以用于食品的加工和生产如发酵、酶解等。
生物工程设备知识点考点整理
生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。
●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口●4、大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击到棘板上被撞成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。
●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。
生物工程机械与设备重点
单位时间内单位菌体消耗底物或者形成产物(菌体)的量称为菌体的比生长速率：单位分量的菌体瞬时增量 μ= (dx/dt ) /x ；单位为 1/h ，其中 x —菌体浓度(g/L ) 底物的消耗比速:单位时间内单位菌体消耗基质的量 σ= (ds/dt ) /x ；单位为 1/h ，其中 s —底物浓度(g/L ) 产物的形成比速：单位时间内单位菌体形成产物(菌体)的量 π= (dp/dt ) /x,；单位为 1/h ，其中 p —产物浓度(g/L )当培养基中不存在抑制细胞生长的物质时，细胞的生长速率与基质浓度关系(Monod 方程 式)如下：μ=μmax · S/(Ks+S)μ：菌体的生长比速. S ：限制性基质浓度. Ks ：半饱和常数. μmax: 最大比生长速度 Monod 方程的参数求解(双倒数法)：将 Monod 方程取倒数可得： 1/μ=1/μmax+ Ks/μmax S 或者 S/μ= S/μmax+ Ks/μmax这样通过测定不同限制性基质浓度下，微生物的比生长速度，就可以通过回归分析计算出 Monod 方程的两个参数。
延迟期： dx/dt=0 指数生长期： μ=μmax 减速期： dμ/dt<0静止期： dx/dt=0 X=X max 衰亡期： dx/dt<0传统的啤酒发酵设备是由分别设在发酵间的发酵池和贮酒间内的贮酒罐组成的。
加速发酵， C.C.T 发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵；厂房投资节省；冷耗节省；C.C.T 发酵可依赖CIP 自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。
由于罐体比较高，酵母沉降层厚度大，酵母泥使用代数普通比传统低(只能使用5~6 代)；贮酒时，澄清比较艰难(特殊在使用非凝结性酵母)，过滤必须强化；若采用单酿发酵，罐壁温度和罐中心温度一致，普通要5~7d 以上，短期贮酒不能保证温度一致。
机械搅拌发酵罐：它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，促使氧在发酵液中溶解，以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
生物工程设备知识点总结
生物工程设备知识点总结生物工程设备是生物工程领域中所使用的各种工具和设备的总称。
这些设备涵盖了从实验室规模到工业生产规模的所有范围，用于生物制药、生物材料、基因工程等领域的研究和生产。
下面是对生物工程设备的一些常见知识点的总结。
一、发酵设备：1.发酵罐：用于培养微生物或细胞系的设备，以产生目标产品。
发酵罐通常包括搅拌装置、温控系统、pH调节系统、通气装置等。
2.培养皿：用于小规模培养细胞系或微生物的设备，可以是培养瓶、培养皿、微孔板等。
3.生物反应器：一种能够控制温度、氧气分压、pH值等参数的设备，用于工业规模的生物制药或发酵过程。
二、分离与纯化设备：1.超高速离心机：用于将混合物中的固体颗粒或细胞沉降至底部，以分离出清液。
2.过滤设备：包括膜过滤器、离心过滤器等，用于将混合物中的颗粒、细胞或溶质分离出来。
3.色谱仪：用于分离混合物中的不同成分，包括气相色谱仪、液相色谱仪等。
4.蒸馏设备：用于分离混合物中的挥发性成分，包括蒸发器、蒸馏塔等。
三、分析与检测设备：1.光谱仪：包括紫外-可见光谱仪、红外光谱仪等，用于分析样品中的化学成分或物理性质。
2.质谱仪：用于分析样品中的化学成分，并确定其分子结构。
