生物反应器的检测及控制
生物反应器操作规程
生物反应器操作规程第一章总则生物反应器是生物工程中常用的设备，用于培养和控制微生物、细胞或酶等生物体系进行生物转化或生物合成反应。
为了保证生物反应器的正常运行，提高生产效率，特制定此操作规程。
第二章设备准备1. 检查生物反应器设备的完好性，确保各个部件没有损坏或异物；2. 检查反应釜、搅拌器、温控系统等部件是否正常运转；3. 准备所需的培养基、生物体系、调理液等实验物品。
第三章操作流程1. 打开生物反应器的电源开关，启动设备；2. 设置所需的温度、压力、搅拌速度等操作参数；3. 向反应釜中加入适量的培养基，等待培养基温度升至设定温度；4. 加入生物体系或细胞，注意避免空气接触；5. 启动搅拌器进行充分混合；6. 在反应过程中根据需要逐步加入调理液或其他试剂；7. 定时监测反应器内参数，并做好记录。
第四章清洗消毒1. 反应结束后，关闭生物反应器的电源开关；2. 停止搅拌器和冷却系统，排空反应釜中的废液；3. 用适量的清洗液对反应器进行彻底清洗，确保没有残留；4. 使用消毒液进行消毒处理，保证反应器内无细菌残留；5. 反应器彻底干燥后，进行下一批实验前的准备工作。
第五章注意事项1. 操作过程中要注意安全，避免发生事故；2. 必须按照操作规程正确操作，不能私自更改参数；3. 反应器设备要定期保养和检修，确保设备正常运行；4. 反应器内部应保持清洁，避免影响后续实验。
第六章结语生物反应器操作规程的制定是为了保障实验的准确性和安全性，本规程适用于各类生物反应器的操作，并应严格执行。
希望大家能够熟练掌握操作技巧，规范操作流程，提高实验效率和成果质量。
生物工程设备第五章 生物反应器的放大与控制
又因为
D ug (VVM ) pL
所以
(VVM )2 ( D1 )23 ( pL2 )
(VVM )1 D2
pL1
QG ug Di2,VL: Di3
第二篇 生物反应设备
第五章 生物反应器的放大与控制
生物反应器的放大过程
1）利用实验室规模的反应器进行种子筛选和 工艺试验；
2）在中间规模的反应器中试验（中试），确 定最佳的操作条件；
3）在大型生产设备中投入生产。
放大的重要性
为生物技术产品从实验室到工业生产的关键。
对一个生物反应过程，在不同大小反应器中进行 生物反应虽相同，但三传有明显差别，从而导致 不同反应器中生物反应速率有差别。
放大倍数实际上就是反应器体积的增加倍数
H1 H2 常数 D1 D2
V2 V1
D2 D1
3
m
所以
H2
1
m3
和
D2
1
m3
H1
D1
H1,H2-模型反应器和放大反应器的高度，m；D1,D2-模型反应 器和放大反应器的内径，m；V1,V2-模型反应器和放大反应器 的体积，m3；
（二）以单位体积液体中搅拌功 率相同放大
ug
60Q0 (273 t) 9.8 104
4
Di 2
273
pL
27465.6(VVM )(273 t)VL Di2 pL
Q0
ug pL Di2 27465.6 (273 t)VL
VVM
ug pL Di2
27465.6 (273 t)VL
（四）以空气线速度相同的原则 进行放大
u g1 u g2
欲使整个生物反应器处于最优条件下进行操作， 必须使反应器中每个细胞都处于最优环境之下， 达到整体优化。
生物反应器的控制与优化技术
生物反应器的控制与优化技术生物反应器作为现代生物技术的核心工具，在生物制药、食品工业、环境保护等众多领域发挥着至关重要的作用。
然而，要实现生物反应器的高效运行和优质产物的生产，精确的控制与优化技术必不可少。
生物反应器的控制，旨在维持反应系统内各种参数的稳定，为生物过程创造适宜的环境。
这就好比给生物反应搭建一个舒适的“家”，让其中的生物活动能够有条不紊地进行。
温度、pH 值、溶氧浓度、营养物质浓度等参数，每一个都直接影响着生物反应的速率和产物的质量。
比如，温度过高或过低都会影响酶的活性，从而改变生物反应的进程；pH 值的变化可能导致蛋白质变性，使反应无法正常进行；溶氧浓度不足会限制好氧微生物的生长和代谢。
在控制这些参数时，传感器起着关键的作用。
它们就像是生物反应器的“眼睛”，实时监测着内部的变化。
然而，传感器并非完美无缺，可能存在测量误差、响应延迟等问题。
为了提高控制的准确性，常常需要采用多种传感器进行交叉验证，并结合先进的信号处理技术来降低误差的影响。
除了参数的控制，生物反应器的搅拌和通气系统也需要精心设计。
搅拌可以使反应物均匀分布，避免局部浓度差异过大；通气则为好氧生物提供足够的氧气。
但搅拌速度和通气量的不当设置，可能会产生剪切力，对细胞造成损伤。
因此，需要根据生物体系的特性和反应的需求，优化搅拌和通气策略。
优化技术则是在控制的基础上，进一步提升生物反应器的性能。
这包括对反应过程的建模和模拟，以及基于模型的优化算法的应用。
通过建立数学模型，可以更深入地理解生物反应的内在机制，预测不同条件下的反应结果。
例如，利用代谢模型可以分析细胞内的物质代谢途径，找出关键的控制点和限速步骤，为优化提供方向。
然而，生物反应过程的复杂性使得建立精确的模型充满挑战。
生物体系往往具有非线性、时变性和不确定性等特点，这就要求模型不断地更新和完善。
同时，优化算法的选择也至关重要。
常见的优化算法如遗传算法、粒子群优化算法等，在解决生物反应器优化问题上各有优劣。
生物反应器中的过程监控与控制
