1、生物工程设备生物工程设备食品的生产食品的生产药物的生产药物的生产农产品的加工农产品的加工生物工程（设备）遗传工程 细胞工程 发酵工程 酶工程 生物反应器工程1.掌握常用生物工程设备的结构。掌握常用生物工程设备的结构。2.掌握设备关键组成单元的相关参数及计算。掌握设备关键组成单元的相关参数及计算。本门课程的总体目标第一章第一章 培养基制备设备培养基制备设备学习目标学习目标 了解培养基灭菌的热动力学了解培养基灭菌的热动力学 掌握常见培养基制备设备的构造和工作原掌握常见培养基制备设备的构造和工作原理理第一节第一节 培养基的灭菌设备培养基的灭菌设备1.培养基灭菌的热动力学培养基灭菌的热动力学 如何衡量
2、灭菌的效果？如何衡量灭菌的效果？灭菌效果的好坏受到哪些因素影响？如何灭菌效果的好坏受到哪些因素影响？如何影响？影响？温度、时间温度、时间活菌残留总数活菌残留总数-Ns 起始活菌总数：起始活菌总数：N0 将培养基的活菌总数将培养基的活菌总数N0杀灭到杀灭到Ns，需要多高的温，需要多高的温度及多长时间。度及多长时间。（1）理论灭菌时间）理论灭菌时间kNNddK-反应速度常数，反应速度常数，s-1或或min-1N-任一时刻的活菌浓度，个任一时刻的活菌浓度，个/L-时间，时间，s或或minssNNkkNN00ln1ln(对数残留定律对数残留定律)如果如果Ns=0,Ns/N0=1/10时所需的时间记为时
3、所需的时间记为0.9,1/10衰减衰减时间，或时间，或90%死灭时间死灭时间kk303.2110ln19.0（2）灭菌温度与反应速度常数）灭菌温度与反应速度常数k的关系的关系2dlndRTETk阿累尼乌斯方程：K-反应速度常数反应速度常数R-气体常数，气体常数，1.9874.187 J/(Kmol)T-绝对温度绝对温度E-细胞孢子的活化能，细胞孢子的活化能，4.187J/(Kmol)sRTENNkAek0ln1sRTENNeA0ln1第二节第二节 培养基制备中的常用灭菌设备培养基制备中的常用灭菌设备1.培养基的两种灭菌方式培养基的两种灭菌方式间歇式灭菌法（实消）间歇式灭菌法（实消）连续式灭菌法
4、（连消）连续式灭菌法（连消）将培养基配制在发酵罐或其它装置中，通入蒸将培养基配制在发酵罐或其它装置中，通入蒸汽直接加热，达到预定灭菌温度后保温一段时汽直接加热，达到预定灭菌温度后保温一段时间，再冷却到发酵温度。间，再冷却到发酵温度。把发酵罐先灭菌好，在罐外连续不断进行加热，把发酵罐先灭菌好，在罐外连续不断进行加热，保温灭菌和冷却，然后连续送入发酵罐中。保温灭菌和冷却，然后连续送入发酵罐中。2 间歇式灭菌法中的常用杀菌设备间歇式灭菌法中的常用杀菌设备 高压蒸汽灭菌锅高压蒸汽灭菌锅 发酵罐本身发酵罐本身3 连续灭菌法中的常用设备连续灭菌法中的常用设备（1）几种常用连续灭菌设备）几种常用连续灭菌设备
5、培养液各个部分在管道中停留（受热）培养液各个部分在管道中停留（受热）的时间是否均等？的时间是否均等？如何做到均等受热？如何做到均等受热？培养液在管道中的流动形式：活塞流培养液在管道中的流动形式：活塞流（层流）、湍流、黏滞流（层流）、湍流、黏滞流活塞流：平均速度与轴线处最高速活塞流：平均速度与轴线处最高速度相等，即截面各点速度相等度相等，即截面各点速度相等湍流：平均速度为轴线湍流：平均速度为轴线处最高流速的处最高流速的82%黏滞流：平均速度为轴黏滞流：平均速度为轴线处最高流速的线处最高流速的50%活塞流最理想活塞流最理想 能够防止培养液的过热和加热不足能够防止培养液的过热和加热不足 比较容易计算
6、管道的长度比较容易计算管道的长度 但是无法实现理想的活塞流，只能以但是无法实现理想的活塞流，只能以接近活塞流的形式进行流动接近活塞流的形式进行流动1）连消塔）连消塔 培养液高温短时间连续灭菌设备培养液高温短时间连续灭菌设备 套管式和汽液混合式两类套管式和汽液混合式两类由内管小孔喷出的蒸汽加热（由内管小孔喷出的蒸汽加热（110-130）保持时间保持时间15-20s流动线速度流动线速度0.1m/s孔距孔距套管式连消塔套管式连消塔a 汽液混合式连消塔汽液混合式连消塔b 汽液混合式连消器汽液混合式连消器ab套管式喷嘴套管式喷嘴喷嘴上方有圆形挡板喷嘴上方有圆形挡板加热蒸汽呈环形加热料液加热蒸汽呈环形加热
7、料液连消塔的参数计算连消塔的参数计算 培养液流动线速度培养液流动线速度）（2243600dDGG-培养液流量，培养液流量，m3/hD-外管直径，外管直径，md-内管直径，内管直径，m连消塔高度（连消塔高度（H）H蒸汽喷孔总面积（蒸汽喷孔总面积（F）及孔数（）及孔数（n）F-蒸汽喷孔总面积，蒸汽喷孔总面积，m2-蒸汽喷孔处蒸汽喷射速度，蒸汽喷孔处蒸汽喷射速度，m/sV-加热蒸汽消耗量加热蒸汽消耗量,m3/h36003600VFVF则H-连消塔的高度，连消塔的高度，m-灭菌时间，灭菌时间，s 喷孔数（喷孔数（n）21785.0dFn n-喷孔数，个喷孔数，个d1-喷孔直径，喷孔直径，m套管式连消塔参数套管式连消塔参数 线速度线速度 连消塔高度连消塔高度 H 蒸汽喷孔总面积蒸汽喷孔总面积 F 蒸汽喷孔个数蒸汽喷孔个数 n2）喷射加热器）喷射加热器料液料液蒸汽蒸汽加热后加热后料液料液1231.喷嘴喷嘴2.蒸汽吸入口蒸汽吸入口3.混合喷嘴混合喷嘴（2）连续灭菌的流程 连消塔连续灭菌流程连消塔连续灭菌流程 喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程 薄板换热器连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程连消塔连续灭菌流程连消塔连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程123
