生物反应器(发酵罐)

生物反应器指以活细胞或酶为生物催化剂进行细胞增殖或生化反应提供适宜环境的设备，它是生物反应过程中的关键设备。

生物反应器的结构、操作方式和操作条件的选定对生物化工产品的质量、收率（转化率）和能耗有密切关系。

生物反应器的设计、放大是生化反应工程的中心内容，也是生物化学工程的重要组成部分。

分类从生物反应过程说，发酵过程用的反应器称为发酵罐；酶反应过程用的反应器则称为酶反应器。

另一些专为动植物细胞大量培养用的生物反应器，专称为动植物细胞培养装置。

发酵罐发酵罐若根据其使用对象区分，可有：嫌气发酵罐、好气发酵罐、污水生物处理装置等。

其中嫌气发酵罐最为简单，生产中不必导入空气，仅为立式或卧式的筒形容器，可借发酵中产生的二氧化碳搅拌液体。

若以操作方式区分，有分批操作和连续操作两种。

前者一般用釜式反应器，后者可用连续搅拌式反应器或管式及塔式反应器。

好气发酵罐按其能量输入方式或作用原理区分，可有：①具有机械搅拌器和空气分布器的发酵罐这类发酵罐应用最普遍，称为通用式发酵罐。

所用的搅拌器一般为使罐内物料产生径向流动的六平叶涡轮搅拌器，它的作用为破碎上升的空气泡和混合罐内的物料。

若利用上下都装有蔽板的搅拌叶轮，搅拌时在叶轮中心产生的局部真空,以吸入外界的空气,则称为自吸式机械搅拌发酵罐。

②循环泵发酵罐用离心浆料泵将料液从罐中引出，通过外循环管返入罐内。

在循环管顶端再接上液体喷嘴，使之能吸入外界空气的,称喷射自吸发酵罐。

③鼓泡塔式发酵罐以压缩空气为动力进行液料搅拌，同时进行通气的气升发酵罐。

目前，世界所发展的大型发酵罐是英国卜内门化学工业公司的发酵罐，它以甲醇为原料生产单细胞蛋白的压力循环气升发酵罐,其直径为7m，高为60m，总容量为 2300m□，自上至下有5000～8000个喷嘴进料。

目前，还有些发酵产品，如固体曲等，使用专门设计的能调节温、湿度的旋转式固体发酵装置。

生产甲烷（沼气）用的是嫌气发酵罐，也称消化器或沼气发生器，这种发酵罐装有搅拌器，顶部有的有浮顶。

生物反应器归类
生物反应器是一种用于承载和促进生物反应的装置或体系。

根据反应
器的实际应用和操作原理，可以将生物反应器分为几个类别。

1. 发酵反应器：用于微生物发酵过程的反应器，用于生产食品、饲料、药物和生物燃料等。

常见的发酵反应器包括批式发酵罐、连续式发酵
罐和气体提升式发酵罐。

2. 培养反应器：用于细胞培养和组织工程的反应器，用于生产生物药
物和细胞制品。

常见的培养反应器包括摇床培养器、旋转培养器和悬
浮培养反应器。

3. 污水处理反应器：用于处理废水和污水中的有机物和有毒物质。

常
见的污水处理反应器包括活性污泥法反应器、膜分离法反应器和生物
滤池。

4. 生物酶反应器：用于生产酶类产物和催化生物酶反应的反应器。

常
见的生物酶反应器包括固定床反应器、悬浮式反应器和液体-液体界面
反应器。

5. 生物电化学反应器：用于转化生物质和废弃物为电能的反应器。

常
见的生物电化学反应器包括微生物燃料电池、微生物电解池和生物燃
料池。

以上是一些常见的生物反应器类别，各类反应器在不同领域有广泛应用，以满足人类对食品、药物、能源和环境保护等方面的需求。

第6章生物反应器生物反应器就是指提供适宜细胞生长和产物形成的各种条件，促进细胞的新陈代谢，在低消耗下获得高产量的一种反应设备。

一个优良的发酵罐应具备的条件：1)结构简单;2)不易染菌;3)良好的液体混合性能;4)较高的传质传热速率;5)单位时间单位体积的生产能力高;6)同时还应具有配套而又可靠的检测和控制仪表。

