生物工程设备课件复习点总结.docx
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生物工程设备课件复习点总结.docx
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生物工程设备课件复习点总结
生物工程设备复习点总结
生化反应器的设计是以生物体的代谢为核心,除考虑传质、传热的因素外,还需要考虑对环境条件的要求,同时为提高传质和传热的效率需配置搅拌装置的要考虑剪切力对菌体生长的影响。
发酵过程纯种培养,要求无菌条件。
生化反应的目的可分为三类:
1.生产细胞:
菌体细胞,单细胞蛋白、活菌制剂等;2.细胞的代谢产物:
酒精、氨基酸、抗生素等;3.直接用酶催化的产物:
淀粉糖(果葡糖浆、葡萄糖、饴糖等);大豆蛋白低分子肽等。
机械搅拌通风发酵罐:
它是通过外加压力(空气压缩机)将空气通入发酵罐,并利用机械搅拌器的作用,使空气和醪液充分混合促使氧在醪液中溶解,以保证供给微生物生长繁殖、发酵所需要的氧气。
自吸式发酵罐:
利用特殊的机械搅拌装置或液体喷射吸气装置或溢流喷射器吸入无菌空气并同时实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。
毋须另外提供压缩空气。
气升式发酵罐:
气升式生物反应器是利用气体的喷射动能和液体的重度差引起气液循环流动,从而实现发酵液的搅拌、混合和溶氧。
通用罐的基本条件
(1)发酵罐应具有适宜的径高比。
罐身越高,氧的利用率较高。
常Ho/D=2。
(2)发酵罐能承受一定的压力。
(3)要保证发酵液必须的溶解氧。
(4)发酵罐应具有足够的冷却面积。
(5)发酵罐内应尽量减少死角,避免藏垢积污,能灭菌彻底,避免染菌(6)搅拌器的轴封应严密,防杂菌污染和泄漏。
热交换装置
夹套式换热装置:
多用于容积较小的发酵罐、种子罐;夹套的高度比静止液面高度稍高即可,无须进行冷却面积的设计。
优点是:
结构简单;加工容易,罐内无冷却设备,死角少,容易进行清洁灭菌工作,有利于发酵。
其缺点是:
传热壁较厚,冷却水流速低,发酵时降温效果差。
竖式蛇管换热装置:
安装于发酵罐内,有四组、六组或八组不等,容积5m3以上的发酵罐多用这种换热装置。
优点:
冷却水在管内的流速大;传热系数高。
这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区,水的用量较少。
不足:
气温高的地区,冷却用水温度较高,则发酵时降温困难,发酵温度经常超过40˚C,影响发酵产率,应采用冷冻盐水或冷冻水冷却,增加了投资及生产成本。
此外,弯曲位置比较容易蚀穿。
竖式列管(排管)换热装置:
是以列管形式分组对称装于发酵罐内。
优点:
加工方便,适用于气温较高,水源充足的地区。
缺点:
传热系数较蛇管低,用水量较大。
轴封:
作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封,防止泄漏和污染杂菌。
常用的轴封有两种:
填料函式轴封和端面式轴封(又称机械轴封)。
填料函式轴封的优点是结构简单,主要缺点是:
死角多,很难彻底灭菌,容易渗漏及染菌;轴的磨损情况较严重;填料压紧后摩擦功率消耗大;寿命短,经常维修,耗工时多。
端面式轴封的优点:
清洁;密封可靠无死角;使用寿命长;摩擦功率耗损小;轴或轴套不受磨损;缺点:
结构比填料密封复杂,装拆不便;对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。
轴承:
为了减少震动,中型发酵罐一般在罐内装有底轴承,而大型发酵罐装有中间轴承,底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节。
罐内轴承不能加润滑油,应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙烯等),轴与轴承的接触处可加一个轴套。
通气发酵罐(好氧性发酵罐)主要包括机械搅拌通气发酵罐、气升式发酵罐及自吸式发酵罐。
发酵罐中的搅拌器:
作用有混合、传质、传热、溶氧(打碎气泡)。
类型可分为轴向(如螺旋桨)和径向(如涡轮式)。
圆盘平直叶涡轮搅拌器:
设有圆盘阻挡大的气泡,避免气泡从轴部的叶片空隙上升,使气泡更充分地分散。
具有很大的循环输送量和功率输出,适用于各种流体,包括粘性流体、非牛顿流体的搅拌混合。
圆盘弯叶涡轮搅拌器的搅拌流型与平直叶涡轮的相似,但前者造成的液体径向流动较为强烈,因此在相同的搅拌转速时,前者的混合效果较好。
但由于前者的流线叶型,在相同的搅拌转速时,输出的功率较后者的为小。
因此,在混合要求特别高,而溶氧速率相对要求略低时,可选用圆盘弯叶涡轮。
圆盘箭叶涡轮搅拌器:
其搅拌流型与上述两种相近,但轴向流动较强烈,在同样转速,造成的剪率低,输出功率也较低。
圆盘的作用:
若无圆盘阻挡,则从搅拌器下方空气管进入的无菌空气气泡就会沿着轴部的叶片空隙上升,不能被搅拌叶片打碎,致使气泡的总表面积减少,溶氧系数降低;同时气泡大,上升速度快,走短路,传质效果差。
而安一个圆盘,大的气泡受到圆盘的阻挡只能从圆盘中央流至其边缘,从而被圆盘周边的搅拌浆叶打碎、分散,提高了溶氧系数。
涡轮式搅拌器的流型:
上述三种涡轮搅拌器的搅拌流型基本相同,各在涡轮平面的上下两侧形成向上和向下的两个翻腾。
如不满足全挡板条件,轴中心位置都有凹陷的旋涡。
螺旋桨式搅拌器形成轴向的螺旋流动,混合效果较好,但造成的剪率较低,对气泡的分散效果不好。
一般用在藉压差循环的发酵罐中,以提高其循环速度。
常用的螺旋桨叶数Z=3。
罐中心装垂直螺旋桨搅拌器的搅拌流型:
罐中心垂直安装的螺旋桨,在无挡板的情况下,在轴中心形成凹陷的旋涡。
如在同一罐内安装4~6块挡板,液体的螺旋状流受挡板折流,被迫向轴心方向流动,使旋涡消失(适当安排冷却排管也可)。
挡板的作用:
是改变液流的方向,由径向流改为轴向流,促使液体剧烈翻动,增加溶解氧。
发酵液中因含蛋白质等发泡物质,发酵过程中易产生泡沫,发泡严重时会使发酵液随排气而外溢,且增加染菌机会。
在通气发酵生产中有两种消泡方法:
1.加化学消泡剂:
如豆油;2.机械消泡:
耙式消泡器、涡轮式消泡器、旋风离心和叶轮离心式消泡器、碟片式消泡器、刮板式消泡器。
搅拌器输入搅拌液体的功率:
是指搅拌器以既定的速度旋转时,用以克服介质的阻力所需的功率,简称轴功率。
它不包括机械传动的摩擦所消耗的功率,因此它不是电动机的轴功率或耗用功率。
发酵罐液体中的溶氧速率以及气液固相的混合强度与单位体积液体中输入的搅拌功率有很大关系。
搅拌器所输入搅拌液体的功率取决因素有:
叶轮和罐的相对尺寸、搅拌器的转速、流体的性质、挡板的尺寸和数目。
机械通风发酵罐的溶氧
1氧在液体中的溶解
1.1溶氧速度,双膜理论的基本前提:
(1)气泡和液体之间存在界面,两边分别有气膜和液膜,均处于层流状态,氧分子只能借浓度差以扩散方式透过双膜,
(2)在双膜之间的界面上,氧气的分压强与溶于液体中的氧的浓度处于平衡关系。
(3)传质过程处于稳定状态,传质途径上各点的氧浓度不随时间而变。
根据双膜理论假说,氧在液体中的溶解速率关健在于气液接触面上氧的传递速率,而单位接触面上氧传递速率决定于传递动力与阻力之比,动力为气液两相之间的氧浓度或氧分压差,阻力则来自气膜和液膜。