3.核磁共振仪：用于分析样品中的原子核的化学环境和结构。
4.电化学分析仪：用于分析样品中的电化学性质，包括pH计、电位计等。
四、生物成像设备：1.激光共聚焦显微镜：用于观察生物样品的高分辨率图像。
2.荧光显微镜：通过激发生物样品中的荧光染料来观察样品的显微图像。
3.电子显微镜：利用电子束来观察生物样品的超高分辨率图像。
五、生物反应器：1.生物化学反应器：用于进行生物化学反应，如酶反应、酶促反应等。
2.细胞培养反应器：用于细胞的生长、分化和扩增，包括培养皿、生物反应器等。
3.基因工程反应器：用于进行基因工程研究和生产，包括DNA合成反应器、基因转染设备等。
六、其他设备：1.冻干机：用于将液体样品冻结并在低真空下去除溶剂，以得到干燥的样品。
生物工程实训系列设备采购意向公示
生物工程实训系列设备采购意向公示摘要：一、引言1.实训设备在生物工程教育中的重要性2.我国生物工程实训设备的发展现状二、生物工程实训系列设备采购意向公示的具体内容1.设备采购的背景和目的2.设备采购的种类和数量3.设备采购的预算和资金来源4.设备采购的供应商和设备参数三、生物工程实训系列设备采购意向公示的意义1.提升生物工程教育质量2.促进生物工程产业发展3.增强我国生物工程实训设备的研发和创新能力四、面临的挑战和解决方案1.实训设备采购中的风险和应对措施2.设备采购与使用的衔接问题3.设备维护和管理的问题五、结论1.生物工程实训系列设备采购意向公示对教育产业的影响2.对未来生物工程实训设备采购的建议和展望正文：随着生物科技的飞速发展，生物工程实训设备在教育和科研中的地位日益重要。
我国政府高度重视生物工程领域的发展，为了提高教育质量，培养更多的专业人才，我国决定对生物工程实训系列设备进行采购。
以下是本次采购意向公示的具体内容。
一、设备采购的背景和目的为了满足我国生物工程教育发展的需求，提高实训教学质量，我国决定对生物工程实训系列设备进行采购。
本次采购的目的是为教学和研究提供先进的设备支持，使学生能够更好地掌握生物工程领域的知识和技能。
二、设备采购的种类和数量本次采购的生物工程实训系列设备包括生物反应器、离心机、显微镜等常用设备，共计100 台。
这些设备将分发至全国50 所生物工程专业的高校和科研机构。
三、设备采购的预算和资金来源本次生物工程实训系列设备采购的预算为5000 万元，资金来源为国家教育专项资金。
四、设备采购的供应商和设备参数经过公开招标，我国选定了具备丰富经验和高质量产品的供应商。
所采购设备的参数均符合教学和研究需求，具有较高的性能和可靠性。
五、生物工程实训系列设备采购意向公示的意义生物工程实训系列设备采购意向公示对提升教育质量、促进产业发展具有重要意义。
首先，先进的实训设备有助于提高学生的实践能力，为我国生物工程领域培养更多优秀人才；其次，设备的采购和使用将推动我国生物工程产业的发展，提升整体竞争力；最后，这也有助于激发我国生物工程实训设备研发和创新能力，缩小与国际先进水平的差距。
生物工程设备第一章
1.1 培养基的灭菌设备
培养基的热灭菌动力学 在一定温度下，活的微生物杂菌细胞 （包括杂菌芽孢），受热死亡过程遵照 分子反应速度理论，与一级化学反应中 未反应分子的减少速度类似。杂菌是一 个复杂的高分子体系，其受热死亡是因 蛋白质高分子物质不活泼，结果导致蛋 白质变性，这种反应同属于一级反应。
辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细 碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊 式等。 （1）两辊式粉碎机 两辊式粉碎机如图所示，主要的工作构件为两 个直径相同，相向转动的钢辊，辊筒表面形状 有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹 槽的。粉碎机工作时，把放在钢辊间的物料夹 住拖入两辊之间，物料受到挤压而破碎。两个 辊子中，一个固定，一个辊筒轴承座可以前后 移动，用以调节两辊筒间距，控制粉碎度。
两辊式粉碎机
多辊式粉碎机 为了用一台粉碎机达到下一步生产要 求的粉碎度，同时提高生产能力，往往 使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉 碎机。如图所示。
