生物反应器的分类与发展..共18页

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生物反应器的现状及发展趋势

生物反应器的现状及发展趋势

生物反应器的现状及发展趋势【摘要】:生物反应器的研制不仅对现有生物产业的发展起着关键作用,而且可以用于进行高附加值化合物、药物等的生产。

生物反应器在生物产品研究工作中是一个必不可少的重要工具和手段。

人类正面临人口膨胀、陆地资源减少和环境恶化等全球性问题。

传统的生产模式已经很难适应经济快速发展的需要,生物反应器的研究工作正在世界范围内蓬勃兴起。

本文对生物反应器的现状及发展趋势进行了综述。

【关键词】:生物反应器;结构;功能;优缺点;1 生物反应器的定义生物反应器:生物反应器是利用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统,是一种生物功能模拟机,如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。

2 生物反应器的分类2.1 发酵罐2.1.1 发酵罐的主要构造其主体一般为不锈钢制成的主式圆筒,其容积在一平方米至数百平方米。

内部及顶部、底部有附件。

2.1.2 发酵罐的主要分类(1)通气机械搅拌罐通气机械搅拌罐(后面简称发酵罐)是许多发酵过程的首选设备,具有高传质和传热能力,理想的气液混合效果,较长的液体停留时间和较宽的操作气速。

但缺点也明显,郾剪切力较大,损害许多剪切敏感型微生物能耗大,混合不均。

因此,发扬通风搅拌罐的优势,克服其缺点是当前发酵罐研究的重点之一。

通风搅拌罐改进工作主要在搅拌系统,包括搅拌器和多层搅拌系统的优化,搅拌器主要是采用新型搅拌器或改进标准搅拌器,目的是减少桨叶尾流的漩涡以便节能,或者改变反应器的流态,使得剪切力可以均匀的分布,保护反应器中的微生物。

多层搅拌系统很早就开始使用,但由于对其工作机理研究不够深人,多年来一直采用简单的经验设计方法,没有发挥其应有的优势。

目前对于通风搅拌发酵罐的认识已经到了一个新的高度,主要表现在研究的内容和手段两面面,从内容看,对多层搅拌系统的研究不只是以单搅拌研究为基础的延伸,而是以多层搅拌为研究目标研究的深度和广度都在扩展,同时,研究溶液性质对传质和混合的影响,使得得出的成果更接近实际,为进一步的精确设计提供了相当的基础,尽管目前这些进步还不能实现完全通过计算就可实现发酵罐的放大设计。

厌氧生物反应器分类与发展历程

厌氧生物反应器分类与发展历程
➢ 该反应器内通过填充颗粒细小(φ< 1mm)的 载体,以增加供微生物附着生长介质的比表面 (3000~3300m2/m3),并使之流动,疏散, 改善了水力运动和传质状况,从而使活性微生 物数量得以提高,故具有较强运行效能。
➢ 其膨胀率一般为5~20%。 ➢ AAFEB对有机污水的处理过程,实质上是其中
三相分离器
颗粒污泥
配水系统
上流式厌氧污泥床(UASB)
➢ 特点:
➢ 可形成沉淀性能非常好的颗粒污 泥,利用污泥颗粒化实现了HRT 与污泥停留时间的分离,从而延 长了污泥龄
➢ 具有有机负荷高,水力停留时间 短,且无填料、无污泥回流装置、 无搅拌装置,大大降低了运行成 本
➢ 允许较大的上流速度,而且处理 率高,运行稳定
➢ 特点:
➢ 上升流速大Vup (2.5~10m/h,UASB 0.5~1.5 m/h); ➢ CODcr有机负荷率高(5~35kg/m3.d); ➢ 高径比大,污泥床处于膨胀状态; ➢ 出水回流,适合处理低浓度废水; ➢ 颗粒污泥接种,活性高,沉降性能好,粒径大; ➢ Vup大,废水与污泥接触状态良好; ➢ 可应用于含悬浮固体和有毒物质的废水处理。
➢ 这些反应器可以称为第一代厌氧反应器。
2. 第一代反应器
➢ 第一代厌氧反应器的特点 • 通过厌氧产生沼气的作用能使待处理废水与厌氧污泥完 全混合; • 能有效降解废水中的有机污染物; • 反应器内污泥停留时间(sludge retention time, SRT)与 水力停留时间(hydraulic retention time, HRT) 无法分开; • 处理废水或有机废物需要较长的时间(长达几十天), 属低负荷系统。
AF反应器示意
厌氧滤池(AF)

