生物工程设备82376 ppt课件

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第十一章生物工程设备课件

第十一章生物工程设备课件
第十章 干燥过程与设备
第一节 气流干燥 第二节 喷雾干燥 第三节 沸腾干燥与沸腾造粒干燥 第四节 真空干燥和真空冷冻干燥
概论
利用热能除去固体物料中湿份的单元操 作
产品生产最后工序
常用方法:对流干燥、冷冻干燥、 真空干燥、微波干燥等
主要内容:干燥设备和计算
分类方式
热能传递给湿物料的方式:直接干燥、 间接干燥、介电加热干燥
式中 D——干燥管的直径,m。
第二节 喷雾干燥
喷雾干燥:利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状,形成具 有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交 换,迅速排除本身的水分,在短时间内获得干燥 。
压力喷雾法(又称机械喷雾法):利用往复运动的高压泵
气流喷雾法:依靠的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度,将液 体吸出并雾化
一、气流干燥流程与设备
概念:
把含有水的块状或粉粒状物料,通过适当的方法使它们分散到热空气中, 在与热气流并流输送的同时进行干燥而获得粉状干燥制品的过程。
流程:
湿物料
加料斗

固体产品
风机排走废气经
加料器 锁气管
气流干燥管 出口9卸出,
分离
二、气流干燥器的型式 (一)按照加料方式分类
直接加料型
t 1 ,t 2
2 ——进入和离开干燥器的热空气的温度,℃;
——干燥时的微粒的温度,即湿球温度。
空气传给物料的热量可用下列公式计算:
Q 'Q Q 损 -L (I2'-I0)
Q ——空气加热器的热损失,kJ/h,;
Q 损 ——干燥器的热损失,kJ/h; I 2 ' ——当初始空气湿含量为,离开干燥器的温度为时的热焓量。 I 0 ——初始空气的热焓量,kJ/h;

生物工程设备课程设计课件1PPT课件

生物工程设备课程设计课件1PPT课件

22
2.2 蛇管换热装置
根据工艺要求温度、总散热量等确定冷却装置 (设管、列管等)的冷却面积、管径、长度、高 度等参数。
2020/3/25
23
无挡板的涡轮搅拌反应器
蛇管中径与容器直径之比
Dc/D=0.80; 蛇管高度与容器直径之比
Lc/D=1.00; 蛇管管子外径与蛇管中径之比
Dco/Dc=0.042; 每圈蛇管之间距与蛇管管子外 径之比Sc/dco=1.0; 蛇管距器底的高度与容器直径 之比Hc/D=0.10。
2020/3/25
29
3. 发酵罐搅拌装置设计
搅拌装置由搅拌器、轴及其支承组成。搅拌器的形式主要 有:桨式、推进式、涡轮式等,一般在设计任务书中给定。
当搅拌器型式确定后,设计的主要内容是确定搅拌器直径、 搅拌器与搅拌轴的连接结构,进行搅拌轴的强度设计和临 界转速校核,选择轴的支承结构。
搅拌器的直径Dj与发酵罐D1内径之比根据文献推荐值选取。
(2)培养学生对生物工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题 的能力。树立正确的设计思想,掌握机械搅拌通风生物反应器设计的 基本方法和步骤,为今后创造性设计生物反应器和相关技术改造工作 打下一定的基础。
(3)培养学生熟悉、查阅并综合运用各种有关的设计手册、规范、 标准、图册等设计技术资料;进一步培养学生识图、制图、运算、编 写设计说明书等基本技能;完成作为工程技术人员在机械设计方面所 必备的设计能力的基本训练。
2020/3/25
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1 罐体的设计
1.1 罐体的结构设计
罐体由顶盖、筒体和罐底组成,通过支座安装在基础
或平台上,罐底通常采用椭圆形封头,顶盖在受压状态下
操作,常选用椭圆形封头,对直径较小的种子罐,顶盖可