工业生产用的发酵罐趋向大型化和自动化。

6.1 通风发酵罐一、通用式发酵罐又称机械搅拌通气式发酵罐，使之既有机械搅拌装置，又有压缩空气分布装置的发酵罐。

1、工作原理是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合，提高发酵液的溶解氧。

一个好的通用式发酵罐的基本条件：1)具有适宜的径高比；通常H/D = 2～4，罐身长有利于氧的溶解2)能承受一定压力；水压试验压力为工作压力的1.5倍，即0.38MPa3)搅拌通风装置要能使气泡分散细碎，气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高氧的利用率4)具有足够的冷却面积；5)罐内应抛光，尽量减少死角，使灭菌彻底，避免染菌；6)搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

2、结构特点发酵罐主要部件包括罐身、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、空气分布器、挡板、冷却装置、人孔及视镜等。

1) 罐体罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢2) 搅拌器和搅拌轴其作用一是打碎空气气泡，增加气－液接触界面，以提高气－液间的传质速率；二是为了使发酵液充分混和，液体中的固形物料保持悬浮状态。

3) 挡板其作用是为防止发酵液随搅拌器运转而产生旋涡，以提高混合效果。

4) 空气分布器其作用是将无菌空气引入到发酵液中同时初步分散气泡。

5) 冷却装置在发酵过程中，细胞呼吸和机械搅拌都将产生一定热量，为了保证发酵在一定温度下进行，必须将这些热量及时移去，因此需要设置冷却装置。

6) 消泡器分耙式消泡器和半封闭涡轮消泡器二、机械搅拌自吸式发酵罐利用机械搅拌的高速旋转而吸入空气的一种发酵罐。

生物反应器概念
生物反应器（Bioreactor）是一个用于培养生物细胞、组织或其他生物实体以生产生物产品的系统。

它是一个封闭的、可控制环境参数的设备，能够提供适宜生物生长和代谢的物理和化学环境。

这些环境参数包括但不限于温度、pH值、溶解氧、营养物质供应、代谢废物移除等。

生物反应器有很多种类型，包括传统的酵母或细菌培养的发酵罐、哺乳动物或植物细胞培养的悬浮培养器、固定化细胞或酶的固定床反应器，以及用于培养组织的生物反应器。

每种类型的生物反应器都有其特殊的设计和操作要求，以满足特定生物实体的生长和生产需要。

生物反应器在许多领域都有应用，如制药、食品和饮料、生物技术、农业、环境工程等。

例如，制药工业中，生物反应器常被用于生产抗体、疫苗、细胞疗法产品等；在环境工程中，生物反应器则常被用于处理废水或其他废物。

第四章生物反应器（发酵罐）发酵罐厌氧发酵罐（嫌气发酵罐）好氧发酵罐（通风发酵罐）第一节厌氧发酵罐酒精、丙酮、丁醇、乳酸、啤酒等酒精发酵罐（图1）图1 酒精发酵罐1 冷却水入口2 取样口3 压力表4 CO2 出口5 喷淋水入口6 料液及酒母入口7 人孔8 冷却水出口9 温度计10 喷淋水收集槽11 喷淋水出口12 发酵液及污水排出口一、形状罐体为圆柱形，底盖和顶盖为锥形或碟形二、结构尺寸D----罐的直径 H-----圆柱部分的高度h1-----罐底高度 h2-----罐盖高度推荐比例： H=1.1～1.5D h1=0.1 ～ 0.14D h2=0.05 ～ 0.1D发酵罐全容积： V = πD2 (H+h1/3+h2/3) / 4V = V0 /V-----发酵罐的全容积 (m3) V0------进入发酵罐的发酵液量 (有效容积) (m3)-------装液系数（一般取0.8～0.9）据发酵罐的全容积V和H/D即可确定发酵罐的结构尺寸三、配置人孔、视镜、进料管、压力表和测量仪器的接口、CO2出口（回收管）、排料口和排污口、取样口、温度计接口、冷却装置、洗涤装置冷却装置：中小型罐,多采用罐顶喷水淋于罐外壁表面进行膜状冷却 (罐体底部四周有收集槽)大型罐:罐内有冷却蛇管 (或与外壁喷淋相结合)洗涤装置：水力喷射洗涤装置（图2）图2水力喷射洗涤装置第二节通风发酵罐机械搅拌式、自吸式、气升式、高位筛板式等味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸、SCP 一、机械搅拌式发酵罐（图3）图3机械搅拌发酵罐一）基本条件1、适宜的径高比。