四辊式粉碎机
五辊式粉碎机
六辊式粉碎机
湿式粉碎机 为了避免干法粉碎危害工人的身体健康，在某 些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所 使用的机器称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要 包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器 等，粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机 串联使用）。 砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种机器。工 业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨 机等。图1-12是德国DRISWERKE公司生产的 PM-DCP型砂磨机，主要由转子、定子、分离 装置、传动装置、液压系统及控制系统组成。
薄板换热器连续灭菌流程
培养液在设备中同时完成预热、加热灭菌、维 持及冷却过程。 利用薄板换热器进行连续灭菌时，加热和冷却
生物工程设备第4章
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
2
沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
2
2
2
碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
3
3
卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
2 2
2
2
2
2
6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
生物工程设备课程设计
生物工程设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解生物工程设备的基本概念、分类及其在生物技术产业中的应用；2. 掌握生物工程设备的工作原理、操作流程及维护方法；3. 了解生物工程设备在生物制品生产中的关键作用及影响产品质量的因素。
技能目标：1. 能够分析生物工程设备在生物制品生产中的适用性，并进行合理选型；2. 学会使用生物工程设备进行实验操作，并能处理简单的设备故障；3. 能够根据生产需求，对生物工程设备进行优化配置，提高生产效率。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对生物工程设备的兴趣，激发他们探索生物技术领域的热情；2. 增强学生的环保意识，使他们认识到生物工程设备在生物制品生产中的环保责任；3. 培养学生的团队合作精神，让他们在合作学习中体验到生物工程设备研究的乐趣。
课程性质分析：本课程为高年级生物工程专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高他们在生物技术产业中的实践能力。
学生特点分析：高年级学生对生物工程有一定了解，具备一定的理论基础，但实践经验不足。
学生对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合实际案例，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采取小组合作、讨论等形式，引导学生主动参与教学活动，培养学生的自主学习能力和团队合作精神；3. 强化实践环节，注重培养学生的动手能力，提高他们在生物技术产业中的竞争力。
二、教学内容1. 生物工程设备概述- 设备分类与原理- 生物工程设备在生物技术产业中的应用2. 常见生物工程设备及其操作- 发酵罐、生物反应器等设备的工作原理与操作流程- 设备的维护与故障处理3. 生物工程设备在生物制品生产中的应用- 生物制品生产过程中的关键设备选型与配置- 影响生物制品质量的设备因素及解决方法4. 生物工程设备优化与技术创新- 生物工程设备的优化方法与策略- 生物工程设备在生物技术领域的技术创新案例5. 教学实践与案例分析- 组织学生进行生物工程设备实验操作- 分析实际案例，探讨生物工程设备在生产中的应用及优化教学内容安排与进度：第一周：生物工程设备概述第二周：常见生物工程设备及其操作第三周：生物工程设备在生物制品生产中的应用第四周：生物工程设备优化与技术创新第五周：教学实践与案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中“生物工程设备”章节相关内容紧密关联，涵盖了设备原理、操作、应用与优化等方面的知识，旨在帮助学生全面了解生物工程设备在生物技术产业中的重要作用。
