生物制药反应过程设备
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1.实罐灭菌前的准备
为了保证灭菌的成功，在实罐灭菌前，检查发 酵罐是否严密非常重要，发酵罐及附属设备必须 全面进行严密度检查，尤其是与发酵罐直接相通 的阀门的严密性，在确实无渗漏情况下才开始灭 菌。
第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
2.实罐灭菌的操作
实罐灭菌操作就是用表压0.3～0.4MPa的饱和蒸 汽将培养基灭菌的过程。
《制药设备及技术》
第三章生物制药反应过程设备
LOGO
LOGO
生物制药基本过程如图所示，主要生产设备 包括培养基配制及灭菌设备、空气预处理及灭菌 设备、生物反应器和分离提取设备。
生物制药基本流程
第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
❖ 根据不同的细胞生长需要所配制的营养物质即培 养基，培养基需要满足以下条件：①含有合适的 营养物质；②合适的pH；③经灭菌后才能使用。 由于大规模的微生物、动植物细胞培养都是纯种 培养过程不允许有杂菌污染，所以要对培养基设 备进行灭菌。
❖ 在发酵工业中，广泛采用的培养基灭菌方法是湿 热灭菌，即直接用高压蒸汽将物料升温至115℃～ 140℃后，保持一段时间以杀死所有的微生物。培 养基的灭菌方法有实罐灭菌和连续灭菌两种。
第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
一、培养基实罐灭菌方法及设备
实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用饱和蒸汽加 热， 达到预定灭菌温度后，维持一定时间（30min左 右），再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这种 灭菌过程叫做实罐灭菌，又称分批灭菌（工厂里 称实消）。
代入上式得： lg K 14845 36.127 T
第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
二、培养基连续灭菌方法及设备
连消：培养基的连续灭方法就是将发酵罐预 先进行灭菌，将配好的培养基在向发酵罐输送的 同时进行加热、保温和冷却，然后连续进入已灭 好菌的发酵罐中。
空消：又称空罐灭菌。培养基的灭菌如果是 采用连续灭菌法，则发酵罐应在加入灭菌的培养 基前先行单独灭菌，即发酵罐罐体的灭菌。
维持罐：加热器加热的时间很短，通过维持管达到彻底灭菌 的效果；
冷却管：从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却后，输 送到预先已经灭菌过的罐内。
第一节 培养基配制及灭菌设备
１.加热器 （１）塔式加热器 培养基从塔底由连消泵 打入，打料速度控制在 使物料在蒸汽导入管与 设备外壳的空隙间流速 为0.1m/s左右。料液与 小孔中喷出的蒸汽连续 混合，在塔内停留20～30s 后，从塔的上部流出。
百度文库
喷射式加热器
第一节 培养基配制及灭菌设备
2、维持罐
高温培养基由进料口管道 进入容器底部，因进料管 由圆筒上部侧面伸入罐内 通至下部，使料液自下向 上流动，缓缓上升至出料 口流出，如无返混，培养 基在维持罐中的停留时间 就是连续灭菌工艺所要求 的保温时间或灭菌时间。
维持罐的结构
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第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
❖ 由于容器直径较大，培养基在容器内的流速较小， 这样在维持罐中物料的返混现象是不可避免的。 因此，在维持罐设计时，取高径比为2.0～2.5较 合适，且外壁要有保温层。设计培养基在维持罐 中实际停留时间一般将理论灭菌保温时间乘上3～ 5倍。
Vv
第一节 培养基配制及灭菌设备
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维持罐体积的计算
第一节 培养基配制及灭菌设备
LOGO
灭菌速度常数K与温度和被杀灭菌的种类有下列关系
K AeE / RT
式中，A为系数， s 1；E为灭菌时所需活化能， J/mol；R为气体常数，8.314J/（mol.K）； T为热力学温度，K。
通常取 A 1.341036 S 1, E 284219.12J / mol
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实 罐 灭 菌 过 程 示 意 图
实罐灭菌动画
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第一节 培养基配制及灭菌设备
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❖3.实罐灭菌时间的计算
根据对数残留公式，实罐灭菌所需的 理论时间可以用下式计算：
2.303 lg N0
NS
式中， 为灭菌时间，s；K为灭菌速度常数，s1
N0 为开始灭菌时原有菌的个数，个；
Ns 为结束灭菌时残留菌的个数，个 NS 103
塔式加热器
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第一节 培养基配制及灭菌设备
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（2）喷射式加热器