生物反应器中的过程监控与控制生物反应器是一种能够培养生物组织、细胞和微生物培养物的设备，由于其具有高效、稳定、可控的特点，被广泛应用于生物化工、药物制造、生物制品和食品生产等领域。
而对于其中过程的监控与控制则成为了关键的问题，因为它们直接影响着产品的质量和产量。
本文将介绍生物反应器中的过程监控与控制的相关技术和方法。
一、生物反应器中的过程监控1.参数监测：生物反应器中常见的参数包括温度、pH值、氧气含量和压力等。
这些参数对生化过程和微生物的生长都有着十分重要的影响，因此需要实时地对这些参数进行监测。
现代生物反应器通常都具备自动化控制系统，可以通过传感器实时地获取这些参数的值，并自动调节操作。
2.微生物生长监测：微生物的生长速率和生长阶段对反应器中过程的监测和控制也有着非常重要的作用。
一些光学技术，如荧光假膜染料和生物发光技术，可以用于实时监测微生物的生长。
此外，也可以通过取样并检测微生物数量和代谢产物等方式进行监测。
3.培养物中有害物质检测：生物反应器中存在的某些化合物或微生物，可能对产品的质量造成一定的影响，因此需要在反应器中对这些物质进行实时检测。
现代生物反应器通常都配备有气体色谱仪、液流色谱仪、光谱仪等高分辨率仪器，可以针对不同物质进行检测。
4.反应器状态监测：反应器的运行状态也是一项很重要的监测内容。
主要包括反应器内压力、温度、容积、氧气含量等的监测，通过这些信息来判断反应器是否正常运行，并作出相应的控制调整。
二、生物反应器中的过程控制1.实时反馈控制：实时反馈控制是针对反应器中的参数实时取样和分析，以实现反馈控制的方式。
通过反应釜内的传感器来反馈反应器内各个数据，包括压力、温度、气体浓度等，从而控制反应器内的物质输送，保证了反应体系内重要参数的稳定。
2.偏差误差控制：偏差误差控制是针对反应器中参数的误差，进行误差控制的方式。
读数误差、时间延迟误差、传感器响应误差等误差需要通过不同的控制方式进行补偿。
MBR膜生物反应器调试与管理
MBR膜生物反应器调试与管理一、引言随着环境保护意识的日益增强，膜生物反应器（MBR）作为一种高效、环保的污水处理技术，正逐渐广泛应用于各个领域。
MBR膜生物反应器将膜分离技术与生物反应器相结合，可高效去除污水中的污染物质，同时实现污泥的减量化和资源化。
本文将探讨MBR膜生物反应器的调试与管理。
二、MBR膜生物反应器的调试1、启动阶段：在启动MBR膜生物反应器时，首先需要进行设备的检查与试运行，确保设备运行正常。
然后进行初始污泥接种，促进微生物的生长。
在此阶段，需要密切设备运行参数，如压力、流量等，确保设备正常运行。
2、调试阶段：在启动后，需要逐步增加污水流量，同时调整设备参数，以找到最佳的运行条件。
在此阶段，需要对进出水进行严格的监测，以确保设备的运行效果。
3、运行阶段：在调试阶段结束后，MBR膜生物反应器即可投入正常运行。
在此阶段，需要定期对设备进行检查和维护，以确保设备的稳定运行。
三、MBR膜生物反应器的管理1、运行管理：MBR膜生物反应器的运行管理主要包括对设备运行参数的监控、进出水质量的监测、污泥处理的控制等。
需要定期对设备进行维护和保养，确保设备的正常运行。
2、人员管理：对于MBR膜生物反应器的操作人员，需要进行专业的培训，确保他们了解设备的运行原理、操作流程以及应急处理措施。
3、安全管理：MBR膜生物反应器作为一种特种设备，其安全运行至关重要。
因此，需要制定完善的安全管理制度，防范潜在的安全风险。
4、环境管理：MBR膜生物反应器的运行过程中可能会产生一定的噪音、异味等环境影响。
因此，需要采取相应的措施，如建设隔音设施、增加通风设备等，以减少对环境的影响。
5、质量管理：对于MBR膜生物反应器的处理效果，需要进行严格的质量管理。
通过定期的质量检测和评估，确保设备的处理效果达到预期目标。
四、总结MBR膜生物反应器作为一种先进的污水处理技术，其调试和管理对于设备的正常运行和处理效果至关重要。
生物反应器设计及控制技术
生物反应器设计及控制技术生物反应器是一种用于生物系统培养和生产的设备，通常可以控制反应环境的温度、升降速度、液位、搅拌速度和氧气浓度。
随着生物技术的快速发展，生物反应器成为了生产过程中不可或缺的重要设备。
本文将介绍生物反应器的设计及控制技术，以及其在生产中的应用与发展。
一、生物反应器的设计生物反应器的设计通常需要考虑以下几个方面：1、容积：反应器的容积应该适当，既不能过大又不能过小。
容积过大会增加成本，容积过小则会导致生产率下降。
2、搅拌系统：搅拌系统通常包括驱动装置、搅拌器和控制器等部分。
搅拌速度应该适当，过快会造成气泡太小、液体过度搅拌，导致细胞破碎和死亡；过慢则会导致细胞堆积、生产力下降。
3、气体供应：气体通常用于供氧、溶解氧和刺激生产。
气体供应系统通常包括气源、气体调节阀、气体过滤器和气体分配系统。
4、温度控制：温度是生物反应器中重要的环境参数之一。
温度控制通常包括加热和冷却系统。
反应器内的温度应稳定且可控，以保证生产质量。
5、PH值控制：反应器内的PH值应稳定且可控，过高或过低对生产过程会造成不良的影响。
作为控制系统的一部分，PH值调节系统通常由PH电极、控制器和酸碱液供应系统组成。
6、混合控制：反应器中通常有多个相，需要通过混合控制来达到混合均匀的目的。
混合控制系统通常包括流量计、输送泵、混合槽和搅拌器等部分。
二、生物反应器的控制技术生物反应器的控制技术主要包括闭环控制和开环控制两种方式。