第七章生物反应器

第七章生物反应器
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生物(shēngwù)反应器历史简介
生物反应器这一术语出现的时间不长,但人们(rén men)利用生物反应器进行有用 物质生产却有着悠久的历史。我们祖先酿制传统发酵食品时使用的容器就是最初 的生物反应器。
20世纪40年代是生物反应器的开发、研制和应用获得迅速发展的阶段。 传统生物工业中使用的生物反应器称为“发酵罐”(fermenter)
2.生物反应器的性能常极大地受到热质传递能力的限制,必须改 进生物反应器中热质传递的方法和设备。
3.生物反应器正向大型化和自动化方向发展,反应器的自动检 测和控制系统使反应器在最佳(zuì jiā)条件下操作成为可能,随 着生物工程的日渐成熟和迅速发展,自动检测与控制系统将 会发挥越来越重要作用。
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反应器轴向各处浓度不同; 径向没有浓度梯度。
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dV=Adl
F,[S]
dl
F,[S]+d[S]
(2)物料衡算
流入量=流出量+反应(fǎnyìng)量+积累量
F[S]=F([S]+d[S])-rsdV+0
- Fd[S]=-rsdV
d[S] rs
dV F
V F
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对于(duìyú)一级反应
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二.自吸式发酵罐
利用(lìyòng)搅拌器旋转吸入空 气,搅拌器为空心叶轮,叶轮旋 转时液体被甩出,叶轮中形成负 压,从而将罐外的空气吸到罐内。 空心叶轮与吸气管间用双端面密 封装置,液体深度和罐压有所限 制,采用大面积低阻力的高效空
气过滤器。
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三.鼓泡式发酵罐
无搅拌装置,利用通入培养液的空气泡上 升时带动液体,产生混合效果,H/D=7 空气进 入后停留时间长,设有多层筛板,对上升气泡阻 挡,延长停留时间,并分散气泡,降液管有助于 液体循环

简述生物反应器的分类

简述生物反应器的分类

简述生物反应器的分类
生物反应器是生物学和工程学的重要研究领域之一,其主要目的是将生物材料作为反应器,实现特定的生化过程和反应。

为了更好地研究和理解生物反应器,一般将其分为大气反应器、液体反应器和固体反应器三大类。

一、气反应器
大气反应器是指以空气为反应培养介质的生物反应器。

它们可以用于特定的气体控制反应,如氧气氧化反应和氨气气气反应。

这类反应器的特点是可以控制好气体浓度,而且可以耐受冗余气体的存在,这是其它类型反应器所不能比拟的。

二、体反应器
液体反应器是以液体为反应介质的生物反应器。

其特点是可以实现复杂的生化反应,也可以有效地控制物质的输入和输出。

细胞催化和酶催化反应在液体反应器中常常被采用,并且可以实现高灵敏度和高反应率,同时具有较高的适应性特点。

三、体反应器
固体反应器是以固体为反应介质的生物反应器。

它们通常是一个固定的填料,它可以含有大量的微生物或活性化合物,这些活性化合物能够改变物质的形状和结构,实现特定的生化反应。

固体反应器有很高的应用前景,因为它可以把微生物细胞集成在一起,因此可以实现更复杂的生化反应。

总之,生物反应器可以根据反应培养介质的不同而分为大气反应
器、液体反应器和固体反应器三大类。

每类生物反应器都有自己的优点和不足,应用于不同的环境和场合中会有不同的效果。

只有深入了解这些生物反应器,才能在更大的范围内使用它们,为科学研究提供有效的支持。

第四章 生物反应器

第四章  生物反应器


3、发酵罐冷却面积的计算 发酵罐冷却面积的计算可按传热基本方程式来确定,即:


F
式中
Q K t m



F:冷却面积(米2) Q:总的发酵热(焦耳/小时) K:传热总系数(焦耳/米2.小时.℃) Δtm:对数平均温度差(℃)
二、 啤酒发酵设备

方向发展: 大 型(最大1500吨 )
室 外(减少投资、易于改造)

内循环
外循环
第二节Biblioteka 厌氧(嫌气)发酵生物反应器
应用范围: 酒精、 啤酒、 丙酮丁醇

发展方向: 罐体——大型化 操作——连续化 控制——自动化
一、酒精发酵设备
(一)对酒精发酵罐的要求

满足工艺要求,有利于发酵热的排出; 从结构上有利于发酵液的排放; 有利于设备清洗、维修以及设备制造安装方便等问题; 有利于进行二氧化碳回收。
5、能获得最大的生产效率与最佳的经济效益。

生物反应器的分类:
1、按培养生物类型:
微生物反应器、动物细胞反应器、植物细胞反应器、酶促反应器 2、按培养方式: 通气生物反应器、厌气生物反应器、光照生物反应器、膜生物反应器 3、按生物反应器结构:
罐式、 管式、 塔式、 池式、膜式
4、按操作方式: 间歇式、连续式、半连续式
由于当代发酵工业的发展,大规模悬浮培养微生物(液 态深层培养)已成为生物工业获得产品的最主要手段,通常 把此类微生物反应器统称为发酵罐。
根据微生物是否应通气培养,将发酵罐分为通风发酵罐 和厌气发酵罐。

发酵罐的基本条件
1. 应具有适宜的径高比。发酵罐的高度与直径比约为1.1- 4 (视具体 的罐型而定。如:由于罐身长,氧的利用率较高,因此对于通风发酵设

生物反应器的原理及类型

生物反应器的原理及类型
一段时间内发酵液;淀粉、砂以及含固量大的颜料悬浮液
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D、凯松流体(Casson body)
τ ½ =τ0 ½ + kc(γ) ½ 例如: kc为凯松黏度。油墨、融化的巧克力、血液、酸酪等; 青
霉素发酵液;对丝状菌悬浮液,凯松方程常常比幂定律方程更为适 用
第十六页,共109页。
第一节 生物反应器原理
质量传递 培养液的流变学性质
生物反应器的混合 剪切力
第七页,共109页。
一、生物反应器中的质量传递 混合物中某一组分从其高浓度区域向低浓度区域 方向迁移的过程 .与动量传递、热量传递并列为三 种传递过程。质量传递可以在一相内进行,也可能 在相际进行。
质量传递是物理过程,但当反应器中存在多相时,反 应速率不但与化学因素有关而且与物理因素也有关。质量 传递与化学因素交织在一起,极大地影响着生物反应器内 的实际反应速率。
总体流动的流行相当复杂,不同形式的搅拌器各不相同。最典型的 螺旋桨式搅拌器和涡轮式搅拌器所形成的流型结构。两者相比,螺 旋桨式搅拌器可提供更大的流量,特别适用于要求大尺度混合均匀 的搅拌。
第二十页,共109页。
2)小尺度混合机理 A、互溶液体的混合机理 总体流动可将混合液体中的一种流体破碎成较大的液团,并同
产 微生 发酵 物物 液 流 变 特 性
制 诺尔 牛顿 霉斯 性 菌氏 流 素链 体
青 霉 拟塑 霉菌 性 素 产黄 流
青 青体
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2、影响培养液流动特性的因素 (1)细胞浓度和形态 细胞浓度越大,培养液的黏度也相应增大;
细胞形态变化对培养液的流动特性影响也很大。 例如:不同形态和菌龄的黑曲霉培养液 (2)胞外产物 一些微生物能分泌多糖,它们的培养液因多糖的存在显示