料液在中间进入，蒸汽则在周 围环隙中进入，同时在喷嘴出 口处有一个扩大端，扩大端顶 端上方设置了一块弧形挡板， 增强了蒸汽与料液的混合加热 效果。料液在进入加热器时的 流速约为1.2m/s左右，蒸汽喷 口的环隙面积约为喷嘴外径的 一倍，扩大管高度一般为1米左 右。此种加热器结构简单，噪 声少，无震动 。
V= 60
V=V封底
+V圆筒
=0.13D3 +
4
D2H
V----维持罐体积，m3；
v ——料液体积流量，m3/h；
——物料在维持罐中停留时间，min，
——充满系数，取0.85～0.9。
第一节 培养基配制及灭菌设备
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3、冷却设备
（1）喷淋冷却器
喷淋冷却器的最上端有一个淋水槽，将水通 过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上，以冷却管 内的培养基。喷淋冷却器冷却效果的优劣与淋水 装置的安装是否合理关系极大。为了增加传热推 动力，高温培养基应由底端进、上端出，物料在 管道里流速0.6～0.7m/s。为了强化喷淋冷却器的 冷却效果，该设备应放在通风的场所。
第一节 培养基配制及灭菌设备
（一）培养基连续灭菌流程
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培养基连续灭菌示意图
第一节 培养基配制及灭菌设备
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（二）连续灭菌的基本设备
连续灭菌的基本设备一般包括：
配料预热罐：将配好的料液预热到60～70℃，以避免灭菌 时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；
加热器：作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使 料液的温度很快升高到灭菌温度（135℃左右）；
实罐灭菌时间与温度的关系
第一节 培养基配制及灭菌设备
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图中，Ⅰ～Ⅳ阶段温度与时间的关系如下： Ⅰ—夹套预热阶段，培养基由室温加热至80-90℃，
夹套预热是为了防止进入罐内的水蒸气冷凝成水 后改变培养基浓度。 Ⅱ—直接蒸汽加热阶段，培养基由80-90℃加热至 121℃. Ⅲ—保温阶段，121℃ Ⅳ—冷却阶段，121℃冷却至培养温度。
第一节 培养基配制及灭菌设备
（2）真空冷却器
为了保证灭菌的成功，在实罐灭菌前，检查发 酵罐是否严密非常重要，发酵罐及附属设备必须 全面进行严密度检查，尤其是与发酵罐直接相通 的阀门的严密性，在确实无渗漏情况下才开始灭 菌。
第一节 培养基配制及灭菌设备
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2.实罐灭菌的操作
实罐灭菌操作就是用表压0.3～0.4MPa的饱和蒸 汽将培养基灭菌的过程。
《制药设备及技术》
第三章生物制药反应过程设备
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生物制药基本过程如图所示，主要生产设备 包括培养基配制及灭菌设备、空气预处理及灭菌 设备、生物反应器和分离提取设备。
生物制药基本流程
第一节 培养基配制及灭菌设备
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❖ 根据不同的细胞生长需要所配制的营养物质即培 养基，培养基需要满足以下条件：①含有合适的 营养物质；②合适的pH；③经灭菌后才能使用。 由于大规模的微生物、动植物细胞培养都是纯种 培养过程不允许有杂菌污染，所以要对培养基设 备进行灭菌。
❖ 在发酵工业中，广泛采用的培养基灭菌方法是湿 热灭菌，即直接用高压蒸汽将物料升温至115℃～ 140℃后，保持一段时间以杀死所有的微生物。培 养基的灭菌方法有实罐灭菌和连续灭菌两种。
第一节 培养基配制及灭菌设备
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一、培养基实罐灭菌方法及设备
实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用饱和蒸汽加 热， 达到预定灭菌温度后，维持一定时间（30min左 右），再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这种 灭菌过程叫做实罐灭菌，又称分批灭菌（工厂里 称实消）。
代入上式得： lg K 14845 36.127 T
第一节 培养基配制及灭菌设备
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二、培养基连续灭菌方法及设备
连消：培养基的连续灭方法就是将发酵罐预 先进行灭菌，将配好的培养基在向发酵罐输送的 同时进行加热、保温和冷却，然后连续进入已灭 好菌的发酵罐中。
空消：又称空罐灭菌。培养基的灭菌如果是 采用连续灭菌法，则发酵罐应在加入灭菌的培养 基前先行单独灭菌，即发酵罐罐体的灭菌。
维持罐：加热器加热的时间很短，通过维持管达到彻底灭菌 的效果；
冷却管：从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却后，输 送到预先已经灭菌过的罐内。