生物反应器的工作原理及应用
生物反应器的工作原理及应用生物反应器是一种用于生物工程学实验和研究的仪器设备，它使用微生物、细胞或其他生物体来生产有用化合物和产品。
生物反应器在制药、食品、化学等领域都有着广泛的应用，成为了现代生物技术行业必不可少的设备之一。
一、生物反应器的基本原理生物反应器的基本原理是利用微生物在适宜的环境中进行代谢，从而生产有用的活性物质。
这个过程中，微生物进入反应器中，通过呼吸代谢过程吸收营养，释放废物。
营养成分是微生物繁殖和生产的原料，而废物是代谢产物，必须及时排出反应器，以避免毒性产物的积累。
反应器的外部有一套控制系统，可清除废物，维持反应器内部的温度、压力和物质的浓度。
对反应器的控制非常重要，如果控制失误，反应器内部会出现废物积聚、温度失控等问题，严重时会使微生物死亡，导致产品销毁或者严重缩水。
二、生物反应器的基本组成生物反应器基本由反应室、进料系统、排出系统、控制系统和取样系统组成。
这些系统分别完成进料、排出、控制、采样等操作，在反应器的正常运行过程中扮演着重要的角色。
1. 反应室：生物反应器的核心设备，相当于一个容器或者瓶子，微生物在其中进行生长、繁殖、代谢等过程。
2. 进料系统：用于提供反应室内的养分原料、营养液等，进料系统包括喷泉、泵、管道、阀门等，可根据实际需要配置。
3. 排出系统：用于收集反应室中的废物产物和副产物，排出系统包括泵、管道、阀门等，需要定期清理和检修。
4. 控制系统：主要用于对反应器的温度、压力、气体含量、搅拌速度、pH值等进行调节控制，避免微生物死亡和产物损失。
5. 取样系统：用于取出反应室内的样品，以进行后续的分析和实验研究。
三、生物反应器的应用生物反应器在生物制药、食品工程、环境保护、合成化学等领域都有着广泛的应用。
1. 生物制药：生物反应器广泛应用于生产抗生素、酶、蛋白质等。
比如生产人胰岛素，就需要利用生物反应器培养细胞系统合成，随后分离纯化及检测。
2. 食品工程：大量的食品和饮料都需要微生物或酵素发酵才能制成，而反应器则是此过程的关键。
生物工程设备作业题总结
1. 在工业化生产中，发现溶氧速率偏低，造成产品质量降低，试问有哪些方法可以提升溶氧速率，进而提升产品的质量？答1 增加搅拌转速；2 增加通气量；3 通入纯氧；4 增加罐压力；5 加入促进氧气溶解的试剂6 减少装液量或减少发酵罐体积2. 试解释为什么生物反应器体积增加，传质效率降低？答：生物反应器的传质效率主要用T f对流传递时间常数，值等于L/V; T d为扩散传递时间常数L/k2 T C 等于基质消耗时间常数。
随着生物反应器的增加，T f和T d急剧增加，因为L增加。
T C 值不随体积增加而改变，这就造成营养物质供应速率随体积增加而急剧减小，营养物质消耗速率不变，结果是物质供应相对于营养需求不足，总的表象就是传质性能差，所以要求大幅度提升传质性能，强化传质。
3. 气升式生物反应器是如何强化传质的？答1 高茎比较大，增加气体溶解效率，同时减少对径向传质的需求。
2 底部较大的通气量，强化轴向传质4. 气升式生物反应器的优缺点是什么？答：优点：1 反应溶液分布均匀；2 较高的溶氧速率和溶氧效率3 剪切力小，对生物细胞的损伤小4 传热良好；5 结构简单，易于加工制造；6 操作和维修方便。
缺点：1 空气吞吐量大2 有机体、营养物质、溶氧混合控制难度高3 不适于颗粒和粘度大的培养基1 某个企业从高校研究室购买一株亚油酸高产菌株，在20 L 发酵罐内验收的指标都达到企业购买合同中对菌株实验室的性能要求，企业在合同中没有涉及工业化生产的要求，企业在工业化生产时发现，在20 m3 发酵罐中的产量远低于实验室水平，企业以菌株不合格为由，把高校诉讼到法院，你认为谁会胜诉，说明原因。
答企业败诉，因为合同仅仅要求实验室规模的产品质量，对工业化生产产品的质量没有要求。
