空气
除菌
CO2等
生物反应器
检测和控制
原材料 培养基 灭菌 底物
冷却水 产物预处理
产品提取或液化
医学p产pt物
副产物
废物
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3、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
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4、分类：
• 按能量的输入方式分：机械搅拌式、气升 式、液体循环式
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酒精发酵罐的洗涤： 水力喷射装置：
• 两头装有喷嘴的喷水管； 两头有一定的弧度；管 上均匀地钻有一定数量 的小孔；水平安装
• 它是借喷水管两头喷嘴 以一定喷出速度而形 成的反作用力，使喷 水管自动旋转。
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（二）通气发酵罐
1、分类 • 按能量的输入方式分：
机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐
• 罐顶：人孔、视镜及二 氧化碳回收管、进料管、
接种管、压力表和测量 仪表接口管等。
• 罐底：排料口和排污口
• 罐身：取样口、温度计 接口
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发酵的冷却装置：
• 中小型发酵罐：罐顶喷水淋于罐外壁表面进行 膜状冷却；
• 大型发酵罐：罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和 罐外壁喷洒联合冷却装置
• 罐体底部沿罐体四周装有集水槽
• 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。
②搅拌装置
a、搅拌的作用：
• 使罐内液体混合均匀
• 打碎气泡，使氧气均匀溶解
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b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90°
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• 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升
• 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体来自医学ppt13
• 锚式和框式搅拌器:
搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘 度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现 象
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③挡板
• 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩 涡的产生
④通气装置
• 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40-50mm；罐底中央装保护板
• 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的 0.8倍较有效
⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套
⑥机械消沫装置 P42
⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封
（1）气升式发酵罐（P45）
• 分为内循环及外循环两种。
• （内循环）工作原理：
• 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐 上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的 下部装设空气喷咀，空气自喷咀喷出后，与上 升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵 液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的 液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成 反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使 发酵正常进行。
第六章 生物反应器
生物反应器概述 • 生物反应器 微生物反应器
动物细胞培养反应器
• 生物反应器的发酵参数检测与控制
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一、生物反应器概述
1、定义：
2、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。
•
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
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三、动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点 2、大规模动物细胞培养方法：
悬浮培养：让细胞悬浮于培养基内生长繁殖； 贴壁培养：让细胞贴附于某种基质上生长繁殖
的培养方法； 贴壁-悬浮培养：微载体培养
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3、常用动物细胞培养生物反应器
（1）、气升式细胞培养生物反应器 气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中
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（4）机械搅拌自吸式发酵罐（P44）
• 不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空 气的发酵罐。
• 关键部件：中空的叶轮为搅拌器
• 工作原理：叶轮启动前，先用液体将之浸没， 启动后由于叶轮高速旋转，液体或空气在离心 力作用下，被甩向叶轮外缘，在叶轮中心处形 成负压，转速愈大，所成负压也愈大，由于叶 轮空腔与导气管相连通，因此空气被不断吸入 并与高速流动的液体相接触，形成细小的气泡 后分散在液体之中
央导流管使得中央导流管侧的液体密度低于外 部区域从而形成循环。气升式生物反应器主要 采用内循环式，但也有采用外循环式。
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（2）、中空纤维管生物反应器
• 作用是防止染菌和泄漏
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（4）发酵罐的基本条件 ① 发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4
倍） ② 发酵罐能承受一定压力： ③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合 ④发酵罐应具足够冷却面积 ⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏 ⑥ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，
灭菌彻底
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3、常用几种其它发酵罐
2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量
一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫 少时取90%，多时取60%
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（3）发酵罐的结构 ①罐体：
• 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压 能力
• 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。
• 按反应器的操作方式分：间歇式、半间歇 式、连续式
• 按反应器结构特征分：釜式、管式、塔式 等
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二、微生物反应器（发酵罐）
①厌氧生物反应器（嫌气发酵罐）：设备 结构简单
②好氧生物反应器（通气发酵罐）：设备 的结构较复杂
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（一）嫌气发酵罐
酒精发酵罐：
• 密闭式
• 筒体：圆柱形，底盖和 顶盖均为碟形或锥形
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（2）高位塔式发酵罐 （P46） • 特点：高：径=6左右；空气利用率高 • 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） • 主要部件是套筒、搅拌器
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• 工作原理：
搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面， 然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六 根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空 气分配器。空气由空心轴导入，经过搅 拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的 液体相混合，发酵液在套筒外侧上升， 由套筒内部下降，形成循环。