1.2影响体积氧传递系数KLa的因素:
搅拌、空气流速、空气分布管、发酵罐内液柱的高度、发酵液的性质、泡沫和消泡剂、菌体浓度。
其中,环形空气分布管的分布装置:
喷孔向下,喷孔的总截面积约等于通风管的截面积。
1.3影响传质推动力的因素:
温度(氧在水中的溶解度随温度的升高而降低)。
溶液的性质:
盐和糖的存在降低了氧的溶解度。
在电解质溶液中,由于发生盐析作用,使氧的溶解度降低。
提高氧分压的一个方法就是提高气泡总压力。
2、微生物的耗氧
单位体积发酵液每小时的耗氧量叫做耗氧速率。
25~100mmol氧/(L·h);微生物呼吸开始受到影响的溶氧浓度称为临界溶氧浓度。
3、溶氧浓度的测量和控制
用耐高温的复膜电极在线测量:
将阴极、阳极和电解质溶液装入壳体,用能透过氧分子的高分子薄膜封闭起来,并使阴极紧贴薄膜,就成了极谱型复膜电极。
气升式发酵罐:
机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风,靠机械搅拌作用使气泡分割细碎,与培养基充分混合,密切接触,以提高氧的吸收系数;设备构造比较复杂,动能消耗较大。
采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。
1.气升式反应器的类型:
气升环流式、空气喷射式、鼓泡式。
2.气升式反应器工作原理:
通过喷嘴或喷孔将空气喷射进发酵液中,通过气液的湍流作用面使气泡分割细碎,同时由于形成的气液混合物密度减小而向上升,而气含率小的发酵液因密度较大而下降,从而实现混合和溶氧传质。
3.气升式反应器的特点:
1)反应溶液分布均匀。
2)较高的溶氧速率和溶氧效率。
3)剪切力小,对生物细胞损伤小。
4)传热良好。
5)结构简单,易加工。
6)操作和维修方便。
自吸式发酵罐:
如机械、喷射、溢流自吸式发酵罐。
自吸式吸气原理:
此类发酵罐吸气的主要构件是吸气搅拌叶轮及导轮,也被称为转子和定子。
转子的叶轮是中空的,当其转动时,腔内的液体被甩出而形成局部真空从而从中空的转轴吸入空气,通过导轮均匀地分布于发酵液中。
特点:
节约设备、不需附属设备、减少厂房占地面积;溶氧速率高,能耗低;因负压吸气而较易染菌,要过滤空气。
1.机械自吸式发酵罐的吸气原理:
当转子转动时,其框内液体被甩出而形成局部真空而吸入空气。
2.喷射自吸式发酵罐如文氏管发酵罐的吸气原理:
泵将发酵液送入文氏管中,由于收缩段中流速增加,形成真空,将空气吸入,并使气泡分散,与液体混合均匀,提高发酵液的溶解氧。
3.溢流自吸式发酵罐吸气原理:
是液体溢流时形成抛射流,由于液体的表面层与其相邻的气体的动量传递,使边界层的气体有一定的速率,从而带动气体的流动形成自吸气作用。
酒精发酵设备
一、酒精发酵原料:
生产酒精主要用淀粉质原料,如甘薯干、玉米等;糖质原料常用的有糖蜜、甘蔗、甜菜和甜高梁等。
二、与酒清发酵有关的微生物:
用于水解淀粉生产糖化曲的主要是曲霉和根霉。
在实际生产中用于酒精发酵的几乎全是酒精酵母,俗称酒母。
利用淀粉质原料的酒母在分类上叫啤酒酵母。
三、酒精发酵工艺:
常用淀粉质原料和糖质原料的酒精发酵工艺。
(1)
淀粉质原料酒精发酵工艺分为原料预处理、原料蒸煮、糖化剂制备、糖化、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏等工艺如图
1.原料预处理
(1)原料的除杂
(2)原料的粉碎:
目的主要是增加原料受热面积,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀、糊化,缩短后续热处理时间,提高热处理效率。