第二章生物反应器

第二章生物反应器

机械搅拌槽式反应器
反应器内的三类主要装置: 混合装置——物料混合;破碎和分散气泡;悬浮固相 物料。 通气装置——导入氧气 传热装置——冷却或加热
搅拌装置
生物反应器中常使的搅拌器型式有:螺旋桨、平桨、
涡轮桨、自吸式搅拌桨和栅状搅拌桨等。另外,翼型 桨也已开始广泛应用于发酵生产,并取得较好效果。
CSTR型与CPFR型反应器的组合
以反应器最小体积为目标,当Cx<Cx opt时,采用 CSTR有利,当Cx>Cx opt时,采用二者串联有利。
半间歇式操作的反应器
底物连续或分批加入,产物一次性或分批排除。 优点是反应物浓度可调控 适用于多种生物反应类型
半间歇操作过程: 补料分批培养:开始培养时,培养液没有一次性加足, 在培养一定时间后,根据培养液营养成分的消耗情况 将部分营养成分连续加入反应器内(称之为补料), 培养结束后一次性全部放出。
流动特性
升、降液管中气含率不同导致的流体密度差是流体循
环的主要动力,通气率大小是影响流体速度的重要因 素。 升、降液管的横切面积相对大小对循环速度也产生影 响。
循环速度?
升液管内氧含量丰富,细胞生长旺盛;降液管氧含量
下降,易产生缺氧。 液体微元体在反应器内循环一周所需时间为一个循环 周期,
底物指数流加模型
加入基质速率随时间呈指数变化 控制策略是控制基质浓度在反应过程中保持恒

浓度不变时的底物衡算式:
F(t)与t成指数关系
反应-分离偶合操作的反应器
解决产物抑制问题。 两种类型:加入分离剂;外部分离器。 反应-膜分离偶合 反应-萃取偶合 选择分离介质的偶合过程 气提和减压分离的偶合过程

生物反应器

生物反应器

生物反应器生物反应器是一种生物技术设备,主要用于生物发酵、生物转化和生物固定化等过程的实现,是生物技术学领域中的核心设备之一。

生物反应器按规模大小可分为实验室规模、小型工业规模、大型工业规模及超大型规模,广泛应用于生物制药、食品工业、环保工程、化工领域及实验室研究等不同领域。

本文主要介绍生物反应器的基本概念、分类、结构、功能与应用等方面的内容。

一、生物反应器的基本概念生物反应器是一种专门用于维持和促进生物体生长繁殖,并对物质能量进行转化的设备。

是利用微生物生长代谢的能力,进行化学制品或生物制品的生产。

反应器内部常温度、氧气含量、pH值、营养物浓度等参数进行监测与控制,以维持接近理想的生长环境,从而提高微生物总体产量和单独化合物的产量。

二、生物反应器的分类按微生物名称分为真菌反应器和细胞反应器两种;按操作条件分为常压和高压反应器两种;按反应器内混合方式分为不同类型,如机械混合反应器、气液混合反应器、液相连续搅拌反应器、固相悬浮式反应器等;按生产工艺分则有批量式反应器、半连续式反应器和连续式反应器等。

