通風發(fā)酵罐

《通風發(fā)酵罐》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《通風發(fā)酵罐（156頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,,高效生物反應器的特點：,,,(1),傳質和傳熱性能好；,(2),結構密封、防雜菌污染；,,,(3),設備簡單、維修方便；,(4),生產能力高,(5),能耗低；,,,(6),檢測控制系統(tǒng)完善；,(7),易放大；,(8),生產安全,,應用：,,生產酵母、單細胞蛋白、氨基酸、有機酸、酶制劑、,,抗生素、維生素等,通風發(fā)酵罐,,類型：,,,,通風發(fā)酵罐,,機械攪拌發(fā)酵罐,,工作原理,,結構及幾何尺寸,,,溶氧速率、通氣與攪拌,,,熱量傳遞,氣升式發(fā)酵罐,,,工作原理,,氣升環(huán)流式發(fā)酵罐,,典型的氣升

2、式發(fā)酵罐,,,自吸式發(fā)酵罐,,機械攪拌自吸式,,噴射自吸式,,溢流噴射自吸式,,通風固相發(fā)酵罐,,機械攪拌發(fā)酵罐,(TRC),,工作原理：,,利用機械攪拌器的作用，,使空氣和發(fā)酵液充分混合促使氧在發(fā)酵液中溶解，以保證供給微生物生長繁殖、發(fā)酵所需要的氧氣。,,(1),具有適宜的徑高比；,,,(2),能夠承擔一定壓力；,,,(3),保證必需的溶解氧；,,,(4),具有足夠的冷卻面積；,,,(5),盡量減少死角，滅菌徹底，避免染菌；,,,(6),軸封嚴密。,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,發(fā)酵罐的基本條件：,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,大型發(fā)酵罐結構,2,3,1,－軸封 ；,2,、,20,－人孔；,,3,－梯；,

3、4,－聯(lián)軸；,,5,－中間軸承；,6,－溫度計接口；,,7,－攪拌葉輪；,8,－進風管；,,9,－放料口；,10,－底軸承；,,11,－熱電偶接口；,12,－冷卻管；,,13,－攪拌軸；,14,－取樣管；,,15,－軸承座；,16,－傳動皮帶；,,17,－電機；,18,－壓力表；,,19,－取樣口；,21,－進料口；,,22,－補料口；,23,－排氣口；,,24,－回流口；,25,－視鏡；,圖,2.1,大型發(fā)酵罐結構圖,,動畫演示,機械攪拌發(fā)酵罐的結構,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,機械攪拌發(fā)酵罐的結構,,小型發(fā)酵罐結構,圖,2.2,小型發(fā)酵罐結構圖,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,圖,2.3,自動玻璃發(fā)酵罐,

4、圖,2.4,玻璃攪拌發(fā)酵罐,圖,2.5,不銹鋼攪拌發(fā)酵罐,,由圓柱體及橢圓形或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼,。,為了滿足工業(yè)要求，在一定壓力和溫度下操作，罐為一個受壓耐溫容器，通常要求耐受,130℃,和,0.25,MPa,(,絕對壓力,),。,之,機械攪拌發(fā)酵罐,罐 體,受內壓的壁厚：,受外壓的壁厚：,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,攪拌器和擋板,,攪拌器：,,,有平葉式、彎葉式、箭葉式渦輪式和推進式等；其作用是打碎氣泡，使氧溶解于發(fā)酵液中，從攪拌程度來說，以平葉渦輪最為激烈，功率消耗也最大，彎葉次之，箭葉最小。為了拆裝方便，大型攪拌器可做成兩半型，用螺栓聯(lián)成整體。,圖,2.6,發(fā)酵罐攪拌葉輪

5、結構圖,,1-,六直葉渦輪式；,2-,推進式,3-,Lightnin,A-315,式,圖,2.7,不同攪拌器的流型,,擋板：,,,改變液流的方向，由徑向流改為軸向流，促使液體激烈翻動，增加溶解氧。通常擋板寬度取,(,0.1,～,0.12),D,，,裝設,4~6,塊即可滿足全擋板條件。,,所謂“,全擋板條件,”是指在一定轉速下再增加罐內附件而軸功率仍保持不變。,,要達到全擋板條件必須滿足下式要求：,之,機械攪拌發(fā)酵罐,無擋板的攪拌器形成的流型,有擋板的攪拌器形成的流型,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,軸 封,,填料函軸封,：,由填料箱體，填料底襯套，填料壓蓋和壓緊螺栓待零件構成，使旋轉軸達到密封的效果。,

6、作用：,使罐頂或罐底與軸之間的縫隙加以密封，防止泄露和污染雜菌。,端面式軸封又稱機械軸封：,密封作用是靠彈性元件（彈簧、波紋等）的壓力使垂直軸線的動環(huán)和靜環(huán)光滑表面緊密地相互貼合，并作相對轉動而達到密封。,,常用的軸封有填料函軸封和端面軸封兩種。,壓緊,螺栓,填料箱體,圖,2.10,填料函,轉軸,填料壓蓋,銅環(huán),填料,轉軸,圖,2.11,端面封軸,動環(huán),靜環(huán),堆焊硬質,O,形環(huán),圖,2.12,雙 端面封軸,密封環(huán),攪拌軸,罐體,齒輪箱,傳動齒輪箱,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,空氣分布器的作用：吹入無菌空氣，并使空氣均勻分布。分布裝置的形式有單管及環(huán)形管等，常用的分布裝置有單管式。,,空氣由分布管噴