另外,粉末原料加水混合后容易流动输运。
原料粉碎方法主要分为干粉碎和湿粉碎两种:
设备大多采用锤式粉碎机。
2.蒸料:
淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮,可以破坏植物组织和细胞,使淀粉彻底糊化、液化,使蒸煮物料成为均一的糊化醪,为进一步的淀粉转化为糖创造良好的条件;其次蒸料还有灭菌的作用。
3.糖化曲制备:
糖化曲分固体曲和液体曲,用麸皮为主原料制成的固体曲叫麸曲,用液体深层通风培养的称为液体曲。
连续糖化工艺:
根据蒸煮醪冷却(前冷却)和糖化醪液冷却(后冷却)的方法不同,可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、真空冷却连续糖化和三级真空冷却连续糖化三大类。
4.乙醇发酵工艺有间歇发酵、半连续式发酵和连续式发酵三类。
过程可分为前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段。
前发酵期:
一般为前10h,酵母数量少,糖分消耗慢,酒精和CO2产生少,发酵醪表面较平静。
发酵温度不超过30℃。
主发酵期:
前发酵期之后的12h左右,酵母已大量增殖并逐渐停止繁殖而主要进行乙醇发酵。
使糖分迅速下降,酒精量逐渐增多,醪液产生大量CO2,有很强的CO2泡沫响声。
此期间发酵醪温度上升快,应控温在30~34℃。
后发酵期阶段:
经主发酵期,醪液的大部分糖分已被耗掉,发酵弱,产热少,发酵醪温度渐降,应控制在30~32℃。
5、酒精蒸馏与精馏,蒸馏设备后面学习。
(二)糖质原料酒精发酵工艺:
糖质原料制酒精不必要糖化及之前的操作,工艺较简单。
例如糖蜜酒精发酵工艺过程包括前处理、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏四个工序。
前处理包括的内容有:
稀释糖蜜。
糖蜜常缺乏酵母必需的营养,需添加一些氮源、营养盐(如硫酸铵、硫酸镁、磷酸盐等)以及生长因子(如酵母菌自溶物)等。
五、酒精发酵罐
1.酒精发酵罐筒体为圆柱形,低盖和顶盖均为碟形或锥形。
为了回收CO2及其带出的部分酒精,发酵罐宜采用密闭式。
2.冷却装置:
中小型酒精罐采用罐顶喷淋于罐外壁进行膜状冷却;而大型酒精发酵罐则采用罐顶喷淋与罐内冷却蛇管相结合。
为避免发酵车间的潮湿和积水,要求在罐体底部沿罐体四周装有集水槽。
3.洗涤装置:
发酵罐水力洗涤装置由一根两头装有喷嘴,上开有喷孔的洒水管和一根供水管组成,它们通过一活接头连接。
洒水管两端弯曲,它是靠两端喷嘴喷水时形成的反作用力而使喷水管产生旋转。
啤酒发酵设备
啤酒酿造工艺
(1)工艺流程:
原料大麦→清选→分级→浸渍→发芽→干燥→麦芽及辅料粉碎→糖化→过滤→麦汁煮沸→麦汁沉淀→麦汁冷却→接种→酵母繁殖→主发酵→后发酵→过滤→包装→杀菌→贴标→成品。
(2)技术要点。
①接种与酵母增殖。
冷却麦芽汁入酵母繁殖槽,接种6代以内回收的酵母泥5‰(或扩大培养的种子液),控制品温6~8℃,好氧培养12~24h,待起发后入发酵池(罐)进行主发酵。
②主发酵,也称前发酵,可分四个时期:
起泡期、高泡期、落泡期、泡盖形成期。
③后发酵。
后发酵的主要作用是使残糖继续发酵,促进CO2在酒液中饱和;同时利用酵母内酶还原双乙酰;
④后处理。
后发酵结束,酒液经过过滤、装瓶、热杀菌(60℃30min)处理,称为熟啤酒,而不经热杀菌的称为鲜啤酒。
发酵液的对流主要依靠发酵生成的CO2之作用。
在整个锥形罐的发酵液中形成一个CO2含量的梯度。