闭环控制利用传感器测量反应器内部环境参数并将其与设定值进行比较，通过控制器的反馈作用来调节设备的输出参数，从而使反应器的环境参数得到稳定控制。
开环控制则是在确定好需要达到的反应条件后，直接调节设备的运行参数以达到目的。
这种方式适用于简单反应器和基础实验研究，一般用于确定物理参数和生化反应过程。
三、生物反应器的应用与发展随着生物技术的快速发展，生物反应器广泛应用于制药、食品、化学和环保等领域。
生产有价值的生物制品，如酶、抗体、生物燃料等，是目前广泛应用反应器的主要领域之一。
第七章 生物反应器的检测和控制 2生物反应过程常用检测方法及仪器
7.2 生物反应过程常用检测方法及仪器
2、传感器性能指标 （1）准确度（Accuracy） 准确度是指真实数据和测量数据之间的差别。由于很难 获得绝对意义上的真实数据，因此也就很难获得绝对的准确 度。准确度高低依赖于精确的标定过程和一些外部条件，如， 传感器在反应器内的放置位置等。当传感器从一个反应器移 到另一个反应器，或者反应器内情况发生改变，或者传感器 改变了放置位置，都需要重新标定，否则将产生测量误差。
7.2 生物反应过程常用检测方法及仪器
（4）响应时间
响应时间代表了传感器对测量参数变化响应的快慢，可
以简单地用时间常数τ表示。时间常数τ是以下方程中（7-
1）的常数：
y=y0[1-e-t/τ]
(7-1)
这个方程表示了当传感器从被测参数为0的系统中快速转
移到被测参数为y0的体系，测量显示值y和时间t 的变化关系。
7.2 生物反应过程常用检测方法及仪器
图7-3 玻璃电极结构原理示意图
7.2 生物反应过程常用检测方法及ห้องสมุดไป่ตู้器
图7-4是商业上使用的pH电极的外观和各部分组成。 这种电极将测量极和参比极做到一起，又称复合pH电 极。安装在生物反应器上的复合pH电极都带有不锈钢保护 套，以免培养液内固体伤害电极头部。 像溶氧电极一样，pH电极也需要进行原位标定，在蒸 汽灭菌前进行。玻璃pH电极在使用前先要浸泡在水溶液中 一段时间使玻璃膜充分润湿，保存时要将探头浸泡在和参 比电解质相同的缓冲溶液中以免玻璃膜过于干燥影响日后 使用。
7.2 生物反应过程常用检测方法及仪器
图7-2是某种商业溶解氧浓度电极外观图和安装在生物反 应器上进行测量时的情况。
图7-2 某种商业溶氧测量电极外观和使用时的情况
第七章 生物反应器的检测及控制
9.冷却介质流量与温度
生物发酵过程均有生物合成热产生，对机械搅拌发酵罐 还有搅拌热，为保持反应器系统的温度在工艺规定的范 围内，必须用水等冷却介质通过热交换器把发酵热带走。 要维持工艺要求的发酵温度，对应不同的发酵时期有不 同的发酵热以及冷却介质的温度，需相应改变其流量。 故必须测定冷却介质的进出口温度与流量，据此也可间 接推定发酵罐中的生物反应是否正常进行。
生物细胞本身的状态； (5)反应系统中需控制的主要参变量是什么?这些需控制
的参变量与生物反应效能如何相关对应?
第一节 生化过程主要检测的参变量
在发酵工厂中，生物反应有关的过程可分成培养基灭菌、 生物反应以及产物分离纯化过程。对生物反应器系统， 为了掌握其中生化反应的状态参数及操作特性以便 进行控制，需检测系 列的参数，如表7-1 所示。
对一定的发酵反应器，搅拌转速对发酵液的混合状态、溶氧 速率、物质传递等有重要影响，同时影响生物细胞的生长、 产物的生成、搅拌功率消耗等。对某一确定的发酵反应器， 当通气量一定时，搅拌转速升高，其溶氧速率增大，消耗的 搅拌功率也越大。在完全湍流的条件下，搅拌功率与搅拌转 速的三次方成正比，即，其中N为搅拌转速。此外，某些生 物细胞如动植物细胞、丝状菌等，对搅拌剪切敏感，故搅拌 转速和搅拌叶尖线速度有其临界上限范围。故此，测量和控 制搅拌转速具有重要意义。
4.泡沫高度 液体生物发酵，不管是通气还是厌气发酵均有不同程度
的泡沫产生。发酵液泡沫产生的原因是多方面的，最主 要的是培养基中所固有的或是发酵过程中生成的蛋白质、 菌体、糖浆以及其他稳定泡沫的表面活性物质，加上通 气发酵过程大量的空气泡以及厌气发酵过程中生成的 CO2气泡，都会导致生物发酵液面上生成不同程度的泡 沫层。如控制不好，就会大大降低发酵反应器的有效反 应空间，即装料系数低，增加感染杂菌的机会，严重时 泡沫会从排气口溢出而造成跑料，这导致产物收率下降。 不同的生物反应其泡沫产生情况变化很大，有些生物发 酵过程的泡沫不易控制。
生物反应器的智能化控制技术
生物反应器的智能化控制技术在当今生物技术迅速发展的时代，生物反应器作为生物过程的核心设备，其性能和效率对于生物产品的质量和产量起着至关重要的作用。
为了实现更高效、更稳定和更优质的生物生产过程，智能化控制技术在生物反应器中的应用正逐渐成为研究和实践的热点。
生物反应器是一种用于进行生物反应的装置，它可以为微生物、细胞或酶提供适宜的生长和反应环境。
然而，传统的生物反应器控制往往依赖于固定的参数设定和简单的反馈控制，难以应对生物过程中的复杂变化和不确定性。
智能化控制技术的出现为解决这些问题提供了新的思路和方法。
智能化控制技术的核心在于利用先进的传感器技术、数据采集与处理系统以及智能算法，实现对生物反应器内各种参数的实时监测、分析和精确控制。
通过安装在生物反应器中的传感器，如 pH 传感器、溶氧传感器、温度传感器等，可以实时获取反应体系中的关键参数信息。
这些数据被快速采集并传输到控制系统中，经过处理和分析，为控制决策提供依据。