7、出上升時，被攪拌器打碎成小氣泡，并與發(fā)酵液充分混合，增加了氣液傳質效果。,,環(huán)形管的分布裝置的空氣分散效果不及單管式分布裝置。同時由于噴孔容易被堵塞，已很少采用。,,,通常通風管的空氣流速取,20,m/s,。,,為了防止吹管吹入的空氣直接噴擊罐底，加速罐底腐蝕，在空氣分布器下部罐底上加焊一塊不銹鋼補強?？裳娱L罐底壽命,,空氣分布器,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,消泡裝置,消泡裝置就是安裝在發(fā)酵罐內轉動軸的上部或安裝在發(fā)酵罐排氣系統(tǒng)上的，可將泡沫打破或將泡沫破碎分離成液態(tài)和氣態(tài)兩相的裝置，從而達到消泡的目的。,,兩種消泡方法,: (1),加入化學消泡劑；,(2),使用機械消泡裝置,,化學消泡劑：植物油脂

8、，如玉米油、豆油等；動物油脂，如豬油等；高分子化合物。,,機械消泡裝置：最簡單實用為耙式消泡器，此外還有渦輪消泡器、旋風離心式和葉輪式離心消泡器、,碟片式消泡器和刮板式消泡器,等。,旋風離心式,葉輪離心式,耙式消泡器,,碟片式消泡器,刮板,式消泡器,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,大型發(fā)酵罐攪拌軸較長，常分為二至三段，用聯(lián)軸器使上下攪拌軸成牢固的剛性聯(lián)接。,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,聯(lián)軸器及軸承,小型的發(fā)酵罐可采用法蘭將攪拌軸連接。,常用的聯(lián)軸器有鼓形及夾殼形兩種。,聯(lián)軸器,法蘭,,中型發(fā)酵罐一般在罐內裝有底軸承；,,大型發(fā)酵罐裝有中間軸承。,,罐內軸承不能加潤滑油，應采用液體潤滑的塑料軸瓦（如石棉酚醛塑料

9、，聚四氟乙烯等）。,之,機械攪拌發(fā)酵罐,軸 承,底軸承,中間軸承,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,冷卻裝置,,夾套冷卻,豎式蛇管冷卻,豎式列管冷卻,適用范圍,5m,3,以下小發(fā)酵罐,大型發(fā)酵罐,大型發(fā)酵罐,,氣溫較高的地區(qū),優(yōu)點,結構簡單，加工容易，罐內死角少，容易清洗滅菌,流速大，傳熱系數(shù)大，降溫效果較好。,加工方便，提高傳熱推動力的溫差。,缺點,傳熱壁較厚，冷卻水流速低，降溫效果差。,,冷卻水較高時，降溫困難，彎曲位置易腐蝕。,用水量較大。,,在,罐外,安裝板式或螺旋板式熱交換器，采用無菌空氣使發(fā)酵液進行循環(huán)冷卻。,,圖,2.13,機械攪拌通風發(fā)酵罐,,的幾何尺寸,之,機械攪拌發(fā)酵罐,機械攪拌通風發(fā)

10、酵罐的幾何尺寸及體積,體積,尺寸,橢圓形封頭體積：,發(fā)酵罐的總體積：,近似為：,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,機械攪拌發(fā)酵罐的,溶氧速率、通氣與攪拌,,溶,氧,傳質速率,OTR,(Oxygen Transfer Rate),測量體積溶氧系數(shù)的方法,一、亞硫酸鹽氧化法,二、溶氧電極法,影響,K,L,a,的,主要因素,操作條件；,,發(fā)酵罐的結構及幾何參數(shù)；,,物料的物化性能。,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,機械攪拌發(fā)酵罐的溶,氧,系數(shù),,K,L,a,與操作變數(shù)的關系為：,1,）增加攪拌器轉速,N,，,以提高,P,g,，,可以有效地提高,K,l,a,；,,2,）,加大通氣量,V,G,，,以提高,v,s,；,,3,）

11、,提高罐內操作壓力或通入純氧，提高,C*,。,提高,K,L,a,的途徑,機械攪拌發(fā)酵罐的,溶氧速率、通氣與攪拌,,或,機械攪拌的剪切力影響,1,）單細胞微生物如球狀或桿狀的細菌、酵母、小球藻耐受剪切的能力強,；,,2,）絲狀菌的耐受力弱,；,,3,）動物細胞對攪拌剪切力非常敏感。,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,機械攪拌發(fā)酵罐的,熱量傳遞,,發(fā)酵過程的熱量計算,,生物合成熱量計算法,,冷卻水帶出熱量計算法,,發(fā)酵液溫升測量計算法,,攪拌器軸功率的計算（單只攪拌槳）,不通氣條件下的軸功率,P,0,計算,,魯士頓,(,Rushton,J. H.),公式：,P,0,－,無通氣攪拌輸入的功率,（,W,）,；,,

