教材及参考文献
教材：
《生物工程设备》 梁世中 主编 轻工业出版社
参考文献：
《发酵设备》 高孔荣
轻工业出版社
《发酵工程与设备》 四校合编 轻工业出版社
《抗生素生产设备》 俞俊棠 化学工业出版社
《发酵生产设备》 刘雁然 轻工业出版社
《生化工程》
伦世仪 轻工业出版社
《啤酒工程原理及设备》 吴佩倧 江西科学技术出版社
4、与化学反应器不同，生物反应器设计应具有以下一些
原则： ⑴在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接
连通； ⑵尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引
起法兰连接外移位，从而导致污染； ⑶在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接
点必须磨光，消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所； ⑷防止死角、裂缝等情况； ⑸某些部分应能单独灭菌； ⑹易于维修； ⑺反应器可保持小的正压。
第一章 生物反应器设计基础
生物反应器的化学计量基础 生物反应器的生物学基础 生物反应器的质量传递 生物反应器的热量传递 生物反应器的剪切力问题
生物反应的特点
首先生物反应存在活细胞，在反应中可将它看作催化 剂；
其次，由于细胞是生长着的，它对营养有一定的要求， 使得参与反应的成分很多；
一个优良的生物反应器应具备： 严密的结构 良好的液体混合性能 高的传质和传热速率 灵敏的检测和控制仪表
2、判断生物反应器好坏的唯一标准是： 该装置能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。
3、生物反应器设计的重要方面包括： 生物反应器设计的主要目标：使产品的质量高、 成本低 生物反应器设计的重要方面包括： 1）改善生物催化剂； 2）好的过程控制； 3）好的无菌条件； 4）克服速度限制因素（物质、热量、质量传 递）等。
3.按反歇式生物反应器
4.按反应器结构特征分：罐式、管式、塔式、膜式等
5.按能量的输入方式分： 机械搅拌式
气流搅拌式
液体环流式
6.按容积分类 0.5m3以下的是实验室发酵罐 0.5-50m3 是中试发酵罐 50m3以上是生产规模的发酵罐
绪论
一、基本概念 二、发展过程 三、生物反应器的分类 四、生物反应器设计的目标和原则
一、基本概念
生物反应器是指为一个特定生物化学过程 的操作提供良好而满意的环境的容器。
工业发酵中一般指进行微生物深层培养的 设备
在有些情况下，密闭容器，简单容器
二、发展过程
1）1900年以前，木制容器造酒 2）1900~1940年，钢制发酵罐，开始使用
法兰连接
5、生物反应器开发的趋势和未来方向
（1）开发活性高、选择性好及寿命长的生物催化剂 开发主要途径是利用基因工程技术，实现生物细胞的定 向改造，以及改进酶和细胞的固定化技术
（2）改进生物反应器的传质、传热的方法
（3）生物反应器向大型化和自动化方向发展。反应器的 放大降低了操作成本，自动化检测和控制系统控制使反 应器在最佳条件下操作成为可能
发酵工程设备
主讲人：田亚红
思考： 什么是发酵工程设备？ 生物过程包括那些设备？
生物反应器是发酵工程中最重要的设备之一
空气
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
一
除菌
CO2等
检测和控制
般
生
生物反应器
化
原材料
培养基 灭菌
冷却水
产物预处理
反 应
过
产品提取精制
程
产物
副产物
废物
辅助设备 物料处理与培养基制备、无菌空气制备 发酵液预处理设备（过滤和离心设备） 产品提取与精制设备 核心部分是什么？ 生物反应器
5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、 干扰素等基因工程产品商业化发酵罐更加趋向 大型化和自动化发展.
三、生物反应器的分类
1.按代谢要求分：
厌氧生物反应器（酒精发酵罐、啤酒发酵罐、沼气发 酵罐）
通气生物反应器（搅拌式、气升式、自吸式等）
2.按所用的生物催化剂的不同分：
酶催化反应器和细胞生物反应器
平衡式：
C
1=Yb+Yp+d
N
a=qYb+tYp
O
1+2b=nYb+sYp+c+2d
H
m+3a=pYb+rYp+2c
2. 维持定义
1/YXS=1/YmaxXS+ms/μ
式中: YXS——生物量对基质的得率；
YmaxXS——得率最大值；
ms——维持系数；
μ——比生长速率。
若方程两项乘以μ，得到基质消耗的线性方程：
空气分布器，机械搅拌开始应用 3）1940~1960年，青霉素，通风，无菌操
作， 纯培养等一系列技术开始应用，计算 机用于发酵控制，产物分离纯化商业化。
国外发酵工业的发展概况（19世纪以前）
4）1960~1979年，机械搅拌通风发酵罐的容 积增大到80~150m3，出现压力循环和压力 喷射型发酵罐，克服一些气体交换和热交换问 题，计算机广泛应用.
大型发酵罐
动物细胞反应器
氨基酸生产设备
液态深层白醋发酵设备
1，采摘————2，破皮去梗———3，酒槽浸皮发酵——4，榨汁、前发酵
葡萄酒的酿制工艺
5，橡木桶发酵————————6，窖藏———————7，澄清装瓶
四、生物反应器设计的目标和原则
1、一个优良的生物反应器应具备的条件： 生物反应器的作用： 为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细 胞能更快更好地生长，并得到更多需要的生物量 或代谢产物。
第三，生物反应的途径通常不是单一的，反应过程常 伴随着生成代谢产物的反应，受到多种环境因素的影 响。
一、生物反应器的化学计量基础
1.生化反应方程式
CHmO1+aNH3+bO2 YbCHpOnNq(生物量)+YpCHrOsNt（产
物）+cH2O+dCO2
其中：Yb、Yp分别是生物量和产物相对单位碳源量的产率。
（4）特殊要求的新型生物反应器的研制开发，如基因 产品生产、细胞固定化及动植物细胞培养的工业反应 器，固体发酵反应器、边发酵边分离反应器等的开发 研制已获得广泛重视
（5）降低设备投资方面，对连续过程更加重视。
本课程研究内容
第一章 绪论 第二章 生物反应器设计基础 第二章 物料处理与输送设备 第三章 液体培养基的制备及灭菌设备 第四章 通风发酵设备 第五章 嫌气发酵设备 第六章 过滤、离心与膜分离设备 第七章 蒸发与结晶设备