在智能算法方面，模糊逻辑控制、神经网络控制和模型预测控制等方法得到了广泛的应用。
模糊逻辑控制能够处理生物过程中的模糊性和不确定性，根据经验和规则对控制变量进行调整。
神经网络控制则通过对大量数据的学习和训练，建立输入与输出之间的复杂关系模型，从而实现精准的控制。
模型预测控制则基于对生物反应过程的数学模型，预测未来的状态变化，并提前进行控制动作的优化。
例如，在微生物发酵过程中，细胞的生长和代谢会受到多种因素的影响，如培养基成分、pH 值、溶氧浓度等。
智能化控制技术可以根据实时监测到的细胞生长状态和代谢产物浓度，自动调整培养基的进料速度、通气量和搅拌速度等参数，以确保细胞在最佳的环境条件下生长和代谢，从而提高发酵效率和产品质量。
此外，智能化控制技术还可以实现对生物反应器的多变量协同控制。
生物反应过程通常涉及多个相互关联的参数，传统控制方法往往难以同时兼顾多个变量的优化。
而智能化控制技术能够综合考虑多个变量之间的关系，通过协同调整各个控制参数，实现生物反应过程的整体优化。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程
《细胞生物反应器操作规程》
一、操作前准备
1. 确保细胞生物反应器的清洁和消毒，使用无菌工具进行操作。
2. 准备好所需的培养基和细胞培养物，确保培养基无菌。
二、启动细胞生物反应器
1. 打开细胞生物反应器的电源并进行系统自检，确保设备正常工作。
2. 设置合适的温度、湿度和通气参数，逐步提高气体流速以保持适当的搅拌和氧气供应。
三、接种细胞
1. 将预先培养好的细胞悬液加入到生物反应器中，根据需要调整培养基的体积和浓度。
2. 确保细胞在生物反应器中均匀分布，并避免细胞聚集和沉积。
四、细胞培养
1. 监测细胞生长情况和代谢产物的积累，根据需要调整培养基的成分和供给量。
2. 定期取样检测细胞培养物的质量，确保细胞状态良好并避免细菌和真菌的污染。
五、收获细胞产物
1. 根据培养物中细胞数量和产物浓度的变化，判断是否进行细胞产物的收获。
2. 使用无菌操作取出细胞产物并进行后续处理，如纯化、浓缩或储存。
六、关闭细胞生物反应器
1. 关闭细胞生物反应器的电源并进行系统清洁和消毒，确保设备处于干净的状态。
2. 将相关记录整理并存档，包括操作日志、质量检测结果和细胞产物的收获情况。
以上就是《细胞生物反应器操作规程》，请严格按照规程操作，以确保细胞生物反应器的正常运行和细胞培养的成功。
生物反应器的设计与调控
生物反应器的设计与调控生物反应器是一种生物化学过程的控制设备，它用于支持微生物或细胞在合适的条件下进行生长和代谢。
设计和调控生物反应器是生物化学和生物工程的重要组成部分，可用于生产各种生物制品，如药物、化学品和食品等。
本文将讨论生物反应器的设计与调控的具体内容。
一、生物反应器的设计在设计生物反应器时，需要考虑以下因素：1. 生物反应器类型：生物反应器分为不同类型，包括批量、序批和连续反应器等。
批量反应器是最简单的反应器，能够容纳固定量的反应物，并且在其内部进行反应一定的时间。
序批反应器具有某些批量反应器的特性，但它的特点在于在反应过程中不定期地喷加反应物。
连续反应器则是连续供应反应物和排出废物，用于稳定持续反应。
2. 反应器尺寸：反应器尺寸取决于所需的产量、响应时间和生产成本等因素。
反应器越大，反应的转化率和平均质量流率就越高，但所需的起始资本和维护成本也越高。
3. 反应器配置：反应器通常由一系列装置组成，包括泵、搅拌器、加热器、传感器和控制器等。
这些装置的配置应根据反应器类型和所需的反应条件来选择。
4. 操作环境：生物反应器必须处于适宜的操作环境中，包括良好的通风、恰当的温度和湿度等。
此外，在生物反应器中使用化学药剂和重金属等有害物质应特别注意，应配备相应的安全设备和安全培训。
二、生物反应器的调控生物反应器的调控主要涉及以下几个方面：1. 生物反应器控制体系：生物反应器中的自动控制体系能够对反应器的运行进行自动化处理，以开展生产线自动化管理。
控制体系由数控设备、信号系统和软件组成，可以根据生产流程进行编程和控制，实时检测反应器的运行状况，并反馈调整参数以获得所需的反应条件。
2. 控制参数：反应器中的关键控制参数包括pH值、温度、营养物质和氧气供应等。
pH值和温度可以通过加热器和调节中和化合物和酸度-碱度级别实现控制。
营养物质包括氮、磷、钾、镁等，可通过添加相应的营养物质来控制反应器中物质的浓度，使生物体获得良好的生物学营养素。
生物反应器的稳定性分析与控制
生物反应器的稳定性分析与控制随着生物技术的不断发展，生物反应器在生物制药、食品、环境等领域得到广泛应用。
作为生物反应器的核心部分，稳定性是其最基本也是最重要的性能之一。
因此，本文将从生物反应器的稳定性分析与控制两个方面进行探讨，并提出相应的实践建议。
稳定性分析在生物反应器中，稳定性是指反应过程在一定时间内具有相对恒定的状态，其可运行状态被统称为稳定状态。
反之，若反应过程具有不稳定状态，则在一些因素的干扰下，反应系统可能会失控，出现不良反应甚至导致反应器损坏。
生物反应器的稳定性受到多种因素的影响，其中包括微生物的品种和数量、物质浓度及质量、气体浓度、温度、压力等因素。
不同的因素间也相互影响，因此在分析稳定性问题时必须考虑各种因素的综合影响。
微生物的品种和数量是影响生物反应器稳定性的重要因素。