12、N,P,－,功率準數(shù)，是攪拌雷諾數(shù),Re,M,的函數(shù)；,,ω,－,渦輪轉速,（,r/s,）,；,,ρ,L,－,液體密度（,kg/m,3,）；,,μ,－,液體粘度（,N.s/m,2,）；,,D,－,渦輪直徑（,m,）；,圓盤六平直葉渦輪,N,P,≈6,,圓盤六彎葉渦輪,N,P,≈4.7,,圓盤六箭葉渦輪,N,P,≈3.7,,通氣攪拌功率,P,g,的計算,,修正的邁凱爾公式：,攪拌器軸功率的計算（單只攪拌槳）,P,0,－,無通氣攪拌輸入的功率（,kW,）,,ω,－,渦輪轉速,（,r/min,）,,D,i,,－,渦輪直徑（,cm,）,,Q,－,通氣量（,mL,/min,）,,例題：,某酶制劑廠,,1

13、0,m,3,機械攪拌發(fā)酵罐，發(fā)酵罐直徑,D=1.8m,，,一只圓盤六彎葉渦輪攪拌器直徑,D =0.6m,，,罐內裝有四塊標準擋板,，,裝液量,V,L,為,6,m,3,，,攪拌轉速,ω=168rpm,，,通氣量,Q=1.42 m,3,/min,，,醪液粘度,μ=1.96×10,-3,N·s/ m,2,，,醪液密度,ρ=1020 kg/ m,3,,，,三角皮帶的效率是,0.92,，滾動軸承的效率是,0.99,，滑動軸承的效率是,0.98,，端面軸封增加的功率為,1%,，求軸功率,Pg,和,k,L,α,，,并選擇合適的電機。（已知在充分湍流狀態(tài)時，圓盤彎葉渦輪攪拌器的功率準數(shù),N,P,= 4.7,）

14、,,解：,1.,先求出,R,e,：,攪拌功率的計算,2.,因,R,e,≥10,4,，,所以發(fā)酵系統(tǒng)在充分湍流狀態(tài)，即有功率系數(shù),N,P,= 4.7,，,故葉輪的不通氣時攪拌功率,P,0,為：,,3.,求通氣時攪拌功率,P,g,：,4.,所需電動機功率為,：,,4.,求,k,L,α,：,,①,先求空截面氣速,v,S,：,②求,k,L,α,：,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,,之,機械攪拌發(fā)酵罐,小 結,熱量傳遞,工作原理,結構,幾何尺寸,通風、溶氧傳質與攪拌,,攪拌功率的計算,,之,氣升式發(fā)酵罐,氣升式發(fā)酵罐,(,ALR),,工作原理,,特點及應用,,主要結構及操作系數(shù),,典型的氣升式發(fā)酵罐,,,工作原

15、理,之,氣升式發(fā)酵罐,類型,氣升環(huán)流式、塔式、空氣噴射式等。,工作原理,把無菌空氣通過噴嘴或噴孔噴射進入發(fā)酵液中，通過氣液混合物的湍流作用而使空氣泡分割細碎，同時由于形成的氣液混合物密度降低故向上運動，而氣含率小的發(fā)酵液則下沉，形成循環(huán)流動，實現(xiàn)混合與溶氧傳質。,氣液雙噴射氣升環(huán)流反應器,,特點,1,）反應溶液分布均勻,,2,）較高的溶氧速率和溶氧效率,,3,）剪切力小,,4,）傳熱良好,,5,）結構簡單,,6,）能耗小,,7,）不易染菌,,8,）操作和維修方便,特點及應用,之,氣升式發(fā)酵罐,應用,酵母生產、單細胞蛋白生產、細胞培養(yǎng),,酶制劑和有機酸等發(fā)酵生產、廢水生化處理,,主要結構及操作系

16、數(shù),之,氣升式發(fā)酵罐,主要結構參數(shù),1,）反應器徑高比,H/D,,2,）,導流筒徑與罐徑比,D,E,/D,,3,）,空氣噴嘴直徑與反應器直徑比,D,l,/D,,操作特征,1,）平均循環(huán)時間,t,m,,2,）,氣液比,R,,3,）,溶氧傳質,,之,氣升式發(fā)酵罐,空氣,噴射裝置,,,漩渦式空氣噴射器,,之,氣升式發(fā)酵罐,氣升環(huán)流式反應器,氣液雙噴射氣升環(huán)流反應器,多層空氣分布板的,,氣升環(huán)流式反應器,,之,氣升式發(fā)酵罐,ICI's air lift system for making single-cell protein in 1979,注射入口,ICI,壓力循環(huán)氣升發(fā)酵罐,,之,氣升式發(fā)酵罐,

17、氣升式玻璃發(fā)酵罐,具有外循環(huán)冷卻的,,氣升環(huán)流式發(fā)酵罐,,對偶脈沖氣體環(huán)流發(fā)酵罐,之,氣升式發(fā)酵罐,,之,氣升式發(fā)酵罐,BIOHOCH,?,,反應器,徑向流噴射器是核心元件。空氣和水相對噴入，含極大能量的水使空氣分散成又細又均勻的氣泡。循環(huán)管保證流向及液體充分曝氣。,,BIOHOCH,?,,反應器的特點：,,緊湊，無噪音，無異味,—,因為反應器很高，故占地面積小，不會受噪音和氣味侵擾,,經濟,—,氧利用率高保證能量節(jié)省,80%,,可靠性,—,反應器易于進入，優(yōu)質的防腐處理比混凝土更不易泄漏。一旦泄漏發(fā)生，也可立即監(jiān)控。一套完整的系統(tǒng)保證廢水不會無控制流出 。,BIOHOCH,?,,反應器處理工

