培养基实罐灭菌及计算---例题
①间接加热过程的时间及蒸汽量
G ⋅ C tS − t1 τ= ln K ⋅ F t S − t2 28000 × 4.18 132.9 − 25 = ln 132.9 − 90 1674 × 30 = 2.14(h )
培养基实罐灭菌及计算---例题
G ⋅ C (t2 − t1 ) ' (1 + Q ) S= r 28000 × 4.18 × (90 − 65) = × (1 + 0.05) 2169 = 3638.3( kg )
培养基实罐灭菌及计算---例题
已知： G=28000 kg，F=30 m2 ts=132.9℃ (查196kPa表压蒸汽温度) t2s=10℃， t1s=120℃，t1f=30℃ t1=25℃，t2=90℃ K=1674 kJ/m2·h·℃ C=4.18 kJ /kg·℃，v蒸汽=0.613kg/m3 r=2169 kJ /kg， i=2728 kJ /kg ℃
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
• 保温阶段传热及操作时间的计算
加热蒸汽用量
S＝（30-50%）·S（直接加热蒸汽用量）
保温时间的计算
N0 ⎛ 2.303 ⎞ τ =⎜ ⎟ ⋅ lg NS ⎝ K ⎠
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
• 冷却阶段传热及操作时间的计算
冷却时间的计算
G ⋅ C1 τ= W ⋅ C2
2.实罐灭菌时间计算
温度
时间
2.实罐灭菌时间计算
温度
1代表连续灭菌 2代表分批灭菌（小罐） 3代表分批灭菌（大罐）
时间
2.实罐灭菌时间计算
温度由 T1 至 T2，灭菌速度常数K是一变值
Km
∫ =
T2
K m ⋅τ P
NP = e
2.实罐灭菌时间计算
• 保温段灭菌时间
第2节 培养基实罐灭菌及计算
1.实罐灭菌的操作 2.实罐灭菌时间计算 3.实罐灭菌的传热及操作时间的计算 4.实罐灭菌操作及阀门、管材的选择
1.实罐灭菌的操作
温 度 Ⅰ Ⅱ ⅢⅣ
τ1 τ2 τ3 τ4
τ时间
1.实罐灭菌的操作
Ⅰ——间接加热阶段,培养基由室温加热至80-90℃ Ⅱ——直接蒸汽加热阶段,培养基由80-90 121℃ Ⅲ——保温阶段，121℃ Ⅳ——冷却阶段，121℃ 培养温度
(2)直接蒸汽加热传热及操作时间的计算 加热蒸汽用量
G ⋅ C (t2 − t1 ) ' (1 + Q ) S= i − t2 ⋅ C i − t2 ⋅ C = r
(Q′热损失为5%-15%)
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
(2)直接蒸汽加热传热及操作时间的计算 加热时间的计算
S ⋅ν τ= 2 2 2 0.785 d1 + d 2 + d 3 ⋅ ω S ⋅ 3600
生物工程设备
华东理工大学
生物工程系
第1章 培养基及培养基灭菌设备
本章重点： 1.热灭菌原理 2.理论灭菌时间的计算对数残留定理 3.实罐灭菌及计算 4.连续灭菌设备及流程设计
第1章 培养基及培养基灭菌设备
第1节 第2节 第3节 第4节 培养基灭菌方法 培养基实罐灭菌及计算 培养基连续灭菌的设备及计算 培养基灭菌的工程要求
t1 S − t 2 S ⎛ A ⎞ ⎟ ⋅ ln ⎜ t1 f − t 2 S ⎝ A −1⎠
A=e
K ⋅F W ⋅C 2
t1 − t 2 S = t1 − t 2
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
τ：冷却所需时间（h） W： 冷却水的流量（kg/h） C1：培养基比热（ kJ/kg℃ or kcal/kg℃ ） C2：冷却水比热（kcal/kg℃ or kJ/kg℃ ） t1S：培养基开始冷却时的温度（℃） t1f：培养基冷却结束时的温度（℃） t2S：冷却水进口温度（℃） t1：培养基冷却过程中的任一温度（℃） t2：培养基在t1温度时冷却水的出口温度（℃）
Np ⎛ 2.303 ⎞ τ =⎜ ⎟ ⋅ lg NS ⎝ K ⎠
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
• 升温阶段传热及操作时间的计算
(1)间接加热传热及操作时间的计算 加热蒸汽用量
G ⋅ C (t2 − t1 ) ' (1 + Q ) S= i − t2 ⋅ C i − t2 ⋅ C = r
(Q′热损失为加热蒸汽用量的 5%-15%)
1.实罐灭菌的操作 课件演示
1.实罐灭菌的操作
培养基实罐灭菌操作的关键： • 液面以下与培养基接触的管道都要进蒸汽 • 液面以上不与培养基接触的管道都要排汽