一般来说，微生物的种类和数量随时间变化较大，且容易受到外界环境的影响。
因此，通过监测微生物数量变化，及时采取调控措施可以提高反应器的稳定性。
物质浓度及质量的变化也对生物反应器稳定性产生重要影响。
过高的物质浓度或质量可能引起反应器过饱和，反应器的稳定状态将被破坏，如果继续反应，反应器就会失控，产生大量有害的废物。
因此，在使用生物反应器时，必须合理控制物质浓度和质量，以保持反应器的稳定性。
气体浓度也是影响生物反应器稳定性的重要因素之一。
氧气、二氧化碳等气体浓度随时间也可能发生变化，如果过高或过低，将不利于生物反应器的稳定性。
此外，控制气体浓度还能提高反应速率和产物质量。
温度和压力也是影响生物反应器稳定性的重要因素。
过高或过低的温度会对微生物产生不良影响，从而导致反应器的失控，而过高的压力会加速物质的转移，增加反应器的运行难度。
因此，在操作生物反应器时必须严格控制温度和压力。
稳定性控制对于生物反应器稳定性控制，首先需要确定稳定性指标，一般来说，常用的稳定性指标有生物量、产物浓度、反应速率、氧气浓度等。
通过监测这些指标，结合反应器内各种因素的变化，进行综合分析判断，及时采取相应的控制措施，保持反应器的稳定状态。
细胞生物反应器操作规程
细胞生物反应器操作规程1. 引言细胞生物反应器是一种用于细胞培养和生物反应的设备，广泛应用于生物技术、药物研发和生物制造等领域。
为了确保细胞生物反应器的安全运行和实验的顺利进行，制定本操作规程，指导操作人员正确操作细胞生物反应器。
2. 设备准备2.1 细胞生物反应器的准备•检查细胞生物反应器的外观，确保无损坏和杂质•清洗细胞生物反应器，使用无菌纯水和无菌洗涤剂进行彻底清洗•消毒细胞生物反应器，使用适当浓度的消毒液，按照消毒液说明书进行消毒2.2 培养基和试剂的准备•准备所需的培养基和试剂，确保其质量合格和纯度符合要求•按照配方和操作规程正确配置培养基和试剂2.3 实验室环境的准备•检查实验室环境，确保无尘、无菌和温度、湿度适宜•细胞生物反应器与其他实验仪器保持适当的距离，避免相互影响3. 细胞生物反应器操作3.1 细胞接种•准备合适的细胞培养物，确保其活性和纯度•将细胞培养物转移到培养基中，按照所需的细胞密度进行接种3.2 培养条件的设置•根据实验要求，设置适宜的温度、气体和培养基流速等培养条件•确保细胞生物反应器的搅拌速度和通气速度符合要求3.3 监测细胞生长和反应过程•定期监测细胞生长情况，记录生长曲线和细胞密度•注意观察细胞状态、代谢产物和废料的积累情况3.4 维持培养条件•定期检查和调整培养基和试剂的浓度和配比•确保培养基的pH值、温度和氧气浓度稳定在适宜范围内3.5 细胞收获和处理•在适当的时间点，根据实验要求采集细胞样品•使用无菌工具和操作方式，将细胞样品抽取或离心收集4. 维护和清洁4.1 细胞生物反应器的维护•定期检查细胞生物反应器的运行状况，确保无故障和损坏•按照使用说明书和操作要求更换消耗品和零配件4.2 细胞生物反应器的清洁•实验结束后，立即清洗细胞生物反应器，避免污垢和细胞残留物的附着•使用适当的清洗剂和工具进行清洁，保持反应器的干净和无菌状态5. 安全注意事项•操作前请佩戴个人防护装备，如实验手套、口罩和防护眼镜等•操作过程中注意细胞生物反应器和培养基的无菌操作，避免污染•注意消毒液和试剂的正确使用和储存，避免危险和污染•遵守实验室操作规程，注意使用细胞生物反应器时的安全操作6. 总结本操作规程对细胞生物反应器的操作流程和注意事项进行了详细介绍，目的在于规范操作流程，确保实验的顺利进行和实验结果的可靠性。
生物反应器及其控制技术
生物反应器及其控制技术生物反应器（Bioreactor）是一种人工用于进行已知微生物生长、代谢等生物过程的装置，它是生物工程学中应用最为广泛的设备之一。
生物反应器广泛应用于制药、化工、食品、环保等产业中，在生物过程的研究与工业化生产中发挥着重要的作用。
本文将探讨生物反应器及其控制技术的发展现状、应用前景等方面的内容。
一、生物反应器的分类根据生物反应器的工艺结构和性质特点，可以将其分为不同的类型，比较常见的有：1. 灌流式生物反应器：又称为搅拌式反应器，通过机械或气体搅拌作用保持培养物的充分混合，可以克服传统工艺中麻烦的气液过渡和不均匀混合等问题，适用于大规模生产。
2. 固定化床生物反应器：又称为固定床反应器，是指将载体材料固定在反应器内，通过充分的气体循环支持微生物固定生长的过程，常用于处理石油、污水等难处理的废水。
3. 膜生物反应器：通过膜过滤分离液体和微生物，有单向透过性，可以分离不同大小的微生物，可用于制备酒精、酸奶、口服制剂等。
二、生物反应器的组成生物反应器通常由反应器本体、控制系统、充气系统、搅拌系统、传感器和采样系统等组成。
1. 反应器本体：是指容纳培养物的主体部分，分为鼓风式和无鼓风式，鼓风式反应器可通过物理和化学定量方式测量培养物内部的温度、pH值和气体浓度等参数，实现对反应物的控制。
2. 控制系统：包括软件和硬件，实现对反应器内温度、pH值、气体浓度等参数的实时监控和调控，保证反应体系的稳定性。
3. 充气系统：将氧气等需气体注入反应器内，实现微生物代谢活性所需氧气的供应。
4. 搅拌系统：通过机械或气体搅拌作用，保持培养物的充分混合，可实现微生物基质利用效率的提高。
5. 传感器和采样系统：通过传感器实时测量反应器内部的温度、pH值、气体浓度等参数，采样系统可实现培养物的实时监测和分析。