18、業(yè)廢水技術,,之,氣升式發(fā)酵罐,,之,氣升式發(fā)酵罐,小 結,,工作原理,,類型及特點,,主要結構及操作系數(shù),,典型的氣升式發(fā)酵罐,,,之,自吸式發(fā)酵罐,自吸式發(fā)酵罐,自吸式發(fā)酵罐：,,不需空氣壓縮機提供加壓空氣，而依靠特設的機械吸氣裝置或液體噴射吸氣裝置吸入無菌空氣，實現(xiàn)混合攪拌與溶氧傳質的發(fā)酵罐。,應用：,,酵母及單細胞蛋白生產、醋酸發(fā)酵、維生素等生產,,之,自吸式發(fā)酵罐,自吸式發(fā)酵罐,優(yōu)點：,,,,(1),不必配備空氣壓縮機及其附屬設備，節(jié)約設備投資，減少廠房面積；,,,(2),溶氧速率高，溶氧效率高，能耗較低；,,,(3),生產效率高、經濟效率高,,,(4),設備便于自動化、連續(xù)化。,

19、缺點：,,,較易產生雜菌污染，需配備低阻力損失低高效空氣過濾系統(tǒng)，罐壓較低，裝料系數(shù)約為,40,％。,,之,自吸式發(fā)酵罐,機械攪拌自吸式發(fā)酵罐,,自吸式發(fā)酵罐的結構,,之,自吸式發(fā)酵罐,機械攪拌自吸式發(fā)酵罐,工作原理,：,,,之,自吸式發(fā)酵罐,機械攪拌自吸式發(fā)酵罐,機械攪拌自吸式發(fā)酵罐的設計要點,：,,(1),發(fā)酵罐的高徑比,(2),轉子與定子的確定,(3),吸氣量計算,,之,自吸式發(fā)酵罐,噴射自吸式發(fā)酵罐,噴射自吸式發(fā)酵罐：,,,,利用文氏罐噴射吸氣裝置或溢流噴射吸氣裝置進行混合和溶氧傳質。,文氏管自吸式發(fā)酵罐,液體噴射自吸式發(fā)酵罐,溢流噴射自吸式發(fā)酵罐,,之,自吸式發(fā)酵罐,文氏管自吸式發(fā)酵

20、罐,噴射自吸式發(fā)酵罐,,文氏吸氣管,之,自吸式發(fā)酵罐,液體噴射吸氣裝置,噴射自吸式發(fā)酵罐,,之,自吸式發(fā)酵罐,噴射自吸式發(fā)酵罐,Vobu,-JZ,單層溢流,,噴射自吸式發(fā)酵罐,Vobu,-JZ,雙層溢流,,噴射自吸式發(fā)酵罐,,之,通風固相發(fā)酵罐,通風固相發(fā)酵罐,,之,其他類型發(fā)酵罐,其他類型通風發(fā)酵罐,,之,其他類型發(fā)酵罐,其他類型通風發(fā)酵罐,,之,其他類型發(fā)酵罐,其他類型通風發(fā)酵罐,,之,其他類型發(fā)酵罐,其他類型通風發(fā)酵罐,臥式,轉盤發(fā)酵反應器,,光照不銹鋼發(fā)酵罐,之,其他類型發(fā)酵罐,其他類型通風發(fā)酵罐,,,小 結,,通風固相發(fā)酵罐,,機械攪拌發(fā)酵罐,,氣升式發(fā)酵罐,,自吸式發(fā)酵罐,,嫌

21、氣發(fā)酵設備,,,酒精發(fā)酵設備,,,啤酒發(fā)酵設備,,,連續(xù)發(fā)酵設備,,酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐,動畫演示,,洗滌裝置,酒精發(fā)酵設備,,酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐的計算,發(fā)酵罐結構尺寸的確定,,帶有錐形底、蓋的圓柱形發(fā)酵罐全容積為,:,式中,V—,發(fā)酵罐的代表容積（,m,3,）；,V,0,—,進入發(fā)酵罐的發(fā)酵液量（,m,3,）,,,—,裝液系數(shù)， 一般取,=0.85~0.90,發(fā)酵罐全容積按下列計算,:,,酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐的計算,罐體高度、底、蓋高度和罐徑的尺寸關系：,,酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐的計算,發(fā)酵罐罐數(shù)的確定,,對于間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐罐數(shù)可按下式計算：,式中,N,－,發(fā)酵罐個數(shù)；,n

22、,－,每,24,小時內進行加料單發(fā)酵罐數(shù)目；,,,t,－,一次發(fā)酵周期所需時間，,h,,發(fā)酵罐冷卻面積的計算可按傳熱基本方程式來確定，即：,酒精發(fā)酵設備,酒精發(fā)酵罐的計算,發(fā)酵罐冷卻面積計算,式,中,A—,冷卻面積（,m,2,）,;,Q—,總的發(fā)酵熱（,J/h,） ；,,,K—,傳熱總系數(shù)（,J/m,2,,.,h),；△,T,m,—,對數(shù)平均溫度差,,酒精發(fā)酵設備,總的發(fā)酵熱,Q,,對數(shù)平均溫度差,△,T,m,,傳熱總系數(shù),K,,冷卻水耗量的計算,,酒精發(fā)酵設備,例題,某酒精工廠，每發(fā)酵罐的進料量為,24,t/h,，,每,4,h,裝滿一罐，發(fā)酵周期為,72,h,，,冷卻水的初、終溫分別為,20