[高：直径约为2.5～4]2、能承受一定的压力。

[水压试验（1.5倍）]3、搅拌通风装置要能使气泡分散细碎、气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧，提高O2的利用率。

4、应具有足够的冷却面积。

[代谢产热]5、发酵罐内应抛光，尽量减少死角。

[避免积污、染菌]6、轴封应严密，尽量减少泄漏。

生物制药技术的实验设备与仪器介绍生物制药是利用生物工程技术生产各种药物的过程，其核心是通过生物转化和发酵来生产药物。

在生物制药过程中，合理选择和使用适当的实验设备与仪器非常重要，可以提高药物生产的效率和质量。

本文将介绍几种常见的生物制药实验设备与仪器。

1. 发酵罐发酵罐是生物制药过程中最核心的实验设备之一，用于进行微生物发酵生产。

发酵罐通常由不锈钢制成，具有保温、搅拌、通气等功能，并且可以控制温度、pH值、氧气含量等关键参数。

不同规格的发酵罐适用于不同规模的生产，从小型实验室规模到大型工业规模均有相应的选择。

2. 生物反应器生物反应器类似于发酵罐，用于进行生物制药过程中的生物转化反应。

与发酵罐相比，生物反应器更加灵活，可以容纳各种类型的微生物、细胞培养和酶反应。

生物反应器通常具有温度控制、搅拌、气体控制和营养物料供应等功能，可以实现精确的反应控制。

3. 分离设备分离设备在生物制药过程中用于分离微生物、细胞、蛋白质和其他产物。

常见的分离设备包括离心机、过滤器、超滤装置和膜分离系统等。

离心机可以通过离心力分离悬浮物和液体，过滤器可以通过孔径大小分离悬浮物和溶液，超滤装置和膜分离系统可以实现更高级别的分离和纯化。

4. 气体控制设备在生物制药过程中，气体是非常重要的参与因素，常见的气体包括氧气、二氧化碳和氮气等。

气体控制设备可以实现对气体流量、压力和组成的精确控制，以维持合适的生物反应环境。

气体控制设备如气体流量计、气体调节阀和气体分析仪等，可以帮助科研人员实现对气体的准确控制与监测。

5. 分析仪器分析仪器在生物制药过程中起到了至关重要的作用。

常用的分析仪器包括高效液相色谱仪（HPLC）、气相色谱仪（GC）、质谱仪、紫外-可见分光光度计和核磁共振仪（NMR）等。

这些仪器可以用于分析产品质量、纯度和含量，确保生物制药的安全与有效性。

总结起来，生物制药技术的实验设备与仪器在生产过程中起到了至关重要的作用。

通过合理选择和使用适当的设备与仪器，可以提高药物生产的效率和质量。

生物反应器在生物工程中的应用
生物反应器是现代生物工程科学的核心工具之一，广泛应用于制药、食品、生化和环境工程等领域。

反应器是实现生化过程的关键设备，其作用是创造一个适合生物生长发酵的环境，最大化生物体生长和物质转化的效率。

生物反应器包括发酵罐、生化反应器、膜反应器等多种类型，在各种生化反应中扮演着重要的角色。

它们不仅可以用于生产大量的生物制品，还可以用于研究细胞和生物物质的行为。

本文将重点介绍生物反应器在生物工程中的应用。

发酵反应器
发酵反应器是最常见的生物反应器之一，在制药、食品和饮料等领域扮演着重要的角色。

它们可用于生产大量的化合物、酶和细胞等。

发酵反应器可以将微生物置于一定的温度和pH值下，通过补充适量的营养和其他必需物质进行发酵，从而加速微生物体生长和代谢物的产生。

生化反应器
生化反应器是一种用于化学反应的特殊反应器，通常用来生产非生物分子和复杂有机物。

生化反应器可以在适当的温度和pH条件下，将废物和其他有机化合物转化为有用的产品和生物质。

在制造生物药物、化学品和生化制品等中，生化反应器具有重要作用。

膜反应器
膜反应器是一种可以分离、纯化和转移生物分子的反应器。

该反应器的特点是可以使用非常小的反应室，从而减少搅拌和传质过程的难度。

膜反应器可以用于分离生物大分子如蛋白质、酶和抗体等。

此外，膜反应器还可以为生物反应器提供保护，防止污染和传染病的传播。

总的来说，生物反应器在现代生物工程中发挥着非常重要的作用。

随着技术的发展和生产需求的增加，开发和使用更可靠、更高效、更灵活的生物反应器仍然是一个持续的挑战。

cstr厌氧发酵罐原理CSTR（Continuous Stirred Tank Reactor）厌氧发酵罐是一种连续搅拌反应器，广泛应用于生物工程领域，特别是废水处理、有机废弃物处理以及生物质能源等方面。