三、生物反应器控制技术的发展1. 传统控制技术：传统控制技术包括开环控制和闭环控制两种方式，前者只能根据经验估计反应物各参数的理论值，难以对反应器内部的实时参数进行控制调控；后者则可以通过反馈控制，引入误差矫正的方法对反应器内部的实时参数进行精准调控，适用于生产中的实际生产。
生物反应器操作说明书
生物反应器操作说明书一、前言生物反应器是用于进行生物学反应的设备，广泛应用于生物医药、食品、化工等领域。
本操作说明书旨在为操作者提供使用生物反应器的指导，确保操作的安全和有效性。
二、设备概述生物反应器由控制系统、反应器本体和附件组成。
控制系统包括温度、pH、氧气浓度和搅拌速度的监测和控制装置；反应器本体为容器，用于容纳生物反应物质；附件包括供气系统、加热系统和搅拌系统等。
三、操作步骤1. 准备工作a. 将生物反应器放置在平稳的工作台上，并确保周围环境清洁；b. 检查设备是否完好，包括控制系统、反应器本体和附件；c. 准备所需的培养基和其他反应物质，确保其质量和纯度。
2. 打开设备a. 按照设备操作面板上的指示，逐步将控制系统开启；b. 等待设备进行自检，并确保设备各项指标正常。
3. 调节参数a. 根据实验要求，设置合适的温度、pH值、氧气浓度和搅拌速度；b. 注意根据反应物质和生物反应过程的要求，进行相应的参数调整。
4. 加入反应物质a. 先将培养基加入反应器中，并保持适当的液位；b. 按照实验方案的要求，逐步加入其他反应物质，并注意控制投料速率和浓度。
5. 进行反应a. 观察反应过程中的温度、pH值、氧气浓度和搅拌速度等指标，并随时调节；b. 注意观察反应物质的状态和产物生成情况。
6. 反应结束a. 根据实验要求，决定反应的结束时机；b. 关闭设备，停止搅拌和供气等操作；c. 将产物进行收集和分析。
四、注意事项1. 操作人员应具备相关的生物学知识和实验技能，熟悉设备的使用方法；2. 操作人员应穿戴实验室常规工作服，并佩戴适当的防护手套、眼镜等；3. 操作过程中应注意设备的稳定性和安全性，避免碰撞和意外事故；4. 阅读并遵守相关的安全操作规程和实验室规章制度；5. 离开操作台前，应关闭设备并清理工作区域。
五、维护保养1. 定期清洗反应器，包括反应器本体和附件等；2. 定期检查设备连接件和密封件，确保其完好无损；3. 定期进行设备的保养和维修，以确保其正常操作；4. 如发现设备故障或异常情况，应及时联系维修人员进行处理。
污水处理中的生物膜反应器操作指南
污水处理中的生物膜反应器操作指南生物膜反应器是一种常见的污水处理设备，通过生物膜的形成和微生物附着在生物膜上的代谢活动，有效去除污水中的有机物和氮磷等污染物。
为了保证生物膜反应器的高效运行，以下是一份操作指南，以帮助您正确地操作和维护生物膜反应器。
1. 检查反应器的运行状态- 每天都应检查生物膜反应器的进水和出水水质，以确保反应器的正常运行。
- 注意察觉异常情况，如水质浑浊、气泡异常等，及时进行处理和修复。
2. 控制进水水质- 控制进水水质的稳定性和一致性，以避免对生物膜反应器造成负面影响。
- 监测进水水质的COD（化学需氧量）和氨氮含量，保持在合理的范围内。
3. 调节进水量和出水量- 根据设计要求和实际需要，合理调节进水量和出水量。
- 过高的进水量可能导致负荷过大，生物膜反应器无法正常运行；过低的进水量则可能导致生物膜干涸。
4. 维护好通气系统- 保证反应器内的通气系统正常运行，以提供足够的氧气供给微生物生长。
- 定期清洗和维护通气管道，确保畅通无阻。
5. 定期清洗和维护生物膜- 根据反应器内生物膜的厚度和污染程度，定期进行清洗和维护。
- 清洗时使用适当的清洗剂，注意避免对微生物产生不利影响。
6. 控制反应器温度- 控制生物膜反应器内的温度，保持在适宜的范围内，以促进微生物的正常代谢活动。
- 根据季节和环境温度的变化，调节反应器的加热或降温设备。
7. 定期监测和维护设备- 定期检查和维护生物膜反应器的设备和管道，确保其正常运行。
- 修复或更换损坏的部件，避免影响反应器的整体性能。
8. 防止外界污染- 采取措施防止外界污染物进入生物膜反应器，避免对反应器内的微生物造成伤害。
- 建立有效的保护措施，如安装滤网或粗滤器等，阻止固体颗粒和杂质进入反应器。
9. 做好记录和数据分析- 定期记录生物膜反应器的运行参数和水质数据，进行数据分析和绩效评估。
- 根据分析结果进行相应的调整和改进，以提高反应器的处理效率和稳定性。
生物反应器的放大与控制
生物反应器的放大与控制1.3生物反应器的放大1.3.1引言生物工程技术的最终目标是为人类提供服务，创造社会和经济效益，因此一个生物工程产品必须经历从实验室到规模化生产之至成为商品的一系列过程。
这一系列过程可分为三个阶段：1.实验室阶段——基本生物细胞的筛选和培养基的研究，摇瓶培养或1——3L反应器进行2.中试阶段——小型反应器5——500L规模，环境因数最佳操作条件研究。
3.工厂化规模——实验生产至商业化生产，提供产品并获经济效益。
以上同一发酵生产，规模不同，生物反应相同，但反应溶液的混合状态、传质与供热速率等不尽相同，细胞生长与代谢产物生成的速率也有差别。
1.3.2生物反应器的放大：1）定义：生物反应器的放大就是在生物反应器放大过程中，也就是以中试反应设备的实验数据为依据，设计制造大规模反应系统以进行工业规模生产。