23、℃,和,25℃,，若罐內采用蛇管冷卻，試確定發(fā)酵罐的罐數(shù)、結構尺寸、冷卻水耗量、冷卻面積和冷卻裝置的主要結構尺寸。（糖化醪密度為,1076,kg/m,3,),解：,,(1),確定發(fā)酵罐個數(shù),,酒精發(fā)酵設備,,(2),確定發(fā)酵罐體積及結構尺寸,發(fā)酵罐體積,發(fā)酵罐幾何尺寸,選取結構尺寸比例：,H = 1.2D,，,h,1,＝,h,2,＝,0.1D,h,2,h,1,H,則,發(fā)酵罐表面積,(,圓柱體表面積,A,1,和罐底、罐頂表面積,A,2,、,A,3,）,,酒精發(fā)酵設備,,(3),冷卻面積和冷卻裝置主要結構尺寸,① 總的發(fā)酵熱,Q,,② 冷卻水耗量,③ 對數(shù)平均溫度差△,T,m,酒精發(fā)酵設備,,④

24、傳熱總系數(shù),K,值,⑤ 冷卻面積,酒精發(fā)酵設備,,⑥ 冷卻裝置主要結構尺寸,列管總長度,L,每圈蛇管長度,l,蛇管總圈數(shù),蛇管總高度,酒精發(fā)酵設備,,啤酒發(fā)酵設備,啤酒釀造工藝,,啤酒發(fā)酵設備,,啤酒發(fā)酵容器的發(fā)展,1.,發(fā)酵容器材料的變化,,2.,開放式向密閉式轉換,,3.,密閉容器的發(fā)展,,大型的啤酒發(fā)酵罐,奈坦罐、聯(lián)合罐、朝日罐,,,前發(fā)酵設備,啤酒發(fā)酵設備,前發(fā)酵槽,,啤酒前、后發(fā)酵設備及計算,,啤酒發(fā)酵設備,,前發(fā)酵設備,前發(fā)酵室,,,啤酒前、后發(fā)酵設備及計算,,啤酒發(fā)酵設備,,前發(fā)酵槽的計算,啤酒前、后發(fā)酵設備及計算,,(1),發(fā)酵槽數(shù)目的確定,,(2),前發(fā)酵槽體積的確定,,(3

25、),前發(fā)酵槽冷卻面積計算,,啤酒發(fā)酵設備,臥式后,發(fā)酵槽,,立式后發(fā)酵槽,,,后發(fā)酵設備,啤酒前、后發(fā)酵設備及計算,,啤酒發(fā)酵設備,后,發(fā)酵槽的計算,啤酒前、后發(fā)酵設備及計算,,(1),后發(fā)酵槽數(shù)目的確定,,(2),后發(fā)酵槽全體積的確定,,啤酒發(fā)酵設備,新型啤酒發(fā)酵設備,,圓筒體錐底發(fā)酵槽,圓筒體錐底立式發(fā)酵罐（簡稱錐形罐 ）。這種設備的優(yōu)點在于能縮短發(fā)酵時間,,,而且具有生產上的靈活性，適合于生產各種類型啤酒的要求。目前，錐形發(fā)酵罐成為國內外啤酒工廠使用較多的設備。,,啤酒發(fā)酵設備,H,H,0,D,60°,H/D = 1.5～6:1,,,錐形罐的幾何尺寸,H,0,/D = 0.866,新型啤

26、酒發(fā)酵設備,,啤酒發(fā)酵設備,新型啤酒發(fā)酵設備,,錐形罐的冷卻裝置,,新型啤酒發(fā)酵設備,啤酒發(fā)酵設備,,錐形罐,,新型啤酒發(fā)酵設備,啤酒發(fā)酵設備,,,聯(lián)合罐,,新型啤酒發(fā)酵設備,啤酒發(fā)酵設備,,朝日罐,優(yōu)點：可加速啤酒的成熟。發(fā)酵時罐的裝量達,96,％，提高設備利用率，減少了排除酵母時發(fā)酵液的損失。,,缺點：動力消耗大。,,,新型啤酒發(fā)酵設備,啤酒發(fā)酵設備,,CIP,清洗系統(tǒng),預沖洗,堿預洗,中間清洗,固定噴頭噴洗,清水沖洗,酸沖洗,堿噴洗,,,啤酒發(fā)酵設備,,啤酒工廠典型設備,實習基地（瀾滄江啤酒廠和,KK,啤酒廠）典型設備,,連續(xù)發(fā)酵,間歇發(fā)酵：,操作簡單，發(fā)酵周期長，發(fā)酵罐數(shù)多，設備利用率