第一节 培养基配制及灭菌设备
１.加热器 （１）塔式加热器 培养基从塔底由连消泵 打入，打料速度控制在 使物料在蒸汽导入管与 设备外壳的空隙间流速 为0.1m/s左右。料液与 小孔中喷出的蒸汽连续 混合，在塔内停留20～30s 后，从塔的上部流出。
百度文库
喷射式加热器
第一节 培养基配制及灭菌设备
2、维持罐
高温培养基由进料口管道 进入容器底部，因进料管 由圆筒上部侧面伸入罐内 通至下部，使料液自下向 上流动，缓缓上升至出料 口流出，如无返混，培养 基在维持罐中的停留时间 就是连续灭菌工艺所要求 的保温时间或灭菌时间。
维持罐的结构
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第一节 培养基配制及灭菌设备
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❖ 由于容器直径较大，培养基在容器内的流速较小， 这样在维持罐中物料的返混现象是不可避免的。 因此，在维持罐设计时，取高径比为2.0～2.5较 合适，且外壁要有保温层。设计培养基在维持罐 中实际停留时间一般将理论灭菌保温时间乘上3～ 5倍。
Vv
第一节 培养基配制及灭菌设备
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维持罐体积的计算
第一节 培养基配制及灭菌设备
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灭菌速度常数K与温度和被杀灭菌的种类有下列关系
K AeE / RT
式中，A为系数， s 1；E为灭菌时所需活化能， J/mol；R为气体常数，8.314J/（mol.K）； T为热力学温度，K。
通常取 A 1.341036 S 1, E 284219.12J / mol
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实 罐 灭 菌 过 程 示 意 图
实罐灭菌动画
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第一节 培养基配制及灭菌设备
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❖3.实罐灭菌时间的计算
根据对数残留公式，实罐灭菌所需的 理论时间可以用下式计算：
2.303 lg N0
NS
式中， 为灭菌时间，s；K为灭菌速度常数，s1
N0 为开始灭菌时原有菌的个数，个；
Ns 为结束灭菌时残留菌的个数，个 NS 103
塔式加热器
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第一节 培养基配制及灭菌设备
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（2）喷射式加热器
料液在中间进入，蒸汽则在周 围环隙中进入，同时在喷嘴出 口处有一个扩大端，扩大端顶 端上方设置了一块弧形挡板， 增强了蒸汽与料液的混合加热 效果。料液在进入加热器时的 流速约为1.2m/s左右，蒸汽喷 口的环隙面积约为喷嘴外径的 一倍，扩大管高度一般为1米左 右。此种加热器结构简单，噪 声少，无震动 。
V= 60
V=V封底
+V圆筒
=0.13D3 +
4
D2H
V----维持罐体积，m3；
v ——料液体积流量，m3/h；
——物料在维持罐中停留时间，min，
——充满系数，取0.85～0.9。
第一节 培养基配制及灭菌设备
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3、冷却设备
（1）喷淋冷却器
喷淋冷却器的最上端有一个淋水槽，将水通 过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上，以冷却管 内的培养基。喷淋冷却器冷却效果的优劣与淋水 装置的安装是否合理关系极大。为了增加传热推 动力，高温培养基应由底端进、上端出，物料在 管道里流速0.6～0.7m/s。为了强化喷淋冷却器的 冷却效果，该设备应放在通风的场所。
第一节 培养基配制及灭菌设备
（一）培养基连续灭菌流程
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培养基连续灭菌示意图
第一节 培养基配制及灭菌设备
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（二）连续灭菌的基本设备
连续灭菌的基本设备一般包括：
配料预热罐：将配好的料液预热到60～70℃，以避免灭菌 时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；
加热器：作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使 料液的温度很快升高到灭菌温度（135℃左右）；
实罐灭菌时间与温度的关系
第一节 培养基配制及灭菌设备
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图中，Ⅰ～Ⅳ阶段温度与时间的关系如下： Ⅰ—夹套预热阶段，培养基由室温加热至80-90℃，
夹套预热是为了防止进入罐内的水蒸气冷凝成水 后改变培养基浓度。 Ⅱ—直接蒸汽加热阶段，培养基由80-90℃加热至 121℃. Ⅲ—保温阶段，121℃ Ⅳ—冷却阶段，121℃冷却至培养温度。
第一节 培养基配制及灭菌设备
（2）真空冷却器