2）放大的核心问题和目的（1）核心问题：生物反应器中有三种重要的过程：热量传递过程，微观动力学过程（主要指生物反应的速率问题，特别是细胞生长速率，各种基质组分消耗的速率、代谢产物的生成速率等），质量传递过程。
其中核心问题是传质过程，其中限制性的传质速率就是气态氧向液相中传递（溶解）的速率。
（氧的传递通常是气相的氧先溶在发酵液中再传递给菌体。
为什么氧的溶解速率为限制性速率？？请看书中19页的表1-4）（2）放大的目的或指标维持中试所得到的最佳的细胞生长速率，产物的生成速率。
3）生物反应器的放大原则生物反应器的类型很多，所使用的体系也各异。
因此生物反应器的放大是比较复杂的。
书中介绍的是机械搅拌发酵罐的一些经验放大方法。
需要注意的是运用不同的放大原则，放大后罐的操作条件是不一样的。
看书中27页得表1-7.这说明在放大中选用什么准则是要积累较多的经验的。
1.4生物反应器的检测和控制1.4.1引言根据目前人们对生物反应过程的理解，生物反应器的检测和控制对象主要包括三个部分的参数，即，（1）生物反应进程的物理条件，如温度、压力、搅拌速度等；（2）生物反应器进程中的化学条件，如液相pH，氧气和二氧化碳的浓度等；（3）生物反应器进程中的生化参数，如生物体量，生物体营养和代谢产物浓度等。
第五章 生物反应器的检测及控制汇总
6.发酵液黏度检测
▪ 常用的黏度仪有：振动式 黏度传感仪、毛细管黏度 计、回转式黏度计以及涡 轮旋转黏度计等。
（1）振动式黏度传感仪： 特制金属棒插入反应器溶 液，强制振动，其振动特 性与液体黏度有关。（可 保证无菌操作，但测定黏 度相对值，精确度较差。）
（13）溶氧浓度和氧化还原电位：需氧发酵中，不同发 酵及发酵时期有不同溶氧水平，通过检测溶氧浓度变 化，了解发酵是否异常，进行发酵中间控制。对亚好 氧发酵则通过氧化还原电位计来确定微小溶氧值。
（14）发酵液中CO2溶解浓度：通气发酵中， CO2溶解 浓度过高抑制细胞生长和产物形成；对光照自养的微 藻培养，适当提高CO2溶解浓度有助于细胞生长。
片切割磁场或光速而产生脉冲信号，脉冲频率与转 速相同。 ▪ 测速发电机：在搅拌或电极轴上装设一小型发电机， 输出电压与转速成线性关系。
▪ 搅拌转速调节：小罐采用直流电机、调速电机和变 频器等实行无级调速，大罐调速设备投入大，目前 固定转速。
▪ 控温介质：冷、热水。
2.压强检测
▪ 最常用的是隔膜式压力表。
▪ 工业规模生产时，通常把压力信号转换成电信号， 以便远距离监控。
3.液位和泡沫高度检测
▪ 液位检测法主要有：压差法、电容法和电导法，前 两种最常用。
（1）电容式液面计（液位不同，两根金属电极间电 位不同）
（2）压差法（反应器内上下两点或三点间不同压强 计算出料液量和液面高度）
▪ 铂电阻耐热、耐腐蚀、精度高、价高；铜电阻价低、 易氧化、体积大。
▪ 半导体热敏电阻灵敏度高、响应时间短、体积小、结 构简单、耐腐蚀、寿命长，但温度与电阻值的关系非 线性，使用不多。
生物反应器的设计和运行控制
生物反应器的设计和运行控制生物反应器是生物技术中最重要的设备之一，它能够在一定的反应条件下，将生物体内的化学反应不断进行并产生有效的产物。
生物反应器的设计和运行控制是生物技术领域研究的重点之一。
一、生物反应器设计中的关键要素1. 反应器选择生物反应器有许多类型，包括培养皿、摇瓶、滚筒、流加式等。
在设计反应器时，必须考虑实验需求，例如反应器的大小、温度控制、气体通量和搅拌速度等。
可以选择适当的反应器，如摇瓶适用于真菌或微生物的培养和扩增，滚筒适用于生物质转化、蛋白质表达等，流加式适用于产生低浓度微信分子。
2. 培养条件培养条件对反应器性能和输出产品的质量影响很大。
必须考虑环境因素，如气体浓度、酸碱度、温度、搅拌速度、空气湿度等。
在设定条件时，必须调整相关参数，以满足产物的需求。
3. 辅助设备针对不同的反应器类型和实验需求，需要选择适当的辅助设备，如压力传感器、温度控制器、搅拌器、氧气流量计和反应器用于搅拌或混合的装置等。
二、运行控制中的要点1. 测量数据的获取和分析反应物性、反应速率等信息可以通过传感器记录并获取。
控制系统定期收集数据，进行数据分析，发现问题并做好反应调整。
2. 温度控制温度对反应器性能具有很大影响，反应温度必须稳定且准确控制。
可以通过加热和降温控制，自动控制系统可以保证反应体内的稳定温度和较小的温度波动。
3. 流动速率控制在一些微生物反应器中，气体进出口的加入和流量调节是非常重要的。
流量控制可以通过选择合适的阀门、传感器和调节器等实现。
4. pH控制pH是影响生物反应器反应的主要因素之一。
定期采样和测量ph值可以保证反应的稳定性与有效性。
在ph值的控制过程中，可以选用使用溶液或酸碱控制器进行控制。
5. 氧气流量的控制氧气流量对于微生物的生长和反应非常重要，必须进行一定程度的氧气流量控制。
可以通过通气和压力控制器来实现。
三、生物反应器应用生物反应器广泛应用于化学制药、环保、食品生产、医药等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在微生物发酵以及其他生物反应过程中，为 了使生产稳产高产，降低原材料消耗，节省 能量和劳动力，防止事故发生，实现安全生 产，必须对生物反应过程和反应器系统实行 检测和控制。 生物反应器的检测是利用各种传感器及其 他检测手段对反应器系统中各种参变量进行 测量，并通过光电转换等技术用二次仪表显 示或通过计算机处理。