27、低。,連續(xù)發(fā)酵：,培養(yǎng)液濃度和代謝產物含量相對穩(wěn)定，發(fā)酵周期短，設備利用率和生產效率高，易于自動化生產。,連續(xù)發(fā)酵存在的問題：,,（,1,）微生物的突變,,（,2,）污菌,,（,3,）混合均勻度,,（,4,）絲狀菌的輸送,,連續(xù)發(fā)酵,連續(xù)發(fā)酵時間的確定,,連續(xù)發(fā)酵,連續(xù)發(fā)酵理論罐數(shù)的確定,物料平衡方程式：,,連續(xù)發(fā)酵,酒精連續(xù)發(fā)酵流程,,淀粉質原料制酒精連續(xù)發(fā)酵流程,連續(xù)發(fā)酵,酒精連續(xù)發(fā)酵流程,,連續(xù)發(fā)酵,啤酒連續(xù)發(fā)酵流程,塔式連續(xù)發(fā)酵流程,,連續(xù)發(fā)酵,啤酒連續(xù)發(fā)酵流程,塔式發(fā)酵,,連續(xù)發(fā)酵,啤酒連續(xù)發(fā)酵流程,多罐式連續(xù)發(fā)酵,,小 結,,酒精發(fā)酵設備,,酒精發(fā)酵罐結構,,酒精發(fā)酵罐的計算,,啤

28、酒發(fā)酵設備,,新型啤酒發(fā)酵罐,,,CIP,清洗系統(tǒng),,連續(xù)發(fā)酵,設備,,酒精連續(xù)發(fā)酵,,啤酒連續(xù)發(fā)酵,,植物細胞（組織）培養(yǎng)反應器,植物細胞（組織）培養(yǎng),,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,,植物組織培養(yǎng)反應器,,植物細胞培養(yǎng)技術包括植物器官（根、枝葉、發(fā)根、胚和冠,,癭組織等）、組織、細胞以及原生質體培養(yǎng)，并以此發(fā)展起來,,的各種植物細胞培養(yǎng)技術。,植物細胞培養(yǎng),,Gottleib,,Haberlandt,,1902,年,德國植物學家,Haberlandt,在營養(yǎng)液中成功地培育了單個植物細胞，盡管未能使其分裂生長，但為植物細胞培養(yǎng)翻開了新的一頁。,,,Haberlandt,提出植物細胞的“全能性”學說

29、，植物細胞的全能性：植物的體細胞具有母體植株全部遺傳信息并發(fā)育成為完整個體的潛力，因而每一個植物細胞可以像胚胎細胞那樣，經離體培養(yǎng)再生成植株。,,一般采用植物的體細胞,(,二倍體細胞,),， 先經纖維素酶處理去掉細胞壁,(,原生質體,),。將原生質體放在合適的培養(yǎng)基上，經過誘導分化可以重新長成植株。原生質體也可用于植物細胞融合， 然后誘導形成新的植株。,原生質體培養(yǎng),植物原生質體培養(yǎng),,植物組織培養(yǎng),(,plant tissue culture),植物組織培養(yǎng)：,離體的,植物器官、組織、細胞,植物體,愈傷,組織,脫,分化,根,,,芽,再,分化,脫分化：,由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷

30、組織的過程，稱為植物細胞的脫分化。,再分化：,脫分化產生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官，這一過程稱為植物細胞的再分化。,植物組織培養(yǎng),,(,1),(,1),(,3),植物體細胞雜交,(,5),植物,A,細胞,植物,B,細胞,,去壁,原生質體,A,原生質體,B,原生質體融合,融合體,再生壁,雜種細胞,細胞分裂,愈傷,組織,,雜種植株,(,2),(,4),,,,,,植物細胞培養(yǎng)與微生物的區(qū)別：,,細胞的大小,,細胞塊的形狀,,培養(yǎng)液的黏度,,需氧量,,,,K,la,值比微生物培養(yǎng)的,K,la,值小得多,,對剪切力敏感,,需,CO,2,和光照,植物細胞培養(yǎng),(,plant,cel

31、l,culture),,植物細胞培養(yǎng)具有的優(yōu)點：,,（,1,）代謝產物的生產完全在人工控制條件下進行，可以通過改變培養(yǎng)條件和選擇優(yōu)良培養(yǎng)體系得到超整株植物產量的代謝產物；,,（,2,）培養(yǎng)在無菌條件下進行，可排除病菌和蟲害侵擾；,,（,3,） 可以進行特定的生物轉化反應；,,（,4,）可以探索新的合成路線和獲得新的有用物質等。,植物細胞培養(yǎng),(,plant,cell,culture),,植物細胞培養(yǎng)反應器,,Stirred Tank Bioreactors,植物細胞培養(yǎng)反應器,機械攪拌式反應器,優(yōu)點：,,混合性能好,,傳氧效率高,,操作彈性大,,可用于細胞高密度培養(yǎng)；,缺點：,剪切力大。,,懸

32、浮培養(yǎng)生物反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,機械攪拌式反應器,,非攪拌式反應器所產生的剪切力較小，結構簡單。其主要類型有鼓泡式反應器、氣升式反應器等氣體攪拌式反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,非機械攪拌式反應器,Bubble Column Bioreactor,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,非機械攪拌式反應器,Air-lift Bioreactor,,植物細胞培養(yǎng)反應器,紫草,細胞培養(yǎng),紫草,種子,無菌幼根,LS,培養(yǎng)基,愈傷組織,誘導培養(yǎng),懸浮細胞,懸浮培養(yǎng),細胞增殖培養(yǎng),一級培養(yǎng),,利用“ 優(yōu)勢互補”原則，將兩種反應器結合起來研究出組合式反應器。帶有低速攪拌的氣升式發(fā)酵罐可彌補低氣速時混合性差的弱點。