实验室规模产品质量与工业化生产产品质量有很大的可能性存在巨大差异。
因为，随着发酵体积增加，对流传递时间常数和扩散传递时间急剧增加，而基质消耗时间不变，所以工业化生产往往存在溶氧工业不足或营养物质供应不足，温度或酸度控制不均匀或不灵敏的问题，这就造成产品质量或产量急剧下降。
第四章 生物反应器
生物工程设备课件
生物工程设备课件
郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙
生物工程设备课件
生物工程设备课件
(4) 圆盘箭叶涡轮搅拌器
其搅拌流型与上述两种涡轮相近，但轴向流动较强 烈，但在同样转速下，剪率低，输出功率也较低。
生物工程设备课件
第二篇 生物反应设备
第四章 生物反应器
生物工程设备课件
内容
第一节 机械搅拌式生物反应器 第二节 气升式生物反应器 第三节 鼓泡塔生物反应器 第四节 膜生物反应器 第五节 动植物细胞培养装置和酶反应器 第六节 微藻培养反应器 第七节 嫌气生物反应器 第八节 固态发酵生物反应器
生物工程设备课件
罐等。
按反应器的操作方式：间歇式生物反应器、连续式生 物反应器和半间歇式生物反应器。
生物工程设备课件
按生物催化剂在反应器中的分布方式：可以 分为生物团块反应器和生物膜反应器。
按反应物系在反应器内的流动和混合状态： 全混流型生物反应器和活塞流型生物反应 器。
按发酵培养基质的物料状态：液态生物反应 器与固态生物反应器。
（1）罐体：
材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压能力， 2.5kg/cm2。
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。
生物工程设备课件
生物工程设备课件
2009.10
郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙
生物工程设备课件
大型发酵罐中竖立的蛇管、列管、排管也可以起 挡板作用。
2009.10
生物工程实训系列设备采购意向公示
生物工程实训系列设备采购意向公示
【原创实用版】
目录
1.背景介绍
2.设备采购意向
3.设备采购的具体要求
4.采购流程及时间安排
5.联系方式
正文
一、背景介绍
随着生物工程实训系列课程在我院的广泛开展，为了提高学生的实践操作能力，培养更多的生物工程技术人才，现拟对生物工程实训系列设备进行采购。
二、设备采购意向
本次采购的设备主要包括：生物反应器、离心机、PCR 仪、凝胶成像仪、培养箱等。
这些设备将用于我院生物工程专业的实验教学，帮助学生更好地掌握生物工程技术。
三、设备采购的具体要求
1.生物反应器：容量为 50L，具有恒温、恒湿、通风等功能，能够满足实验教学的需求。
2.离心机：具有高速、低速两种模式，能够满足不同实验需求。
3.PCR 仪：具有高效、快速、准确等特点，能够满足 PCR 实验的需求。
4.凝胶成像仪：能够对凝胶进行快速、准确的成像和分析。
5.培养箱：具有恒温、恒湿功能，能够满足细胞培养的需求。
四、采购流程及时间安排
1.采购流程：需求调研、设备选型、招标采购、设备验收、投入使用。
2.时间安排：需求调研（1 个月），设备选型（2 个月），招标采购（3 个月），设备验收（1 个月），投入使用（1 个月）。
五、联系方式
有意向参与本次采购的供应商，请将相关资质和产品介绍发送至邮箱：*******************。
我们将在收到邮件后进行筛选，并尽快与您联系。
生物工程设备概述
生物工程设备概述生物工程设备是指用于生物工程学研究和实践的仪器、设备和技术。
它们在生物工程的各个领域发挥着重要的作用，包括基因工程、细胞工程、蛋白工程、酶工程、发酵工程等。
下面将对生物工程设备的常见类型和功能进行概述。
1.DNA合成仪：DNA合成仪是一种用于合成DNA链的设备。
它通过化学合成的方式，按照设计好的核苷酸序列，将单个碱基一个一个地添加到DNA链中。
DNA合成仪广泛应用于基因克隆、DNA纯化和基因测序等领域。
2.PCR仪：PCR仪是一种用于进行聚合酶链式反应（PCR）的设备。
PCR是一种重要的分子生物学技术，能够快速扩增少量的DNA片段。
PCR仪通过控制温度，使DNA模板经历一系列的变性、退火和延伸步骤，从而实现DNA的扩增。