比重较小的发酵液具有上浮的提升力。
而且在发酵时上升的CO2气泡对周围的液体具有一种拖曳力,由于拖曳力和提升力结合后所造成的气体搅拌作用,促进发酵液的循环传质及混合相热交换。
冷却操作时啤酒温度的变化也会引起罐的内容物的对流循环。
(3)、新型啤酒发酵设备
圆筒体锥底发酵罐:
简称锥形罐,可单独用于前发酵或后发酵,还可以将前、后发酵合并在该罐进行(一罐法)。
设备的外型特点
筒体蝶形或拱形盖,锥形体底,罐筒体壁和锥底有各种形式的冷却夹套。
筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。
对单酿罐一般是D:
H=1:
1~2。
对两罐法的发酵罐D:
H=1:
3~4。
发酵罐锥底角,取排出角为73~75˚,考虑到发酵中酵母自然沉降最有利(一定体积沉降酵母在锥底中占有最小比表面积时摩接力最小),对于贮酒罐,因沉淀物很少,主要考虑材料利用率常取锥角为120~150˚。
啤酒循环的目的是为了回收酵母,降低酒温,控制酒母浓度和排除啤酒中的生味物质。
CIP(CleanInPlace)清洗系统,是指设备(罐体、管道、泵、过滤器等)及整个生产线在无需人工拆开或打开的前提下,在一个预定时间内,将一定温度的清洁液通过密闭的管道流速对设备表面进行喷淋循环而达到清洗目的设备装置。
原理:
由贮罐完成配制加热清洗液,经气动控制阀与增压泵、回流泵来完成清洗液的输送及回流循环清洗、排放、回收整个清洗过程。
CIP使用的清洗剂:
清洗过程一般首先需要将污物从被清洗表面分离,再将此污物在清洗液中分散形成一种稳定的悬浮状态,并防止污物重新沉淀在被清洗物的表面上。
中性清洗剂(如水);酸性清洗剂(常使用的无机酸为硝酸、磷酸、硫酸;有机酸为醇酸、葡萄糖酸和柠檬酸,乳酸和酒石酸)是用以溶解设备表面矿物质沉积物,如钙镁的沉积物、硬水积石、啤酒积石、牛乳积石和草酸钙等;碱性清洗剂,食品工厂使用最广泛,碱与脂肪结合形成肥皂,与蛋白质形成可溶性物质而易于被水清除,最常用的碱为NaOH、KOH等,NaOH的缺点是难过水,过水冲洗时间长;但NaOH的清洗效果好。
CIP过程的消毒剂:
如次氯酸盐、碘化物、稳定性二氧化氯、酸性阴离子表面活性剂等,消毒前要彻底清洗。
动、植物细胞培养与微生物培养区别:
动物细胞无细胞壁,且大多数哺乳动物细胞附着在固体或半固体的表面才能生长;对营养要求严格,除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半乳糖外,还需有血清。
动物细胞对环境敏感,包括pH、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要求,一般须严格的监测和控制。
一、植物细胞培养反应器
1、悬浮培养有机械搅拌反应器和非机械搅拌反应器;
机械搅拌反应器:
优点是获得高的溶氧系数,而主要问题是剪切力问题和无菌密封问题(机械搅拌需搅拌轴)。
非机械搅拌反应器通常为气体搅拌反应器,主要有鼓泡式反应器(又分内、外循环式)和气升式反应器。
优点:
剪切力小,对植物细胞损伤小;因没有搅拌轴而更易保持无菌;操作费用低。
不足:
因气体搅拌强度低,高密度培养时混合不够均匀,须靠大量的通气输入动量和能量;过量的通气易排除培养液中的CO2和乙烯,对细胞生长有阻碍作用;过高的溶氧对植物细胞合成次级代谢产物不利。
2、固定化细胞生物反应器包括填充床反应器、流化床反应器、膜反应器。
固定化细胞:
将具有一定生理功能的生物体(如微生物、植物细胞、动物细胞或组织、细胞器等),用物理或化学方法使其与适当载体相结合,作为固体催化剂利用。
1)填充床反应器优点:
单位体积细胞多,受剪切力小。
缺点:
由于其混合效果低,对必要的氧传递,pH值、温度控制和气体产物(如C02)的排除造成了困难。
再者支持物颗粒破碎易堵塞填充床。
2)流化床反应器:
利用液体或气体的流动使支持物颗粒处于悬浮状态。
优点:
良好的传质特性。
缺点:
剪切力和颗粒碰撞会损坏固定化细胞,同时,流体动力学的复杂性使之难以放大。
3)膜反应器如中空纤维反应器(细胞保留在管外,基质走管内)和螺旋式卷绕反应器(将固定有细胞的膜卷成圆柱状)。
优点是可重复使用,易放大,且能提供更均匀的环境条件;膜有选择性,易分离产品。
缺点是构建膜反应器的成本高。
二、植物组织培养及反应器
1.发状根的大规模培养:
发根是整体植株或其某一器官、组织(包括愈伤组织)、单细胞甚至原生质体受发根农杆菌的感染所产生的一种病理现象(形成多分枝的不定根)。
2.小植物的大规模快速繁殖两条途:
1、形成不定芽途径;2、形成胚状体途径。
动物细胞培养反应器
一、动物细胞培养方法:
非贴壁依赖性细胞和贴壁依赖性细胞。
1、贴壁培养是指必须贴附在固体介质表面生长的细胞培养。
大多数动物细胞有贴壁依赖性,如成纤维细胞和上皮细胞。
2、悬浮培养是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程,主要用于非贴壁依赖性细胞的培养,如杂交瘤细胞等。
3、固定化培养:
微载体培养:
采用葡聚糖等微小的颗粒让细胞贴附其上进行培养。
大载体培养:
采用海藻酸钠在钙液中形成的的网络状凝胶珠做为细胞的吸附载体进行培养。
包埋和微囊培养:
将动物细胞包裹在凝胶载体或微囊内进行培养,对两类细胞都适用,细胞生长的密度高,抗剪切力和抗污染能力强。
对非贴壁依赖性细胞常用海藻酸钙包理;对贴壁依赖性细胞常用胶原包理。
结团培养:
利用有些贴壁依赖性细胞有集结成团的特点,以细胞本身做为基质,相互吸附后,再用悬浮的方法进行培养。
二、动物细胞培养的操作方式
(1)分批式(Batch)将细胞和培养液一次性装入反应器内进行培养,反应后将整个反应系取出。
(2)流加式(Fed—batch)一次培养多次加入原料,反应终止时取出整个反应系。
(3)半连续式:
在分批式操作的基础上,不全部取出反应系,剩余部分重新补充新的营养成分,再按分批式操作方式进行。
(4)连续式(Continuous)是指将细胞种子和培养液一起加入反应器内进行培养,一方面新鲜培养液不断加入反应器内,另一方面又将反应液连续不断地取出,使反应条件恒定。
如果细胞不被取出,例如微载体培养系统,则又称为灌注培养。
三、动物细胞大规模培养反应器
1、通气搅拌式细胞培养反应器
2、气升式动物细胞培养反应器:
剪切力小,器内没有机械运动部件,因而活细胞损伤率比较低;直接喷射空气供氧,氧传递速率高,供氧充分;液体循环量大,使细胞和营养成分能均匀地分布于培养基中。
3、中空纤维细胞培养反应器用于培养悬浮生长的细胞和贴壁依赖性细胞。
4、微载体悬浮培养系统用微珠作载体,使单层动物细胞生长于微珠表面,可在培养液中进行悬浮培养。
优点:
比表面积大;生长条件易控制且易放大,兼贴壁与悬浮培养的优势,取样方便;易于分离。
5、微囊培养系统:
技术是将生物活性物质、完整的活细胞或组织包在薄的半透膜内。
先将细胞悬浮于海藻酸钠溶液,再将细胞悬浮液滴入CaCl2溶液,后用半透膜和长链聚合物氨基酸包被,形成坚韧多孔的可通行的外膜。
6、大载体系统培养:
大载体由海藻酸钠构成。
7、流化床反应器既可培养贴壁依赖性细胞,也可培养非贴壁依赖性细胞。
传质性能好,循环系统采用膜气体交换器,能快速供给高密度细胞所需的氧,同时排除代谢产物如CO2。