（2）发酵搅拌功率
生产规模的发酵罐搅拌功率
只是测定驱动电机的电压与 电流，或直接测定电机搅拌 功率。
8. PH的检测
最通用的pH测定仪是复合pH
电极，因其具有结构紧凑，可 蒸汽加热灭菌的优点。
复合PH电极结构
复合PH电极
为了使PH电极适应工业发酵生产的要求， 通常加装不锈钢保护套才能插入发酵罐中 使用。 具有温度补偿系统。 在每批发酵灭菌操作前后进行标定。 通常PH计的测定范围是0～14，精度达 10.05～0.1PH，响应时间数秒至数十秒， 灵敏度为0.1PH。
5．气体流量计
（1）体积流量型气体流量计
原理：根据流动气体动能的转换及流动 类型改变而检测其流量。 实验室小试和中试发酵系统几乎都应用 转子流量计。 同心孔板压差式流量计，可用于工业生 产规模上。
气体流量计
（2）质量流量型气体流量计 检测原理是利用流体的固有性质， 如质量、导电性、电磁感应及导 热等特性而进行设计的。 对气体流量测定，最常用的是利 用其导热性能。
最常用的方法是电极探针测定法：当 泡沫产生增多，其表面上升与电极探 针接触从而产生电信号。 泡沫高度的检测还可应用声波法，即 利用装于罐顶的装置发射声波，检测 此声波经液面反射后返回罐顶所需的 时间，就可推出泡沫表面高度。
4．培养基和液体流量测定
椭圆流量计效应流量计
科里奥利（Coriolis）效应流量计
气体热质量流量传感器结构
气体热质量流量计工作原理
6．发酵液粘度的检测
发酵工业上常用的粘度测定仪有
振动式粘度传感仪、毛细管粘度 计、回转式粘度计以及涡轮旋转 粘度计等。
（1）振动式粘度传感仪
可保证无菌操作， 但只能测定粘度 的相对值，且精 确度较差，仍有 待改进提高。
（2）发酵液循环粘度测定
微孔管在线取样装置
1. 温度的测定
温度检测仪表有热电阻检测器（RTD）、半导 体热敏电阻、热电偶和玻璃温度计等。 最常用的是金属热电阻温度计，其中以铂电阻温 度计最常用，其次铜电阻温度计也可选择。 铂电阻温度计可耐热杀菌，耐腐蚀，精度高，但 价钱较贵。铜电阻温度计价格较便宜，但容易氧化， 且温度计的体积也较大。 半导体热敏电阻具有灵敏度高、响应时间短的优 点，但体积小、结构简单、耐腐蚀性好、寿命长， 但因其温度与电阻值的关系非线性，所以使用不多
生物反应检测仪器的基本构成
l.传感器2.信号转换3.信号放大 4.输出显示
二、主要参数检测原理及仪器
杜绝杂菌污染。
无论是在线检测或取样分析，均应尽 可能不影响反应器系统的运行状态。 对于挥发性物质的检测，可采用微 孔管在线取样检测系统
（2）渗透膜取样系统
检测控制中要明了下述几点：
（1）进行检测的目的； （2）有多少必须检测的状态参数，这些参变量能 否测量检出？ （3）能测定的参数可否在线检测，其响应滞后是 否太大？ （4）从状态参数的检测结果，如何判断该生物反 应器及生物细胞本身的状态； （5）反应系统中需控制的主要参变量是什么？这 些需控制的参变量与生物反应效能如何相关对应？
生物量
细胞浓度
酶活性
细胞生长速率
第二节 生化过程常用检测方法及仪器
一、检测方式及仪器的组成 在线（On—line ）检测：仪器的电极等 可直接与反应器内的培养基接触或可连 续从反应器中取样进行分析测定； 离线（Off—line ）检测：从反应器中取 样出来，然后用仪器分析或化学分析等 方法进行检测。 对生物发酵过程的控制来讲，在线检测 是首选方式。
第一节 生化过程主要检测的参变量
物理参数
1．温度 2．压强 3．液面（或浆液量） 4．泡沫高度 5．培养基流加速度 6．通气量 7．粘度（或表观粘度）
物理参数
8．搅拌转速与搅拌功率 9．冷却介质流量与温度 10．蒸汽压强 11．湿度 12．酸、碱及消泡剂用量
化学参数
1. pH 3. 溶解CO2浓度 5. 排气的氧分压 7. 培养基质浓度 9. 前体浓度 2. 溶氧浓度 4. 氧化还原电位 6. 排气的CO2分压 8. 产物浓度
溶氧电极
2．压强的检测
最常用的压强检测仪是隔膜式 压力表。 在生物反应器中，在压力表安 装时必须注意使仪表的管路能够 加热灭菌，尽量不存在死角，这 样才能保证反应器的无菌操作。
3．液位和泡沫高度的检测
液位的检测主要方法有压差
法、电容法和电导法等。
电容式液面计示意图
压差法测量 液位原理
泡沫高度的测定
9．溶氧浓度的检测
通常用溶氧电极法，其化学基础是 氧分子在阴极上还原，因而有电流 产生，所产生的电流和被还原的氧 量成正比，故设法测定此电流值就 可确定发酵液的溶氧浓度。
溶氧电极
实际上，用一层高分子膜使电极与被测溶液分隔 开，具有如下特点： （1）氧分子扩散透过膜是限速步骤，故测出的电 流值与溶氧浓度成正比； （2）温度变化1℃，则产生4％的变化，故必须 装设温度补偿线路； （3）电流值和氧的扩散系数与溶解度的乘积成 正比关系； （4）这类溶氧电极的阳极面积应比阴极面积大 得多，这样可减小误差。
装设自动无菌取样循环系统，使
发酵液通过取样管路流过旋转式 粘度计或毛细管粘度计，以实现 发酵液粘度的连续在线检测。
7．搅拌转速和搅拌功率
（1）搅拌转速
搅拌转速的检测常用方法有磁感应式、光感应式 和测速发电机等三种。 前两种测速仪是利用搅拌轴或电机轴上装设的感 应片切割磁场或光束而产生脉冲信号，此信号即 脉冲频率与搅拌转速相同。 测速发电机是利用在搅拌轴上或电机轴上装设一 小型发电机，后者的输出电压与搅拌转速成线性 关系。