3.蛋白质纯化设备：蛋白质纯化设备包括蛋白质电泳仪、蛋白质显影仪、蛋白质分离仪等。
这些设备用于将混合物中的目标蛋白质分离出来，并纯化得到高纯度的蛋白质样品。
纯化的蛋白质可以用于进一步的结构分析、功能研究和药物开发。
4.发酵罐：发酵罐是一种用于进行发酵过程的设备。
它提供了一个温度、湿度和氧气的控制环境，用于培养微生物、酵母或细胞系，生产有机酸、酒精、酶制剂等。
发酵罐的设计和操作对于酶活性和产物收率的提高有着重要影响。
5.显微镜：显微镜是一种用于观察微生物、细胞和组织结构的设备。
生物工程学中的许多实验和观察都需要使用显微镜。
电子显微镜和荧光显微镜是常见的高级显微镜，能够提供更高分辨率的图像和更精确的观察。
6.测序仪：测序仪是一种用于测定DNA或RNA序列的设备。
它通过测量DNA或RNA中碱基的顺序，来确定组成基因的DNA序列。
测序仪的发展推动了基因组学、表观遗传学和转录组学的发展，并在生物工程学的许多领域中发挥着关键作用。
7.细胞培养仪：细胞培养仪是一种用于细胞培养的设备。
它提供了一个稳定的温度、湿度和氧气控制环境，用于培养细胞株、肿瘤细胞系或转基因细胞。
细胞培养仪广泛应用于细胞工程、蛋白质表达和病毒制备等领域。
生物工程设备知识点
第二章物料输送过程与设备1.离心泵：①原理：驱动机通过泵轴带动叶轮旋转产生离心力，在离心力的作用下液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，液体经蜗壳收集送入排出管。
液体从叶轮获得能量，使压力能和速度能均增加，并依靠此能量将液体送到工作地点。
同时，叶轮入口中心形成低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间产生了压差。
洗液罐中的液体在这个压差的作用下不断吸入管路及泵的吸入室，进入叶轮中心。
2.气蚀：离心泵工作时，叶轮中心处产生真空形成低压而将液体吸上，在真空区发生大量汽化气泡。
含气泡的液体挤入高压区急剧凝聚破裂产生局部真空。
周围的液体以极高的速度流向气泡中心，产生巨大的冲击力。
把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，叫做气蚀。
气缚：离心泵启动时，如泵内有空气，由于空气密度很小产生离心力。
因而液体中心产生低压不足以吸入液体，这样虽然启动离心泵也不能完成输送任务的现象。
3.往复泵：①原理：活塞自左向右移动时泵缸内形成负压，液体吸入电动往复泵阀进入缸内。
当活塞自右向左移动时，缸内液体受挤压，压力增大。
由排出阀排出。
活塞往复一次则各吸入和排出一次液体，这成为一个工作循环。
②结构：泵缸、活塞、活塞杆、吸入阀、排出阀4.漩涡轮：①特点：流量小。
压强大。
②原理：叶轮旋转时，液体进入流道，受旋转叶轮的离心力作用，被甩向四周环形流道并转动，叶轮内侧液体受离心力的作用大，而在流道内受到离心力作用小，由于所受离心力大小不同，因而引起液体作纵向漩涡运动。
5.螺纹杆泵：①特点：流量稳定、压强高、作为连消塔进料泵。
②原理：利用螺杆的回转来吸排液体。
6.压缩比：P出口/P进口（绝对压强）7.涡轮式空压机：①犹如一台多级串联的离心泵压缩机。
②特点：动气量大、出口压强大③③型号：DA型和SA型“D”---单吸“S”---双吸“A”—涡轮压气机8.往复式空压机：①缺点：气量不稳、空气中夹带油。
②原理：气罐并联。
吸入阀和排气阀具有止逆作用，使缸内气体数量保持一定，活塞移动使气体的压力升高，当达到稍大于出口管的气体压力时，缸内气体便开始顶开排气阀的弹簧进入出口管，不断排出。
生物工程设备教案
生物工程设备教案生物科学与工程学院2010年9月课时分配表第一章绪论【教学目的与要求】了解课程的目的和任务，掌握生化反应的目的，掌握生化反应器的分类，了解生化反应器设计基础内容。
【教学重点与难点】生化反应的目的，生化反应器的分类，设计基础。
【教学方法】讲授。
【教学时数】1学时一、课程介绍生物工程设备则是生物工程技术和化学工程与设备交叉的结合体生物反应过程的组成，课程的内容按各种设备的共性，密切结合发酵生产的特征，重点阐述设备的结构、原理、特点、设计计算、选型及保养。
包括整个发酵生产过程中所需要用到的物料的处理和输送设备，培养基的制备设备，无菌空气系统，生物反应器，过滤、结晶、干燥、蒸馏及冷却设备。