33、,植物細胞培養(yǎng)反應器,,組合式反應器,光生物反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,固定化細胞生物反應器,,填充床反應器,,流化床反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,流化床反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,流化床反應器,,植物細胞培養(yǎng)反應器,,固定化細胞膜反應器,中空纖維,螺旋卷繞反應器,,植物組織培養(yǎng)反應器,,發(fā)狀根大規(guī)模培養(yǎng),,植物組織培養(yǎng)反應器,,小植物的大規(guī)模快速繁殖,,淺層循環(huán)式植株快速繁殖器,,雙層板徑向流生物反應器,,植物組織培養(yǎng)反應器,,小植物的大規(guī)?？焖俜敝?,內環(huán)噴霧生物反應器,,植物細胞培養(yǎng)的應用,西洋參細胞培養(yǎng),無菌根,愈傷組織,懸浮細胞,發(fā)酵液,乙醇消毒,誘導培養(yǎng),懸浮培養(yǎng),大量培

34、養(yǎng),西洋參根,細胞,過濾,西洋參細胞干粉成品,干燥,植物細胞的生產,藥物的生產,植物細胞,產物,產物作用,紫草細胞,紫草寧,抗炎劑、食用色素,苦瓜細胞,類,胰島素,治療糖尿病,長春花細胞,長春花堿,治療白血病藥,紅豆杉細胞,紫杉醇,抗癌藥物,毛,地黃細胞,毛,地黃毒素,強心劑,,紫草,種子,無菌幼根,愈傷組織,懸浮細胞,細胞增殖培養(yǎng),LS,培養(yǎng)基,誘導培養(yǎng),懸浮培養(yǎng),一級培養(yǎng),產物培養(yǎng),二級培養(yǎng),發(fā)酵液,細胞收集,過濾,產物提取,分離,成品,干燥,紫草細胞培養(yǎng)生產紫草寧,(,Shikonin,),植物細胞培養(yǎng)的應用,代謝產物的生產,,植物細胞培養(yǎng)的應用,植物細胞培養(yǎng)工業(yè)化生產需解決的難題,,縮

35、短生產周期、降低生產成本,,提高培養(yǎng)細胞中的有效成分含量,,防止細胞集聚成塊,,防止細胞株的種性退化和變異,,研制更能適合植物細胞生長的生物反應器,,動物細胞融合,,雜 交 瘤 技 術,,動物細胞培養(yǎng)反應器,動物細胞培養(yǎng)方法,,動物細胞培養(yǎng)技術的應用,,動物細胞培養(yǎng)的特點,,細胞培養(yǎng)的操作方式,,細胞培養(yǎng)反應器,,體外培養(yǎng)的動物細胞根據(jù)它們在培養(yǎng)器皿是否能貼附于支持物上生長特征，可分為貼附型生長和懸浮型生長兩大類。,貼附型細胞,在培養(yǎng)時能貼附在支技物表面生長。大多數(shù)動物細胞屬于貼壁型細胞，如,Hela,、,Vero,、,BHK,、,CHO,細胞系。,懸浮型細胞,在培養(yǎng)中懸浮生長。來源于血液、淋

36、巴組織的細胞，許多腫瘤細胞和某些轉化細胞。,動物細胞培養(yǎng)方法,,動物細胞培養(yǎng)方法,貼壁培養(yǎng),(,單層細胞培養(yǎng),),,,分散的細胞懸浮在培養(yǎng)瓶中很快,(,幾十分鐘至幾小時,),就貼附在瓶壁上，,,稱為細胞貼壁，,,貼壁后的細胞形態(tài)形成多態(tài)性，,,呈單層生長，,,所以此法又叫單層細胞培養(yǎng)。,懸浮培養(yǎng),,,細胞在培養(yǎng)器中自由懸浮生長的過程，,不貼壁,，主要用于懸浮型細胞培養(yǎng)，,如,淋巴,細,和腫瘤細胞,的培養(yǎng)。,,固定化,培養(yǎng),,一種包埋培養(yǎng),。,對兩類細胞都適用，細胞生長密度高，抗剪切力和抗污染能力強。懸浮型細胞常用海藻酸鈣包埋，貼壁型細胞常用膠原包埋。,動物細胞培養(yǎng)方法,,動物細胞培養(yǎng)可生產的生

37、物制品,,1.,病毒疫苗：,口蹄疫,(,FMD),、,狂犬疫苗等,,2.,非抗體免疫調節(jié)劑：,干擾素,(,IFN),、,白介素,(,IL),等,,3.,多肽生長因子：,神經生長因子,(,NGF),、,成纖維細胞生長因子,(,FGF),,4.,酶：,組織血纖維溶酶原激活劑,(,t-PA),,5.,激素：,紅細胞生成素,(,EPO),、,促黃體生成素,(,LH),,6.,病毒殺蟲劑,,7.,腫瘤特異性抗原：癌胚抗原,(,CEA),,8.,單克隆抗體,,9.,皮膚重植,,10.,細胞,動物細胞培養(yǎng)技術的應用,,動物細胞培養(yǎng)技術的應用,動物細胞培養(yǎng)生產生物制品工藝實例,,1.,組織纖溶酶激活劑生產工藝