三、生物反应器的结构生物反应器结构包括传质层、反应层和生物活性层三个部分。

传质层由反应器外壳和传质器件(气体传输系统与吸收液传输系统)组成,热量传递和质量传递的效率决定于传质器件的选择和设计。

反应层由反应器罐体、搅拌器、传热器、控制仪等组成,其内部环境的压力、温度、营养物浓度、气相浓度、氧含量、pH值等参数决定了反应的产物和效率。

生物活性层是一个重要的环节,是水生生物或微生物参与反应的主要部分。

其中,微生物是生物活性层的核心,它们根据营养状态发生生长、代谢和能量转换等复杂的反应,完成指定的反应目的。

四、生物反应器的功能生物反应器的主要功能是实现微生物生长代谢和化学过程,从而获得所需的生物制品或化学成品。

其次,需要满足反应器内环境的生物学和物理学参数要求,如空气、水、营养物、pH、pO2、温度、压力、流量等参数,确保最大的反应效率和最佳的反应条件。

生物反应器ppt课件

生物反应器ppt课件

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技术参数:
标准配置:
1、罐体系统:
罐体全容积:5L;工作容积:2~4L
罐体材质:硼硅玻璃+316L不锈钢;罐盖材质: 316L不锈钢
罐体设计压力:0.1Mpa;夹套设计压力: 0.25Mpa
罐盖结构:标准温度、PH、 DO 传感器插口各1 个;标准泡沫电极插口1个;通用补料接口2个; 接种口1个;排气口1个;取样管口1个
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发酵罐 发酵罐若
根据其使用对象区分, 可有:嫌气发酵罐、好 气发酵罐、污水生物处 理装置等。
其中嫌气发酵罐最为
简单,生产中不必导入 空气,仅为立式或卧式 的筒形容器,可借发酵 中产生的二氧化碳搅拌 液体。(见彩图)
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产品名称:5L离位灭菌自动台式发酵罐 型 号: SY-3005QB
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8
3、植物细胞培养的特殊条件
(1)光照:离体培养的植物细胞对光照条件不严格, 因为细胞生长所需要的物质主要是靠培养基供给, 但光照不但与光合作用有关,而且与细胞分化有关。
(2)激素:植物细胞的分裂和生长特别需要植物激 素的调节,促进生长的生长素和促进细胞分裂的分 裂素是最基本的激素。
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(二)描述方法
动力学的研究目的是定量地描述过程 的速率以及影响过程速率的诸多因素。
生物过程动力学研究的主要问题是生物 反应的速率,特别是细胞生长的速率、各 种基质组分的消耗速率、代谢产物的生成 速率。
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常用的有:
⑴反应速率:单位时间物质浓度的变化量。如:细胞
的生长速率、代谢产物的生成速率等。
产生的(开始时需接入菌种),为防止杂菌污染和活 性衰退,一般采用分批釜式反应器;