CSTR厌氧发酵罐通过维持恒定的反应温度、PH值以及合适的菌落浓度，利用微生物在缺氧条件下的代谢活动来降解有机物质和产生有用的产物或生物质能源。

CSTR厌氧发酵罐的基本原理包括菌种添加、反应物质进料、反应条件控制和产物收集等。

菌种添加：CSTR厌氧发酵罐的成功运行离不开合适的菌群。

首先，选用经过筛选和培养的高效菌种，接种到厌氧发酵罐中。

这些菌种具有高效的降解能力和适应缺氧环境的耐受能力，可以在有机废弃物中进行有效的降解和产物生成。

反应物质进料：CSTR厌氧发酵罐的反应物质一般分为底物和辅助物质。

底物是需要被降解的有机物质，例如废水中的有机废物、农业废弃物等。

辅助物质则是为了维持反应的正常进行而添加的，包括水、养料和氨氮源。

这些物质的添加可以促进微生物的生长和活动，提高反应效率。

反应条件控制：CSTR厌氧发酵罐需要维持恒定的反应条件，包括温度、PH值和菌落浓度。

温度的控制是非常重要的，通过恒定的温控系统维持反应罐内的温度在适宜的范围内，通常为30-40℃。

此外，通过采样监测和调节PH值，可以保持反应环境的稳定。

菌落浓度的控制主要通过菌种的添加和维持合适的养分浓度来实现。

产物收集：CSTR厌氧发酵罐的产物主要包括沼气和发酵液等。

沼气通常是一种由甲烷和二氧化碳组成的气体，由于甲烷具有较高的热值，可以用作生物质能源。

同时，发酵液中还可能含有一些有机物质，可以用作肥料或其他用途。

总结起来，CSTR厌氧发酵罐利用微生物在缺氧环境中的代谢活动来降解有机物质和产生可利用的产物。

通过合适的菌种添加、反应物质进料、反应条件控制和产物收集等步骤，可以使CSTR厌氧发酵罐高效地发挥其作用，提高废物处理和能源利用效率。

发酵罐名词解释发酵罐，它是一种以液体为传热介质的生物反应器。

它采用了人工加热方式使罐内维持微生物活性。

在发酵罐中要加入底物液、菌种悬浮液及培养基，通过搅拌混合并使之保持均匀状态，使反应物迅速而彻底地混合起来，从而得到均匀的混合液。

然后再将这种混合液灌装到发酵罐中，密封后使其发酵。

【发酵罐的结构】由料液泵、布液器、搅拌器、温度控制仪表、循环泵和计算机控制柜组成。

料液泵：它是向罐内输送料液的动力设备，包括齿轮泵和螺杆泵两种。

齿轮泵一般用于小型容器中，特别适用于排出高粘度、含固量大的悬浮液，但是它不能输送易结晶的料液和具有润滑性的料液。

螺杆泵多用于较大容器中，且对料液具有良好的剪切作用。

布液器：用于分布、引流料液。

它的种类很多，其中板式布液器是使用最广泛的一种。

布液器的主要部件是分散头，其形式有侧槽式、旋转式、升降式、管道式等几种。

【发酵罐的作用】利用酶制剂进行食品生产，生产各种酒类、饮料和药品。

在发酵罐中要加入底物液、菌种悬浮液及培养基，通过搅拌混合并使之保持均匀状态，使反应物迅速而彻底地混合起来，从而得到均匀的混合液。