38、流程,細胞單層,,細胞懸液,,細胞培養(yǎng)物,,培養(yǎng),培養(yǎng)液,,提取液,,層析液,,濃縮液,,層析液,,tPA,成品,,分散,分離,提取,層析純化,濃縮,層析精制,凍干,2.,抗,HBsAS,的單克隆抗體生產工藝流程,培養(yǎng)液,,雜種細胞混合物,,,大鼠骨髓瘤＋免疫大鼠脾淋巴細胞,,,融合,融合混合物,,篩選,克隆化,,雜交瘤克隆系,,種質培養(yǎng),細胞種質,,擴大培養(yǎng),分離,粗制,McAb,,精制,,層析液,,超慮,濃縮液,,凍干,McAb,精品,,,動物細胞培養(yǎng)的特點,,1.,細胞生長緩慢，易受微生物污染，培養(yǎng)時需要抗生素；,,2.,動物細胞較微生物大得多，無細胞壁，機械強度低，適應環(huán)境能力差；,,

39、3.,培養(yǎng)過程需氧量少，且不耐受強力通風與攪拌；,,4.,在機體中，細胞相互粘連以集群形式存在；,,5.,培養(yǎng)過程產物分布于細胞內外，成本高，產品價格昂貴；,,6.,大規(guī)模培養(yǎng)時，不可套用微生物反應的經驗；,,7.,原代培養(yǎng)細胞一般繁殖,50,代即退化死亡。,動物細胞培養(yǎng)的特點,,,無論是貼壁細胞還是懸浮細胞，深層培養(yǎng)的操作方式可分,細胞培養(yǎng)的操作方式,分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式和灌注式。,分批式操作,,操作簡單、是最常用的操作方式。分批式培養(yǎng)過程中，細胞的生長可分為延遲期、對數(shù)生長期、減速期、平穩(wěn)期和衰退期,分批式培養(yǎng)細胞生長曲線,,流加式操作,半連續(xù)式操作,細胞培養(yǎng)的操作方式,能夠調

40、節(jié)培養(yǎng)環(huán)境中營養(yǎng)物質的濃度。,連續(xù)操作,能提高細胞密度，應用于培養(yǎng)懸浮型細胞。,灌注培養(yǎng),大大提高細胞密度，有助于產物的表達和純化。,,動物細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,通氣攪拌式細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,通氣攪拌式細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,通氣攪拌式細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,氣升式細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,氣升式細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,氣升式細胞培養(yǎng)反應器,氣升式培養(yǎng)系統(tǒng)的優(yōu)點：,,,① 沒有移動部件；,,② 完全密封；,,③ 便于無菌操作；,,④ 設計簡單；,,⑤ 便于放大生產；,,⑥

41、氧的轉換率高。,,動物細胞培養(yǎng)反應器,細胞培養(yǎng)流程,,動物細胞培養(yǎng)反應器,中空纖維細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,中空纖維細胞培養(yǎng)反應器,優(yōu)點：,,,① 培養(yǎng)體積小，細胞高密度生長；,,② 有濃縮產品的功能；,,③ 產物純度高；,,④ 自動化程度高，細胞生長周期長。,缺點：,,,中空纖維價格昂貴，生產成本高。,,動物細胞培養(yǎng)反應器,微囊細胞培養(yǎng)反應器,特點：,,① 細胞密度大；,,② 產物濃度高；,,③ 分離純化操作經濟簡單；,,④ 抗體活性、純度好,,動物細胞培養(yǎng)反應器,,微載體,細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,微載體細胞培養(yǎng)反應器,懸浮培養(yǎng)瓶,懸浮培養(yǎng)裝置,,

42、動物細胞培養(yǎng)反應器,微載體細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,微載體細胞培養(yǎng)反應器,,微載體系統(tǒng)培養(yǎng)動物細胞的優(yōu)點：,,⑴比表面積大，單位體積培養(yǎng)培養(yǎng)基細胞產率高,;,,⑵,微載體懸浮于培養(yǎng)基中，細胞生長環(huán)境均一，簡化了這些環(huán)境因素的檢測和控制,;,,⑶,培養(yǎng)基的利用率高,;,,⑷,采樣重演性好,;,,⑸,收獲過程簡單,;,,⑹,放大較容易,;,,⑺,勞動強度小，占用空間小。,動物細胞培養(yǎng)反應器,微載體細胞培養(yǎng)反應器,,動物細胞培養(yǎng)反應器,大載體細胞培養(yǎng)反應器,優(yōu)點：,,,① 操作控制簡單，可隨機取樣檢測；,,② 人工增加附著細胞密度高；,,③ 消耗用品價格低廉，產物收率高；,,活體生物反應器,轉基因植物生物反應器,,應用,,生產糖類物質：淀粉等,,生產可降解生物塑料的原料：,PHA,、,PHB,,,生產蛋白質和多肽,,轉基因動物生物反應器,,動物乳腺生物反應器,,動物血液生物反應器,,動物膀胱生物反應器,轉基因牛,活體生物反應器,,微藻培養(yǎng)反應器,微藻中蛋白質含量高，且富含各種維生素，多不飽和脂肪酸、生物多糖、礦物質等，具有抗腫瘤、防治心血管疾病等生理活性。,螺旋藻,(,Spirulina,),小球藻,(,Chlorella),杜氏,藻,(,Dunaliella,),微藻主要種類及活性成分,,