其液体流速足以使细胞微粒悬浮,却不会损坏脆弱的细胞。
8、无泡搅拌反应器采用多孔的疏水性的塑料管装配成通气搅拌桨。
用于实验室研究和中试工业生产。
9、陶质矩形通道蜂窝状生物反应器
微藻大规模培养反应器
(一)、微藻培养反应器的条件:
1足够的光照;2合适的温度;3合适的碳源;4合适的pH值;5充分的混合;6避免污染;7氧的析出与供给。
(二)、微藻大规模培养反应器:
1、敞开式培养反应器:
池或天然湖泊。
优点:
成本低、建造容易、操作简便易生产。
缺点:
培养效率低;条件难控制;易受杂藻、水生动物、大气灰尘等污染;水分易蒸发;光能利用率低,难实现高密度培养。
2、封闭式光培养反应器
封闭式光培养反应器的优点:
培养效率高;培养条件易控制;污染少;生产周期长;合于所有藻类的培养。
设计原则:
高光照表面积与体积比;较高气液交换率;适合的循环方式;改善光的传播途径、分配和质量;防止有害代谢产物的积累;较易实现培养条件的优化控制;尽量降低生产成本。
类型有管道式光培养反应器、圆筒型光培养反应器、扁平箱式光培养反应器、浅层槽式反应器、光纤光培养反应器。
(三)生物反应器的检测及控制
在线检测:
仪器的电极等可以直接与反应器内的培养基接触或可连续从反应器中取样分析测定。
取样测定(离线测量):
从反应器中取样出来,然后用仪器分析或化学分析等方法进行检测。
1、pH计原理:
玻璃电极与参比电极浸泡于某一溶液时具有一定的电位。
2、温度的测定原理:
热电阻利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度。
3、溶氧浓度的测定:
氧分子透过膜,在溶氧电极的阴极上被还原,产生电流,所产生的电流量与被还原的氧量成正比。
4.细胞浓度的测定在一定的细胞浓度范围,全细胞浓度与光密度值呈线性关系。
可测定全细胞浓度的范围是0-200g/l。
适合于游离的细胞,不适合丝状细胞。
5.液体流量计
6.气体流量计:
金属浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。
浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。
如图:
7、压强的测定隔膜式压力表的工作原理:
隔离膜片在被测介质压力P的作用下产生变形,压缩内部充填的工作液形成一个相当于P的压力P’。
经工作液的传导,使压力仪表中的弹性元件自由端产生相应的变形,并按与之相配接的类别压力仪表指针显示出被测的压力值。
8、尾气测定:
CO2浓度传感器和高精度氧气传感器。
9、粘度计:
粘度是流体内部抵抗流动的阻力,用对流体的剪切应力与剪切速率之比表示。
Brookfield黏度计可调整不同的转速,经由一个沉浸入样品中的转子可以测得扭力。
此转子是由一个马达弹簧所带动,此弹簧的偏离由指针所显示。
物料处理
一、预处理的必要性:
在生产前,须先将原料中混杂的小铁钉、杂草、泥快和石头等杂质除去,保证后续工序顺利进行。
二、预处理的方法(方式):
1.原料除杂、筛选、风选、磁力除铁。
2、原料的精选及分级设备:
有些原料经过除铁除杂后就可(如玉米原料生产酒精)。
有些还需要进一步的精选和分级,生产啤酒的主要原料大麦,在除铁和粗选后,还需要进行精选和分组。
大麦在发芽之前进行精选,主要目的是要除去一些圆形杂粒,特别是断裂的半粒大麦(伤麦)和草子,伤麦在发芽时容易生霉;草子则会给麦汁和啤酒带来不良草味。
三固体物料的粉碎设备。
粉碎方法干粉碎、湿粉碎。
1.湿法粉碎
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