课程目的和任务：了解生物工程设备掌握常用生物工程设备的类型、性能、设备二、生化反应的目的重点生化反应的目的：1.生产细胞：2.细胞的代谢产物： 3.直接用酶催化的产物。
三、生化反应器的分类重点根据细胞或组织生长代谢的要求可分为：.厌氧生物反应器、通风生物反应器、光照生物反应器、膜生物反应器。
其他分类方式：根据反应器的结构、物料的混合方式。
四、生化反应器设计基础内容：细胞动力学（菌体生长规律、产物代谢的规律、基质浓度产物浓度对发酵的影响等）、质量传递（气-液传质、液体-微生物）、能量传递、环境对发酵的影响、剪切力的影响等总之，生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心，除考虑传质、传热的因素外，还需要考虑对环境条件的要求，确保这些条件的落实。
同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置，同时需考虑剪切力对菌体生长的影响。
发酵过程纯种培养，无菌条件的要求。
【思考题】1.生化反应的目的？2.生化反应器的分类？【作业】生化反应器的分类方式【参考书目】《生物工程设备》梁世中主编，中国轻工业出版社2002年【教学效果追记】本章内容中有反应器的分类等简单的总体知识，要求学生在理解的基础上加以掌握。
【预习】第二章物料处理和输送设备第二章物料处理和输送设备【教学目的与要求】了解发酵工厂物料处理和输送的方法，掌握机械输送设备的特点及选型；掌握气力输送的原理和流程及简单管道的计算。
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组员:续云昊 罗文俊 张红波 吴艳蕾 刘东江 程杰
精选
1
第五章 厌氧发酵设备
第一节
酒 精 发 酵 罐
第二节
啤 酒 发 酵 设 备
第三节
连 续 发 酵
精选
2
精选
3
第一节 酒精发酵设备
一、酒精发酵罐
• 发酵设备是工厂中的主要设备。因微生物主 要分嫌气、好气两类，故发酵设备也分此两类。
• 嫌气发酵产品：酒精、啤酒、丁醇、丙酮； 好气发酵产品：谷氨酸、柠檬酸、酶制剂、抗菌 素等。
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21
一、啤酒前后发酵设备及计算
（一）啤酒前发酵设备
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22
前发酵——主发酵又称“前发酵”，是啤酒发酵
的主要过程，在这个过程中，酵母完成了增殖、厌
氧发酵及其沉淀回收等，消耗了大部分可发酵性糖
和可同化性氮等麦汁成分，排出的发酵代谢产物即
啤酒的主要组成。
后发酵——下酒以后，由于嫩啤酒还含有少量的
可发酵性糖类，加上酵母的再次悬浮，在贮酒罐内
精选
6
3、水力洗涤装置
精选
7
二、酒精发酵罐的计算
（一）发酵罐结构尺寸的确定
精选
8
精选
9
二、发酵罐罐数的确定
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三、发酵罐冷却面积计算
精选
11
（1）、总的发酵热Q
对于确定酒精、啤酒等嫌气发酵的发
酵热，一般按发酵最旺盛时的单位时
间糖度降低的百分值来计算，通常以
消耗1Kg麦芽糖发酵放出的热量约为
3）若菌体生长和代谢产物的形成很难明显区分，且各阶段 的培养条件又各不相同，则需要几个罐串联进行连续发酵
图解法：
多罐连续发酵须满足的条件：输出量=输入量+生长量 或：
dX /dt
dXn dt
D(Xn
Xn1)
Ab
对上式，斜率D=q/V，截距Xn-1 对第一罐，Xn=Xn-1 第一罐物料平衡过原点。
斜率＝D
3、室内低温的维持，是借室内冷却排管 或通入冷风循环而得。
精选
29
（四）后发酵槽的计算
精选
30
二 、新型啤酒发酵设备
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31
精选
32
精选
33
（二）联合罐
精选
34
精选
35
（三）朝日罐
特点：利用离心机回收酵母，利用薄板 换热器控制发酵温度，利用循环泵把发 酵液抽出又送回去。这三种设备互相组 合，解决了前、后发酵温度控制和酵母 的控制问题，同时也解决了消除发酵液 不成熟的风味，加速了啤酒的成熟。