生物工程设备 第一章 绪论ppt课件

生物工程设备 第一章 绪论ppt课件

精选ppt
18
实验室过程
菌种筛选
发酵罐试验
摇瓶试验
精选ppt
19
发 酵 工 程 ── 利用微生物进行产品生产
传统生物技术
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、 有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、 生物农药、生物肥料等
现代生物技术 基因工程菌发酵
基因工程药物、疫苗及抗体产品
医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业
次级代谢产物:抗生素、生物碱、毒素、色素、生长因子 等。
精选ppt
26
4、微生物的生物转化
定义:是利用生物细胞对一些化合物某一特定部 位(基团)的作用,使它转变成结构相类似但具 有更大经济价值的化合物。
最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一 特定部位进行化学反应而形成的。
如:甾体转化(羟基化反应 )氢化可的松生产的生物转化 工艺 兰色梨头霉(新月弯孢霉 )的11β-羟化能力将 21-醋酸化合物S转化成氢化可的松。
化学工程 生物化工 精选ppt 生物加工行业
20
生物反应过程的特点:
通常在常温常压下进行,一种设备有多种用途; 通常以糖蜜、淀粉为主要原料,无毒,不必精制;
反应以生命体的自动调节方式进行,因此数十个反应 过程就象单一反应一样,在发酵罐内进行;容易得到 复杂的高分子化合物;
由于生命体特有的反应机制,能够高度选择性的进行 复杂化合物在特定部位的氧化、还原及官能团的导入 等反应;
产品:淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、糖化酶、蛋白酶、 脂酶、胆固醇氧化酶等
精选ppt
25
3、微生物代谢产物发酵
包括初级代谢产物和次级代谢产物。
对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需 的,称为初级代谢产物或中间代谢产物。

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干燥速率曲线
恒速阶段的干燥速度取决于物料表面水分的汽化速率,即取决于物料外部 的干燥条件(空气温度、湿度及流速等),又被称之为表面汽化控制阶段,
主要是排除游离水分。
2、降速干燥阶段
物料湿含量降至临界点以后,开始进入降速干燥阶段。水分由物料内部
向物料表面传递的速率小于湿物料表面水分的汽化速率,且随着物料湿
水平式烘床
一层 单层高效圆柱型 二层 矩形 三层
垂直烘床
㈠单层高效麦芽干燥塔的结构与操作 结构一般为圆形,砖混结构,装置如图
12
烘床开孔率20%~40%, 干燥室高度6m以上, 麦芽含水降 至10%以下时使用循环风,节热 30%,干麦芽由刮板机排出塔外。
13
单层水平式高效麦芽干燥塔技术指标如下:
3
干燥速率的强化
(一)表面汽化控制的干燥过程(改善外部传递因素) 常压对流干燥:因物料表面保持充分湿润,物料的表 面温度可近似为空气的湿球温度,水分的汽化可看做 是湿球温度下纯水表面的汽化。应提高空气温度,降 低空气湿度,改善空气与物料之间的流动和接触状况, 均有利于提高干燥速率。 真空干燥条件:提高干燥室的真空度,可降低水分的 汽化温度,从而可有效提高干燥速率。
第五章 干燥设备
1
主要内容
• 干燥机理 • 生物工业产品干燥的特点 • 生物工业制品干燥设备
2
第一节 物料干燥过程及生物制品干燥的特点 一、固体物料干燥机理
湿物料的干燥有2个基本过程同时进行: 1.热量由气体传递给湿物料,使其温度升高; 2.物料内部的水分向表面扩散,并在表面汽化被气流带走。 其中质量传递过程又由两步构成: •水分由物料内部向表面扩散(推动力是湿度梯度,扩散阻力与物 料的内部结构有关、与水分和物料的结合方式有关) •水分在物料表面汽化并被气流带走。(推动力是物料表面气膜内 的水蒸气分压与气流主体中水蒸气分压的差值)。

生物工程设备精品.ppt

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• 产物形成方式:

1)是能量代谢的结果,如酵母酒精发酵

2)能量代谢间接结果:柠檬酸合成

3)二次代谢物:青霉素生产

4)产物是胞内或胞外蛋白,这属于蛋白合成
领域,可受到诱导和分解代谢抑制调节,如酶的 合成
精心整理
35
产物形成动力学
Gaden根据产物生成速度与细胞生长速度之间的关系,将 代谢产物生成动力学分为三种类型:
• 生物学基础
• 细胞数动力学 • 无抑制的细胞生长动力学 • 有抑制的细胞生长动力学 • 产物形成动力学
• 传质
• 气-液传质 • 液体-微生物传质
• 传热 • 剪切力问题
• 环境因素对生长及代谢的影响
精心整理
16
生物反应器设计基础
• 生化反应的特点:活细胞

多营养成分

多途径代谢

催化剂为蛋白质组分的酶
生物工程设备
➢ 绪论
➢ 生物反应器设计基础
➢ 生物反应器
➢ 检测控制及放大
➢ 物料处理设备
➢ 产物分离纯化设备

辅助系统设备 精心整理
1
• 作用
课程作用与任务
生物工程设备
生物技术的原理
生物技术产业化
• 任务
生物工程设备的最佳设计和最适选型,满足现代生物技 术产业化的需要;研究开发新型生物工程设备,使生产过程 大型化、多样化、连续化和自动化
ms
(2.5)
•有产物时,基质的线性方程:

/
Y max x/s
/
Y max x/s
ms
2.6
精心整理
23
式中σ-合成单位细胞的基质消耗速率;π-单位细胞的产物生产率。

生物工程设备第二章

生物工程设备第二章

第十六页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十七页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十八页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十九页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第二十页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第二十一页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第九页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十一页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十二页,编辑于星期二:十三点 四十五分第十四页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第十五页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第一页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第二页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第三页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第四页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第五页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第六页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
第七页,编辑于星期二:十三点 四十五分。
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升式,自吸式 • 3)光照生物反应器 • 4)膜生物反应器:可分为非循环式,内循
环式,外循环式生物反应器
生物反应器设计基础
• 化学计量基础
• 生物反应的质量衡算 • 生物反应过程的得率系数
• 生物学基础
• 细胞数动力学 • 无抑制的细胞生长动力学 • 有抑制的细胞生长动力学 • 产物形成动力学 • 环境因素对生长及代谢的影响
Laboratory process development Shake Flask Experiments
第一章 生物反应器设计基础
生物反应器的设计要以生物体为中心 需要两方面的知识 化学工程:反应器的传热,传质的性能,
剪切力,凝聚成颗粒现象,通气 生物工程方程:生物体的生长特性和要求,
• 根据基质和产物的还原度列出电子平衡方程
• 根据ATP的形成与产率相关(生物量直接与 生成能量基质产生的ATP相关)由此确立一系 列关系
• 细胞内营养基质的消耗一部分用于生长,
一部分用于产物形成,一部分用于维持生 命活动
• 维持能的具体表现是:

变形蛋白的变换,保持最佳的胞内
pH,抗衡通过细胞膜的主动运输,无用循
生物工程设备
➢ 绪论
➢ 生物反应器设计基础 ➢ 生物反应器 ➢ 检测控制及放大 ➢ 物料处理设备 ➢ 产物分离纯化设备 ➢ 辅助系统设备
• 作用
课程作用与任务
生物工程设备
生物技术的原理
生物技术产业化
• 任务
生物工程设备的最佳设计和最适选型,满足现代生物技 术产业化的需要;研究开发新型生物工程设备,使生产过程 大型化、多样化、连续化和自动化
•有产物时,基质的线性方程:
= / Y x m / s a / Y x x m / s m a s x 2 . 6
式中σ-合成单位细胞的基质消耗速率;π-单位细胞的产物生产率。
• 若知道得率,可得所需氨量和氧量,及所 产生的CO2和水
• 同样进气,排气和氮消耗量的测量有助于 确定得率
• 其他:
环及运动所需能量
第二节生物反应器的生物学基础
•比生长速率μ:生长速度大小的参数。
r x d X d C1/S= Y1xm /saxm s (2.4)
式中YXS-细胞对基质的得率;
Y
max x/s
-最大得率;ms
-维持系数;
μ-比生长速率。
•无产物时,基质的线性方程:
= /Y x m /s a m x s (2 .5 )
对化学方程式进行元素衡算,得下列方程组:
C: N: O : H:
1YbYpd
aqYb tYp
2.1
12b nbY sYp c 2d
m3a pbY rYp 2c
CHmOl+aNH3+bO2 →YbCH pO nNq (生物量)+ YpCH rOsNt (产物)+ c H2O + dC O2
• 还原度 :某化合物中每一克碳原子的有效电子当量数。
课程内容
生物工程设备
生生 物物 反反 应应 器器 设 计 基 础
检物 测料 控处 制理 及设 放备 大
产辅 物助 分系 离统 纯设 化备 设 备
目的与要求
• 掌握生物反应器的设计基础。 • 掌握生物工程的设备流程、设备结构及工作原理,主要设 备的设计计算及选型。 • 了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。 • 初步具有独立分析和解决试验研究及工业生产上的工程设 备问题的能力。
行的好坏,并获得间接测量的数据 • 最后结合热力学关系,可推断出给定系统
的得率
生物反应的质量衡算
• 细胞反应的元素衡算:
营养物(C源、N源、O2、无机盐类等)→细胞+代谢产物(产物、C O2、 H2O等) CHmOl+aNH3+bO2 →YbCH pO nNq (生物量)+ YpCH rOsNt (产物)+ c H2O + dC O2
琼脂斜面
摇瓶
接种
菌种提纯
种子培养
种 子 罐
无菌空气 生物反应
pH调节液



蒸汽






锅炉 空气压缩机

通气
检测控制
培养基原料
培养基配料
培养基 配料罐
蒸汽灭菌
连消装置
去菌体分离及后处理
成品
典型的分批发酵工艺流程图
机械搅拌反应器

植物细胞培养器
活体生物反应器-转基因牛
Industrial Fermentation Setting
生物体不同阶段对温度,溶氧,pH的要 求,无菌要求
生物反应器设计基础
• 生物反应器的分类按目的分: • 1。生产细胞 • 2。细胞的代谢产物 • 3。酶催化得到的产物 • 按培养类型分类: • 动植物细胞,组织,酶,微生物的培养和发

生物反应器设计基础
• 常用生物反应器: • 1)厌气生物反应器 • 2)通气生物反应器,又可分为搅拌式,气
化合物中任何元素的还原度等于该化合物的化合价。例如:NH3中氮、氢 的还原度为: N = 3, H = 1
基 细质 胞: : bs 44m p22nl 3q(2.2) 产物: p 4y2s3t
根据细胞、基质和产物的还原度可以列出有效电子平衡方程:
s4bYbbYpp
1Ybb Ypp 4a
s
s s
1b p
• 对碳的细胞得率YC
Y C消 生耗 成 基 细 细 基 质 胞 胞 质 的 = 含 量 含 x S 质 碳 XS 碳 量 量 X SY 量 X/S
• 对基质的产物得率Yp/s
YP/S 生消 成耗 代基 谢质 产的 物质 的 =量 质 PS量
基质的细胞得率Yx/s与比生长速率的关系
• 传质
• 气-液传质 • 液体-微生物传质
• 传热 • 剪切力问题
生物反应器设计基础
• 生化反应的特点:活细胞

多营养成分

多途径代谢

催化剂为蛋白质组分的酶
• 因而质量和能量守恒定律间的关系复杂
生物反应器设计基础
• 三者关系: • 化学计量学是反应器设计的关键之一,
为介质的合理设计提供基本数据 • 质量衡算和化学计量关系可判断过程运
基质中传递到氧电 的子 有数 效的分率; b 进入细胞的有效分 电率 子; 数 p 进入胞外产物中子 有数 效的 电分率。
细胞反应过程的得率系数
• 对基质的细胞得率Yx/s
Yx/s消 生耗 成基 细质 胞的 的=质 质 x量 量 S
• 对氧的细胞得率Yx/o
YX/O 生 消成 耗细 氧胞 的的 质 =质 量 xO量
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