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1、 生物工程设备学时：40学时绪 论一 研究对象及内容对象：在生物工程工厂中广泛应用，与 生产工艺紧密结合的生产设备。内容：各类设备的工作原理、构造、适 用对象、特点及设计、计算。依托的基础知识：化工原理、物理化学 、微生物学、生物化学、高等数学等。二 授课顺序按照产品生产的工艺流程来编写的。以 味精生产为例： 大米出杂 浸泡 粉碎 调浆 双酶法液化、糖化 配料 连消 进罐发酵 过滤 等电点结晶 过滤 中和 脱色 浓缩 结 晶 干燥 包装从工艺流程中，可以得到该课程学习顺序 ：1、原料前处理设备：如出杂、粉碎、输 送、培养基制备（灭菌、液化、糖化）；2、生物反应器：种子罐、发酵罐；3、后处理设备
2、：过滤、浓缩、干燥、结 晶、蒸馏、离交、脱色、萃取等；4、辅助生产设备：无菌空气系统、冷冻 系统、水处理系统、蒸汽系统； 三 发酵设备分类1、专业设备：只用在生物工程专业上， 如：、生物反应器（发酵罐、种子罐）、 液化、糖化设备、连消设备；2、通用设备：除在本专业上使用外，在 其他工业上也使用，如：泵、风机、粉碎 机、管件、阀门、过滤、换热设备。3、非标准设备：根据实际工艺需要定做 的，无统一标准，如：储罐、计量罐等；四 生物工程及其设备的发展生物工程的发展促进了生物工程设备的 发展。反之，设备的发展同样影响着生物 工程工业化的发展。 1、传统天然发酵阶段：十八世纪前，全世界已有许多的发酵产
3、品。如：啤酒、白酒、葡萄酒、酱油、醋 、豆腐乳、干酪、酸乳。当时，没有酿造 的理论，全凭经验。2、纯培养阶段：1675年，虎克观察到微生物；200年后，巴斯德证明了酵母的酒精发 酵；随后，柯赫建立了纯培养技术；布赫纳证明了酒精发酵是由一系列的酶 催化的化学反应。发酵工业进入纯培养阶段。开始了以酒 精、丙酮丁醇、甘油、啤酒为代表的纯种 厌氧液体发酵。3、好氧发酵阶段：1940年，青霉素在二次大战中成功进行 了大规模生产，使发酵工业由厌氧发酵开 始进入了以有机酸、维生素发酵为主要产 品的好氧发酵阶段。为了提高溶氧、降低生产成本，导致 发酵罐向多方位发展，相继出现了机械搅 拌罐、气升式发酵罐、自吸式
4、发酵罐等。4、代谢控制发酵阶段二十世纪五十年代，日本建立了代谢控 制发酵技术，出现了以谷氨酸、赖氨酸为 代表的氨基酸发酵和以肌苷酸、鸟苷酸为 主的核酸发酵。产物抑制和底物抑制理论的出现，使发 酵工业中出现流加技术和发酵提取耦合技 术，相应出现了谷氨酸、赖氨酸流加设备 和酒精、L-乳酸发酵提取耦合设备。5、基因工程阶段1979年，建立起基因操作技术，使发酵 工业进入到基因工程阶段，兴起了动植物 细胞培养技术及其工业化的发展。代表产 品有胰岛素、干扰素的生产。在设备上出现了动植物细胞培养反应器 ，以满足动植物细胞对氧的需求及对剪切 力的敏感。五 生物工程设备发展趋势 1、设备材料越用越好： 地缸、
5、木桶 水泥池 碳钢、低合 金钢 优质合金钢 2、发酵设备容积逐渐增大：由传统的木桶200-400L逐渐发展到现在: 啤酒320m3、谷氨酸700m3、单细胞蛋白 1500m3、废水处理生化反应器27000m3。喷雾干燥塔由蒸发能力50kg/h发展到 5000kg/h。3、自动化程度越来越高：由手动及人工看罐，发展到温度、搅拌 、风量、风压、PH、溶氧、消泡、补料全 部可以进行自控，应用微机管理。 4、设备趋于标准化：由自行设计、加工发展到厂家可提供标 准图纸及可订购加工。 5、工艺流程更简单化：设备的整合使得单元操作合并，缩短了 工艺流程；先进设备的应用，完全改变了 原有复杂的工艺流程。如：L
6、-乳酸发酵后提取工艺流程： 发酵液 中和过滤 浓缩 结晶 过滤 酸解 过滤 离交 浓缩脱色 高真空蒸馏 L-乳酸改进后提取工艺流程： 发酵液 粗过滤 微滤 超滤 纳 滤 分子蒸馏 L-乳酸6、由分批生产向连续化生产过渡连续化生产同分批生产相比较，它具有 操作简单、生产能力大、设备利用率高、 生产质量稳定、容易实现自动化等优点。目前，液化、糖化、连消、发酵、浓缩 、干燥、结晶等单元操作都可进行连续操 作。六 生物工程设备的特点及要求 1、设备特点：a、在常温、常压或低压下操作发酵温度一般在30-100之间，灭菌一 般在128 以下，30分钟。压力：一般在 3kg/m2b、无菌下操作，设备应考虑死
7、角的消除 ，保证不被污染。如：正压操作、蒸汽密 封、专用阀门等。c、设备的结构应满足工艺的要求，如： 通气、pH调节、温度、补料。d、制作材料应保证它耐受酸碱的腐蚀。 如：有机酸发酵罐可采用SS316制作，也 可采用A3钢内衬不锈钢或橡胶、陶瓷、涂 料；离子交换柱可采用SS317L或采用不 锈钢内衬橡胶。2、基本要求在满足工艺要求、保证产品质量和收 得率的前提下，生产成本最低。a、强度和刚度b、加工费用、运行费用（能耗、原料 生产消耗、设备折旧）c、生产能力：罐越大，投资越省、运 行越稳定，但不能染菌，否则损失惨重 。d、设备利用率：利用率高，设备投资 越省、设备生产能力越大、生产成本越 低。 七 学习方式 1、以学习最先进的装备和工艺为目的。 2、专业设备应学会设计，其它设备重在 选型。 3、注重具有共性的设备。