25
2.前发酵槽体积的确定
精选
26
3.前发酵槽冷却面积计算
精选
27
（三）后发酵设备
精选
28
关于后发酵设备：
1、后发酵槽又称贮酒罐，该设备主要 完成嫩啤酒的继续发酵，并饱合二氧化碳， 促进酒的稳定、澄清和成熟。
2、后发酵过程残糖较低，发酵温和，产 生发酵热较少，故槽内一般无须再装置冷 却蛇管，后发酵的发酵热借室内低温将其 带走。
回再次出现一个较为旺盛的发酵过程，这个过程即
称为“后发酵”。后发酵是传统发酵方式的一个必
然过程，依靠这个后发酵过程，可以完成驱除生酒
味、溶解与饱和CO2的作用，同时可以形成适量的
酯，并有益于酵母、蛋白质凝固物的沉降，达到啤
酒成熟的目的。
精选
23
精选
24
（二）前发酵槽的计算
1.发酵槽数目的确定
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一、连续发酵时间的确定
• 连续发酵时间的确定
↓↓
t t11lnln00
→→
↓
NO1
NO2
V1
↑ V2
X1
FS1X1
FS2X2 →
m
1
1
1
2
X2X2X1
二、连续发酵罐数的确定
1）若发酵产物的形成和微生物的生长是同时进行的，即双 边发酵，按化学剂量关系，最低要用一个发酵罐 2）若代谢产物的形成和微生物的生长明显分为两个阶段， 因此时需要两个不同的培养条件，所以至少要两只发酵罐
10m³.
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51
2.多罐式连续发酵
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52
精选
53
精选
54
Thank you !
精选
55
V1 ―― 生产罐中发酵液的体积，m ³ 。
精选
14
精选
15
(3)传热总系数K值确定
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16
精选
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精选
18
精选
19
第二节
啤 酒 发 酵 设 备
精选
20
• 啤酒发酵容器的发展 1.发酵容器材料的变化 2.开放式向密闭式转换 3.密闭容器的发展 大型的啤
酒发酵罐： 奈坦罐、联合罐、朝日罐
• 连续发酵：①节约设备投资和操作费用；②因 时间缩短和管理合理化，提高了生产能力。目前 ，连续发酵在酒精生产的大部分工厂中得到应用 ，啤酒发酵连续化也相继在工业生产中得到应用 。
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4
酒精发酵罐
精选
5
发酵的冷却： 中小型发酵罐：灌顶喷水淋于罐外壁表
面 大型发酵罐：罐内冷却蛇管、 罐内蛇管
和罐外壁喷洒联合冷却装置 酒精发酵罐的洗涤：水力喷射洗涤系统
650KJ位计算基准。
精选
12
式中 Q'1――小型试验罐的放热量，J∕h; W――冷却水的消耗量，Kg∕h; Cp――冷却水的平均比热容，J∕(Kg•C)； T2――冷却水的出口温度，℃； T1――冷却水的进口温度，℃。
精选
13
由所得Q'1的热量，在扩大到应运生产罐上，则Q1为；
Q1=(Q'1∕V'1)V1 （J∕h) 式中V'1 ――小型试验罐中发酵液的体积，m ³ ；
优点：可加速啤酒的成熟。发酵
时罐的装量达96％，提高设备利
用率，减少了排除酵母时发酵液的
损失。
缺点：动力消耗大。
精选
36
三、CIP清洗系 统
精选
37
新型啤酒发酵设备 CIP清洗系统
预冲洗
碱预洗
中间清洗 固定喷头喷洗
碱喷洗
酸冲洗
精选
清水冲洗
38
精选
39
啤酒发酵设备
精选
40
第三节 连续发酵
精选
精a 选
c
43
X1 X
X2 X3
三、连续发酵流程
精选
44
（一）酒精连续发酵
精选
45
精选
46
精选
47
（二） 啤酒连续发酵流程
精选
48
1、塔式连续发酵
精选
49
精选
50
国内使用的塔式发 酵罐的主要技术条 件是：塔身直径 1.2M，高11.2M； 塔底锥角60°；塔 顶酵母离析器直径 2.4M，高2.0M;罐内 折流器（多孔挡板） 开Φ2mm小孔，孔 距4mm；罐的容量