然后再将这种混合液灌装到发酵罐中，密封后使其发酵。

蛋白质，原核生物。

原核生物由于无细胞壁而又称无壁生物。

植物原生质体（ somatic soma）、真菌原生质体（ actinon soma）和蓝藻原生质体（鞭毛藻soma）均属于原核生物。

酵母菌和乳酸菌为原核微生物，即非细胞型微生物，细胞核完全消失，无成形的细胞核，缺乏核膜和染色体。

原核微生物没有线粒体等有机体，主要以二氧化碳、水、无机盐等简单化合物作为能源。

电子显微镜下观察，只见到一个很小的圆形区域（ rDNA）。

它们都没有由膜围成的细胞器。

它们也没有核糖体，核糖体由细胞质内的一种特殊的蛋白质（ ribonuclease）催化产生。

在电子显微镜下，无细胞壁的微生物也可以看到类似细胞的结构，例如人的红细胞。

所以原核生物可以视为细胞型微生物的一个子类。

生物发酵罐安全操作及保养规程生物发酵罐是生物制药、生物工程、环保等领域的重要设备，用于生产药品、酶制剂、发酵饲料、发酵菌等产品。

安全操作和保养对保障设备正常运行和产品质量有着重要的意义。

本文将详细介绍生物发酵罐操作和保养规程，以确保设备正常运行和员工安全。

1、生物发酵罐安全操作1.1、安全防护1.生物发酵罐管路、配电箱、电力设备等应设有防护罩或围栏。

2.生物发酵罐内部有高温和高压，操作人员应穿着合适的工作服、手套、面罩等防护用具。

1.2、开机检查1.检查电源、水源、气源和各配件是否正常。

2.检查反应器、配件、管路和防爆设备是否完好无损。

1.3、进料操作1.进料前应检查反应器死角和管路是否干净。

2.进料时应防止过量，避免溢出或造成设备堵塞。

3.进料后应及时关闭阀门，避免进料管路和反应器内部空气进入。

1.4、控温操作1.控制系统应准确、灵敏，操作人员应熟练掌握控温方法和技巧。

2.温度升高速度不超过1℃/min，降温速度不超过0.8℃/min。

3.温度过高或过低时，应及时调整降温或加热，避免对生产造成影响。

1.5、排气操作1.排气时应逐步减小阀门开度，避免突然放空。

2.排气后应及时关闭相应阀门，避免污染环境和浪费能源。

1.6、停机操作1.停机前应先关闭加热和搅拌等设备。

2.严禁在停止搅拌后立即停机或急停。

3.停机后应清理管路、设备，及时泄压和排空罐内液体、气体。

2、生物发酵罐保养规程2.1、定期检查1.定期检查系统各部分的密封性、管路连接和电气系统是否正常。

2.定期检查显示仪、传感器、电控箱等设备的状态是否正常。

3.定期检查进气雾化器和进料阀门等部件是否堵塞或磨损。

2.2、清洗保养1.每次操作结束后应对反应器内部进行清洗和消毒。

2.定期清洗反应器配件、管路，每隔一段时间应维护一次设备润滑。

3.清洗前应先泄压并排空反应器内部液体和气体。

2.3、更换配件1.定期更换电气设备元器件、密封圈、搅拌器、加热器等配件，确保设备正常使用。