工业生化反应器.PPT

在反应器中，通过生物反应，廉价的原料升值。生物反应器的设计和操作，是生物工程中一个极其重要的问题，它对产品的质量和成本有很大的影响。 据统计，生化工业的产品主要涉及到医药工业，化学工业，农产品加工工业。生物反应器要适应很多的生产过程，在形状，大小和操作方式上多种多样。 但生物反应器设计的目标是保证产品质量的前提下，使产品成本最小。 一．生物反应器设计的目标 生物反应器设计的主要目标是使产品的质量高、成本低。 生物反应器处于生物过程的中心，它是影响整个过程经济效益的一个重要方面。 在酒精和青霉素生产过程中，据报道： 和反应器有关的是操作成本和投资成本。 在操作成本中，动力消耗占主要方面。 因此在反应器的设计中，在满足工艺要求的前提下，节能是一个重要问题。 二 生物反应器设计和操作的限制因素 我们期望反应器的生产能力（g/L·h）越高越好。 反应器的生产能力主要取决于两方面的因素： 1．? 生物催化剂（酶，微生物）的浓度和比活力 2．? 反应器的传质和传热能力 当生物催化剂浓度较低且比活力也较低时，生物催化剂的因素是反应器生产能力的限制因素；但是生物催化剂的浓度较高且比活力也较高时，反应器传质和传热能力就成为提高反应器生产能力的限制因素。 传质问题在高耗氧的生物反应过程中非常突出。人们设计了许多反应器结构，以提高传质效率。一般为了保持溶氧水平在生物临界溶氧水平之上，常输入更多的气体或者设法更好地分散气体，从而消耗大量的能量。 三、生物反应器开发的趋势和未来方向 1．开发活力高和选择性高的生物催化剂将继续占主要地位。 主要途径是利用基因工程技术改变酶的初级结构，定向改造生物细胞，改进酶和细胞的固定化技术，得到更多的酶活性回收，更长的使用寿命。 2．改进生物反应器热量、质量传递的方法 随生物催化剂比活力的提高，生物反应器的性能受传质传热的限制就急需解决，必须改进生物反应器传质传热的方法和设施。 3. 生物反应器正向大型化和自动化方向发展 西德SCP生产反应器体积达2300（高60m ，直径7m ）, 英国废水处理反应器体积达到27000 m3。 国内生物反应器（好氧）体积在200~300 m3之间的较多。兼性厌氧生物反应器体积达到1000 m3 （如酒精发酵罐）。反应器体积的放大降低了操作成本，但大型反应器的设计还存在一定的技术问题。 反应器的自动检测和控制系统使反应器在最佳状态下操作成为可能，近年来获得广泛重视，随着生物工程的迅速发展，自动检测和控制系统将会在生物工程中发挥越来越重要的作用。 4．一些特殊用途生物反应器得到较快的应用和开发。 例如，动物和植物细胞培养用反应器，固体发酵反应器，边发酵边分离的特殊反应器都得到了不同程度的发展。 四、生物反应器的操作类型 生化反应器主要有三种操作类型： 间歇； 半连续；连续； 而生物催化剂有两种基本型式： 酶{游离；固定化} ，细胞（生长cell，非生长cell） 各种类型的反应器和各种生物催化剂组合，形成各种系统可供选择。 Batch operation间歇反应 Continuous operation连续操作 Semi-continuous or fed-batch operation半连续操作 五、生物反应器的种类 机械搅拌自吸式反应器 2 、气升式生物反应器 气升塔式生物反应器 5.2 动植物细胞培养反应器 动植物细胞的培养是指动物或植物细胞在体外条件下进行培养增殖，此时细胞虽然生长与增多，但不再形成组织。 许多要重要价值的生物制品，包括重要的疫苗、诊断试剂、单克隆抗体、干扰素、生物碱、甾体化合物等，必须借助于动植物细胞的体外培养来实现。 动植物细胞培养和微生物培养的区别： （1）动物细胞没有细胞壁，大多数哺乳动物细胞需要附壁（固体或半固体）生长； （2）对培养基的营养要求相当苛刻，要求含有多种氨基酸、维生素、无机盐、血清等物料； （3）对培养环境十分敏感，对温度、pH、溶氧浓度等条件都比微生物培养要严格得多； 动植物细胞培养和微生物培养的区别： （4）动物细胞对流体剪切力十分敏感，强烈的机械与通气鼓泡所引起的过大剪切力都会损伤细胞，使细胞破裂。植物细胞虽然有细胞壁，但对流体剪切力的耐受程度也要比微生物差； （5）由于动植物细胞的生长要比微生物缓慢得多，一般只有在高细胞密度下，才能得到一定浓度的产物。 （6）生长慢，又非常容易染菌，因此需要严格的无菌防范措施。 微生物与动植物细胞之间的差异 由于医疗卫生事业和农业的发展，对动植物细胞进行大规模的生产已经成为当前的迫切需要，大规模培养技术和反应器的开发，就是急需解决的关键课