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发酵设备与反应器PPT课件.ppt
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1、发酵设备与反应器1.发酵设备与反应器p生物反应器的分类p发酵罐的放大2.生物反应器的分类酶催化反应器细胞生物反应器 p按所用的生物催化剂的不同分3.生物反应器的分类p按反应器结构特征分釜式、管式、塔式、膜式等类型4.生物反应器的分类p根据细胞或组织的代谢要求厌氧生物反应器 好氧生物反应器 光照生物反应器膜生物反应器5.厌氧发酵罐p用于酒精、啤酒、丙酮丁醇等嫌气发酵产品的生产,由于发酵过程中不需供氧,所以设备结构比较简单。嫌气生物反应器也已趋向大容量发展,并实现了自动清洗。6.好氧发酵罐p机械搅拌型发酵罐p气升式发酵罐p机械搅拌自吸式发酵罐7.机械搅拌型发酵罐 主要组成部分有 壳体、控温部分、搅
2、拌部分、通气部分、进出料口、测量系统和附属系统等。8.机械搅拌型发酵罐目前使用最多的一种发酵罐优点:使用性好、适应性强、放大容易,从小型到中型直至大型的微生物培养过程都可以应用。缺点:罐内的机械搅拌切力容易损伤嫩的细胞,造成某些细胞培养过程减产。9.气升式发酵罐p在环流管底置有空气喷嘴,空气在喷嘴口以250-300m/s250-300m/s的高速喷入环流管,由于喷射作用,气泡被分散于液体中,借助与环流管内气液混合物的密度与反应主体之间的密度差,使管内气一液混合物连续循环流动。10.气升式发酵罐 优点:能耗低,液体中的剪切作用小,结构简单,且由于省去了机械搅拌而不需机械密封,避免了因机械密封不良
3、造成的杂菌污染。缺点:它不适用于高粘度或含大量固体的培养液。11.机械搅拌自吸式发酵罐p不需空气压缩机提供压缩空气,而是利用搅拌器旋转时产生的抽吸力吸入空气。p它的搅拌器是一个空心叶轮,叶轮快速旋转时液体被甩出,叶轮中形成负压,从而将罐外的空气吸到罐内,并与高速流动的液体密切接触形成细小的气泡分散在液体之中,气液混合流体通过导轮流到发酵液主体。12.机械搅拌自吸式发酵罐p优点:省去了空气系统,气体分布均匀。p缺点:进罐空气处于负压,因而增加了染菌机会,且搅拌转速甚高,有可能使菌丝被切断,使正常的生长受到影响。13.发酵罐的放大p微生物培养过程研究的三个阶段工业发酵过程的研究,一般分为三种规模或
4、三个阶段:实验室规模,进行菌种的筛选和培养基的研究;中试生产规模,确定菌种培养的最佳操作条件;工厂生产规模,进行大规模生产,取得经济效益的过程。14.发酵罐的放大p必须使大、小规模实验中的菌体所处的外界环境能保持完全一致。p将实验室和中间试验车间试验所取得的结果,应用到工业性大规模生产中去。这种转移的过程,叫做放大15.发酵罐的放大p生物发酵罐的放大的目标:就是要使大型生物发酵罐的性能与小型发酵罐接近,从而使大型发酵罐的生产效率与小型生产设备发酵罐相似。16.发酵过程的控制发酵的生产水平高低除了取决于生产菌本身的性能外,还要受到发酵条件、工艺等的影响。只有深入了解生产菌种在合成产物过程中的代谢
5、调控机制以及可能的代谢途径,弄清生产菌种对环境条件的要求,掌握菌种在发酵 过程中的代谢变化规律,有效控制,以使生产菌种能始终处于生长和产物合成的优化环境之中,从而最大限度地发挥生产菌种的合成产物的能力,进而了取得最大的经济效益。17.发酵过程的控制温度的影响及其控制1 1PHPH值影响及其控制2 2COCO2 2的影响及控制4 4泡沫的影响及其控制3 318.温度的影响及其控制p温度对微生物生长的影响p温度对发酵代谢产物的影响p影响发酵温度的因素p最适温度的选择19.温度对微生物生长的影响不同微生物的生长对温度的要求不同,根据它们对温度的要求大致可分为四类:嗜冷菌适应于0 026260 0C
6、C生长,嗜温菌适应于151543430 0C C生长,嗜热菌适应于373765650 0C C生长,嗜高温菌适应于65650 0C C以上生长 20.温度对发酵代谢产物的影响p影响微生物细胞内的酶反应p可以改变培养液的物理性质p影响到微生物细胞的生物合成方向p对于同一微生物细胞,细胞生长和代谢产物积累的最适温度往往是不同21.温度影响发酵方向p四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环素,当温度低于30300 0C C时,这种菌合成金霉素能力较强;温度提高,合成四环素的比例也提高,温度达到35350 0C C时,金霉素的合成几乎停止,只产生四环素。22.细胞生长和代谢产物积累的最适温度例如,青
7、霉素产生菌的生长最适温度为3030度,而产生青霉素的最适温度为2525度;黑曲酶的最适生长温度为3737度,而产生糖化酶和柠檬酸的最适温度都是32-3432-34度;谷氨酸生产菌生长的最适温度30-3230-32度,而代谢产生谷氨酸的最适温度却在34-3734-37度。23.影响发酵温度的因素p产热因素:生物热 搅拌热p散热因素:蒸发热 辐射热24.发酵热p发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。发酵热=产热因素-散热因素发酵热=生物热+搅拌热-蒸发热-辐射热QQ发酵=Q=Q生物+Q+Q搅拌-Q-Q蒸发-Q-Q辐射25.生物热(Q Q生物)p在发酵过程中,菌体不断利用培养基中的营养物质,将其分解
8、氧化而产生的能量,其中一部分用于合成高能化合物(如ATPATP)提供细胞合成和代谢产物合成需要的能量,其余一部分以热的形式散发出来,这散发出来的热就叫生物热。26.生物热(Q Q生物)好氧:287.2287.2千焦耳热量,183183千焦耳高能化合物63.763.7104.2104.2千焦以热的形式释放厌氧:22.622.6千焦耳热量,9.69.6千焦耳高能化合物(42.642.6)13 13千焦以热的形式释放p微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多p一摩尔葡萄糖彻底氧化成CO2CO2和水27.生物热(Q Q生物)p培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性,生物的大小与呼吸作用强弱有关p
9、在培养初期,菌数少,呼吸作用缓慢,产生热量较少。p对数生长期时,菌体繁殖迅速,呼吸作用激烈,菌体也较多,所以产生的热量多,温度上升快,必须注意控制温度。p培养后期,已基本上停止繁殖,主要靠菌体内的酶系进行代谢作用,产生热量不多,温度变化不大,且逐渐减弱。28.生物热(Q Q生物)p如果培养前期温度上升缓慢,说明菌体代谢缓慢,发酵不正常。p如果发酵前期温度上升剧烈,有可能染菌p此外培养基营养越丰富,生物热也越大。29.搅拌热(Q Q搅拌)p在机械搅拌通气发酵罐中,由于机械搅拌带动发酵液作机械运动,造成液体之间,液体与搅拌器等设备之间的摩擦,产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关30.蒸发热(Q
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