1.实罐灭菌的操作
培养基实罐灭菌的质量评判标准： • 培养基无菌 • 营养成分破坏少 • 培养基灭菌后体积与进料体积相符 • 泡沫少。
2.实罐灭菌时间计算
培养基实罐灭菌及计算---例题
③冷却水用量及冷却时间
G ⋅ C1 ⎛ A ⎞ t1S − t2 S τ= ⎟ ⋅ ln ⎜ W ⋅ C2 ⎝ A − 1 ⎠ t1 f − t2 S 28000 × 4.18 ⎛ 1.4 ⎞ 120 − 10 = ×⎜ ⎟ × ln 35673 × 4.18 ⎝ 1.4 − 1 ⎠ 30 − 10 = 4.68( h )
培养基实罐灭菌及计算---例题
[例1-3]
有一个40 m3发酵罐内装培养基28 m3，不 锈钢蛇管传热面积30 m2,采用实罐灭菌。 培养基原始温度25℃，用196kPa（表压） 蒸汽通过蛇管间接加热培养基至90℃。
培养基实罐灭菌及计算---例题
[例1-3]
①求加热时间和蒸汽用量各为多少？ ②若直接用蒸汽把培养基由25℃加热到90℃ 需用蒸汽量和时间？ ③若用10℃冷却水冷却灭菌后的培养基，将 其从120℃冷却到30℃，求冷却水用量及 冷却时间各为多少？（实测当培养基t1为 80℃，此时冷却水出口温度为30℃）
[
(
)
]
d1、d2、d3：分别为各进气管直径（m） ν：加热蒸汽比容（m3/kg） ωS：蒸汽在管内的流速（m/s）
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
• 保温阶段传热及操作时间的计算
加热蒸汽用量
S = 1.19 F ⋅ τ
P
ν
F：蒸汽排出口的总面积（cm2） τ：蒸汽排出的时间（min） P：罐内蒸汽的绝对压力（kg/m·s2） ν：加热蒸汽比容（m3/kg）
培养基实罐灭菌及计算---例题
②直接加热过程的时间及蒸汽量 • 40m3发酵罐的出料管与进空气管108×4 由此二根管道同时引入蒸汽
4 • ω=25m/s（蒸汽管道中的流速） F = 2×
π
d 2 = 2 × 0.785 × 0.12 = 0.0157( m 2 )
培养基实罐灭菌及计算--例题
G ⋅ C (t2 − t1 ) (1 + Q ' ) S= i − t2 ⋅ C
28000 × 4.18 × (90 − 25) × (1 + 0.05) = 2728 − 4.18 × 90 = 3044.8( kg )
培养基实罐灭菌及计算--例题
S ⋅ V 3044.8 × 0.613 = τ= F ⋅ω 0.0157 × 25 = 4755.3( s ) = 1.32( h )
问题1
实罐灭菌如要缩短冷却时间，采用何 种方式比较经济合理 1、降低冷却水温度？ 2、增加冷却面积？ 3、增加冷却水流量？
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
加热时间的计算
G ⋅ C tS − t1 τ= ln K ⋅ F t S − t2
τ：加热所需的时间（h） K：加热过程中的平均传热系数 （ kJ/m2·h·℃ or kcal/m2·h·℃ ） F：夹套或盘管的传热面积（m2） tS：加热蒸汽温度（℃）
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
培养基实罐灭菌及计算---例题
③冷却水用量及冷却时间
A=e
K ⋅F W ⋅C2
t1 − t2 S = t1 − t2
80 − 10 = 1 .4 = 80 − 30
实测当培养基t1为80℃，此 时冷却水出口温度t2为30℃
培养基实罐灭菌及计算---例题
③冷却水用量及冷却时间
K ⋅F W= ln A ⋅ C2 1674 × 30 = ln 1.4 × 4.18 = 35673( kg / h )
3.实罐灭菌的传热操作时间的计算
G：培养基重量（kg） C：培养基比热（kJ/kg· ℃ or kcal/kg℃ ） S：蒸汽耗量（kg） i：蒸汽的热热焓量（ kJ/kg or kcal/kg ） r：蒸汽的汽化潜热（ kJ/kg or kcal/kg ） t1：开始加热时培养基的温度（℃） t2：加热结束时培养基的温度（℃）
N0 ⎛ 2.303 ⎞ τ =⎜ ⎟ ⋅ lg NS ⎝ K ⎠
• 在实罐灭菌中维持时间一般等于对 数残留定律计算的灭菌时间
2.实罐灭菌时间计算
N0 ⎛ 2.303 ⎞ τ =⎜ ⎟ ⋅ lg NS ⎝ K ⎠
• 严格说在预热100℃-121℃，冷却 121℃-100℃都有部分菌被杀死，当实 罐灭菌的罐越大从100℃预热到121℃ 时间越长被杀灭的菌越多，保温阶段 时间就可以减少