生物反应器归类

生物反应器归类

生物反应器归类
生物反应器是一种用于承载和促进生物反应的装置或体系。

根据反应
器的实际应用和操作原理,可以将生物反应器分为几个类别。

1. 发酵反应器:用于微生物发酵过程的反应器,用于生产食品、饲料、药物和生物燃料等。

常见的发酵反应器包括批式发酵罐、连续式发酵
罐和气体提升式发酵罐。

2. 培养反应器:用于细胞培养和组织工程的反应器,用于生产生物药
物和细胞制品。

常见的培养反应器包括摇床培养器、旋转培养器和悬
浮培养反应器。

3. 污水处理反应器:用于处理废水和污水中的有机物和有毒物质。


见的污水处理反应器包括活性污泥法反应器、膜分离法反应器和生物
滤池。

4. 生物酶反应器:用于生产酶类产物和催化生物酶反应的反应器。


见的生物酶反应器包括固定床反应器、悬浮式反应器和液体-液体界面
反应器。

5. 生物电化学反应器:用于转化生物质和废弃物为电能的反应器。


见的生物电化学反应器包括微生物燃料电池、微生物电解池和生物燃
料池。

以上是一些常见的生物反应器类别,各类反应器在不同领域有广泛应用,以满足人类对食品、药物、能源和环境保护等方面的需求。

《生物反应器》幻灯片

《生物反应器》幻灯片

〔7〕反响器应始终保持正压以排除渗 漏;
〔8〕为了便于清洗,反响器主体应尽 量简单。
生物反响器的类型:
微生物有厌氧和好氧两大类,培养这 两大类微生物的发酵设备有很大的区 别。
根据发酵类型和设备特点,反响器根 本上可以分成两类:厌氧和好氧发酵 设备。
设备因不需供氧,所以设备和工 艺都较好氧发酵简单。
1.槽体 2.冷却水管 3.出酒阀
前发酵槽的计算:
〔1〕发酵槽数目确实定
N=n t
n——每日糖化次数;
t ——前发酵时间。
〔2〕前发酵槽体积确实定
V=ZV0/φ (m3)
V0 ——糖化一次麦汁量,m3 ;
Z ——容纳一次麦汁量的整倍数;
φ——装液系数,取0.8~0.85。
〔3〕前发酵槽冷却面积计算
《生物反应器》幻灯片
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢! 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除,谢谢!
〔2〕尽量减少法兰连接,因为设备震动和 热膨胀会引起连接处的移位,导致染菌。如 有可能,应采用全部焊接构造,焊接部位一 定要确实磨光,以消除积蓄耐灭菌的固体物 质的场所;
连续发酵时间确实定:
t=[2.303/μ] × ㏒ρ0/ρ
μ——生长速率
ρ0 、ρ——发酵开场、发酵时
间t后的发酵 基质液浓度
两罐连续发酵串联物料平衡图:图1-3-15
连续发酵流程:
〔一〕酒精连续发酵流程 图1-3-17 图1-3-18 〔二〕啤酒连续发酵流程 图1-3-19 〔塔式〕 图1-3-22〔多罐式〕
动物细胞培养方法: 1、贴壁培养——成纤维细胞和上皮细胞等
贴壁依赖性细胞在培养中要贴附于壁上,迅 速铺展,有丝分裂,很快进入对数生长期。 2、悬浮培养——在培养器中细胞自由悬浮 生长的过程。主要用于非贴壁依赖性细胞培 养。 3、固定化培养——包埋培养对两类细胞都 适应,细胞生长密度高,抗剪切力和抗污染 能力强。

生物反应器

生物反应器

加热器
气体交换
统中采用膜气体交换器,能快速提供给高
密度细胞所需的氧,同时排除代谢产物;
反应器中的液体流速足以使细胞微粒悬浮
中空纤维培养
中空纤维培养
中空纤维培养装置:该装置是由中空纤维管组 成,每根中空纤维管内径为200μm,壁厚为 50~70μm,中空纤维管的管壁是半透性的多孔 膜,氧与二氧化碳等小分子可以自由地透过膜 双向扩散,而大分子的有机物则不能透过。
动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长,可很方 便地获取营养物质和溶氧。由于该装置内可装 置成千根的中空纤维管,故其生长表面积与体 积之比可达40余倍,而起溶氧传质速率也比悬 浮培养器高3倍。
胞高密度培养的常用设备之一, 其特点是结构简单, 操作 方便。
气升式反应器中悬浮微载体培养Vero 细胞, 在加入适 量保护剂、营养供应充足的情况下,细胞可以正常生长至 长满微载体表面, 终密度可达1. 13 ×106 个/ mL 。
2、动物细胞贴壁培养
滚瓶培养:将右图所示 的滚瓶装入培养液并在 接种后,放到一个装置 上,使滚瓶慢慢旋转, 动物细胞就在滚瓶内壁 生长繁殖,到一定时候 将细胞收获。
中空纤维管生物反应器
培养基出口 空气与CO2入口
细胞
中空纤维管生物反应器如图所示, 它的用途较广,既可培养悬浮生长的细 胞,又可培养贴壁依赖性细胞,细胞的 密度最高可达109/ml数量级。如果控制 系统不受污染,能长期运转。已用这种 反应器培养过的细胞型和生产的分泌产 物如表所示。
空气与CO2出口
微生物和动物细胞培养方法的比较
PH控制 搅拌速度 溶氧控制 培养基灭菌方法 培养时间 对水纯度的要求
微生物细胞
添加酸、碱 速度快、范围广 改变搅拌速度、通气量、进气氧浓度

动物细胞培养生物反应器及专用微载体PPT课件

动物细胞培养生物反应器及专用微载体PPT课件
第23页/共76页
2、限制细胞生长的因素:
• 动物细胞培养系统能达到的细胞密度较低的 主要原因是培养条件和最优化控制的困难, 包括:
▪ 细胞代谢产物的毒害:乳酸、氨等;
▪ 营养物的耗竭 ▪ 可利用的表面积的限制;
细胞凋亡
▪ 接种的细胞最小密度;
① 解决问题的方法是通过过程调控来实现:灌 注系统、换液、流加等,其中灌注是最好的 方法。同时采用合理的培养系统以增加表面 积并提供最佳的物理化学环境。
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存在二种流加方式:

无反馈控制流加:

反馈控制流加:
① 最常见的流加物质:葡萄糖、谷氨酰胺等能源和碳源
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三、半连续式操作(反复分批式、换液培养): • 概念:在分批培养操作的基础上,不全部取出反应系,剩余部分重新补充新的
营养成分,再按分批式操作方式进行培养,反应器内培养液的总体积保持不变。 • 优点:可反复收获培养液,对培养基因工程动物细胞分泌有用产物或病毒培养
和细胞分布均匀,能长期运转
第58页/共76第59页/共76页
第60页/共76页
第61页/共76页
动物细胞反应器的控制
• 溶氧控制:针对动物培养的合适搅拌,加入 少量溶氧量大的不相溶溶济,改变通入气体的氮氧比; • pH控制:采用通入CO2/NaOH缓冲液系统来控制,可避免局部的极端pH出现; • 温度和搅拌转速的控制比较简单
第2页/共76页
动物细胞培养的意义
• 动物细胞培养对生产生物工程产品,特别是功能蛋白质方面具有明显的优势: 1)同源性: • 直接进行翻译后加工,蛋白质可直接折叠成正确的构象 • 翻译后修饰糖基化,与天然产品一致。 2)有利于产品的分离纯化:分泌胞外、纯化方便

第四章 生物反应器

第四章 生物反应器
(郑c)裕h国: 王b :远d山1 :汪d 钊= 3陈.5 小: 龙5 :朱13勍: 徐20 建妙
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

生物反应器的建立与应用

生物反应器的建立与应用

生物反应器的建立与应用生物反应器是指用于处理生物质的设备,它可以提供一个特定环境,使生物体在其中生长、繁殖和代谢,从而完成有用产物的生产或废物的降解。

生物反应器在生物技术、环保、医药、食品等领域都有着广泛的应用,成为了现代工业发展中不可或缺的一部分。

一、生物反应器的分类生物反应器可以按照不同的分类标准进行分类,比如按照反应条件、反应器形式、操作方式等方面来区分。

在本文中,我们主要根据反应器形式来对其进行分类。

1. 批式反应器批式反应器是指加入一定量物质(一般为液体)后,再进行反应和分离。

反应所需时间较长,反应后需清洗设备并重新添加新的物质,适用于不需要大规模生产,或者产品种类繁多、换型频繁的场合。

2. 连续式反应器连续式反应器是指反应物在连续地输入和输出下进行反应,因此无需频繁清洗和添加反应物,适用于大规模连续生产的场合。

3. 农业生物反应器农业生物反应器(agriculture bioreactor)是指将植物、微生物等放入反应器中进行生长、培养、发酵等操作,以提高农业生产效率。

典型的例子就是种植蘑菇的袋式栽培。

二、生物反应器的应用生物反应器在生物技术领域的应用非常广泛,以下是几个典型的例子。

1. 生物质的转化以木质素为例,通过生物反应器,可以将木质素转化为有用的产物,如生物燃料、化学品等。

这一技术被广泛应用于生物能源领域。

2. 药物的制造药物生产通常需要大量的生物反应器进行生长和发酵。

生物反应器可以提供优良的生长环境,使得医药品质量得到保证,并帮助大规模生产。

3. 医用高分子材料的制造在医用高分子材料的制造中,生物反应器可以用于制备生物塑料、纤维素骨代替、生物降解性聚合物等。

这些材料在医学上的应用非常广泛,例如生物支架、人造器官等。

4. 环境保护生物反应器也可以用于环保领域。

例如,生物反应器可以使废水、废气、固体废弃物等被有效处理,降低环境污染程度。

三、生物反应器的发展未来,生物反应器的发展还将面临许多挑战和机遇。

《生物反应器》PPT课件 (2)

《生物反应器》PPT课件 (2)

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(1E-1)
(1) 菌体均衡生长,用单一参数生物量 来描述菌体生长。
(2) 发酵中菌体呈丝状,浓度较大,最 高达40g/L,因此采用contois方程来关 联比生长速率,即:
(1E-1)
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(3) 在发酵过程中菌丝缠绕成球,菌球 直径为50一300µm,球内基质浓度受到 扩散阻碍,因此用基质的有效浓度来代替
一是全混式,即反应器内各点浓度及其它条件均一;
二是活塞流式,即反应器内物质沿一定方向流动,完全 没有反向混合。讨论反应动力学时常常假定生物反应 是在全混的状态下进行的。而实际反应装置因其流动 特点常常介于上述两种理想流动之间,讨论及计算比 较复杂。
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生物反应过程的核心问题是细胞的生长
细胞的生长(繁殖)、代谢是一个复杂的 生物化学过程,既包括有各种细胞内的生 化反应、胞内与胞外的物质交换,也包含 有胞外的物质传递及生化反应。与一般化 学工程不同,这个反应体系的特点是多相、 多组分、非线性的体系。多相指的是体系 内常含有气相、液相以及菌体(固)相,而 各相状态及物理性质不同,相内的反应及 传递各有特点,相间还有复杂的相互作用。
发酵液中浓度,即:
s=S-KixΒιβλιοθήκη (1E一2)精选PPT
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(4) 青霉素的合成受到糖的非竞争性抑制 作用。
(5) 在合适的条件下氮源、溶氧均不是限 制性基质。
基于上述假设(亦即物理模型)可以建立数 学模型。
(1E-3)
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上式中V表示发酵的体积,因此各式中最后一项表示由 于流加物料导致体积变化而引起的各组分的“稀释”作
上述3种模型在实际过程分析中应用较少, 本章不作详细讨论。

生物化工工艺学--第7章--生物反应器

生物化工工艺学--第7章--生物反应器

十一 冷却装置 • 5M3以下发酵罐一般采用夹套冷却。大型发酵罐采用列管 冷却(四至八组)。带夹套的发酵罐罐体壁厚要按外压计 算。 • 夹套内设置螺旋片导板,来增加换热效果,同时对罐身起 加强作用。冷却列管极易腐蚀或磨损穿孔,最好用不锈钢 制造。
十二 发酵罐装料容积 • 发酵罐装料容积:在一般情况下,装料高度取罐圆柱 部分高度,但须根据具体情况而定。采用有效的机械 消泡装置,可以提高罐的装料量。
第二节 鼓泡反应器
鼓泡反应器是以气体为分散相、液体为连续相、涉及气液界面的反应器。 高径比较大的反应器常称为塔式反应器。 特 点:结构简单,易于操作,操作成本低,混合和传质传热性能好,因此广 泛应用于生物工程行业中,例如乙醇发酵、单细胞蛋白发酵、废水处理、 废气处理(例如用微生物处理气相中的苯)等。鼓泡反应器无传动部件,
• 通常通风管的空气流速取20米/秒。为了防止吹管吹入的空 气直接喷击罐底,加速罐底腐蚀,在空气分布器下部罐底上 加焊一块不锈钢补强。可延长罐底寿命。 • 通风量在0.02~0.5ml/sec时,气泡的直径与空气喷口直径的 1/3次方成正比。也就是说,喷口直径越小,气泡直径也越 小。因而氧的传质系数也越大。但是生产实际的通风量均超 过上述范围,因此气泡直径仅与通风量有关,而与喷口直径 无关。
原生流速与搅拌转速成正比,次生流速近似地与搅拌转速的平方成正比。因此, 当转速提高时,主要靠次生流加速流体的轴向混合,使传热传质速率提高。因 此,新型桨型的开发主要侧重于使轴向流速得到加强。
二、发酵罐的结构
• 罐体 :由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成,材料为碳钢或不 锈钢,对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈钢制成,衬里 用的不锈钢板厚为2-3毫米。 • 为了满足工业要求,在一定压力下操作、空消或实消,罐为一个 受压容器,通常灭菌的压力为2.5公斤/厘米2(绝对压力)。
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60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
生物反应器的分类与发 展..
6、纪是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌,集体的声音, 集体的 动作, 集体的 表情, 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律, 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该:活泼而守纪律,天 真而不 幼稚, 勇敢而 鲁莽, 倔强而 有原则 ,热情 而不冲 动,乐 观而不 盲目。 ——马 克思
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
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