生物工程设备
生物工程设备
生物工程设备生物工程设备是指用于生物制造和生物研究的各种仪器和设备，是现代生物技术研究和应用的基础设施之一。
生物工程设备涉及的范围广泛，包括发酵设备、细胞培养设备、分离纯化设备、DNA/RNA提取纯化设备、高通量筛选设备等。
随着生物技术的发展，生物工程设备已经成为生物制造和医药产业的重要支撑，为人类的健康事业做出了巨大的贡献。
1. 发酵设备发酵设备是生物工程设备中的核心设备之一。
在生物制药和食品工业中，微生物发酵已经成为一种广泛应用的技术。
发酵设备主要包括传统的罐式发酵系统、流动床发酵系统、气液固三相流发酵系统等，在不同的应用领域中具有不同的优势。
罐式发酵系统是一种传统的发酵设备，其使用广泛且成熟，适用于生产大量的高品质发酵产品。
该系统主要由发酵罐、搅拌器、加热系统、通气系统等组成。
这种系统的操作简单易行，可控性强，但对于体积较大的生物反应器来说，混合效应差，产物分离困难。
流动床发酵系统和气液固三相流发酵系统相对于传统的罐式发酵系统而言，有着更高的反应效率和更好的产物分离性能。
这些系统的研究和发展，增加了发酵结果的稳定性和可控性，充分利用了微生物的生物活性，以提高生物产品的生产效率和质量。
2. 细胞培养设备细胞培养设备是生物工程设备中的又一重要设备。
随着生物技术的快速发展，细胞培养技术已经广泛应用于生物医药制造和细胞修复等领域。
目前，多种类型的细胞培养设备已经被广泛应用。
常见的细胞培养设备主要包括培养皿、转瓶、振荡培养器、悬浮培养器、生物反应器等。
这些设备能够模拟人体内的生理环境，为细胞的生长和繁殖提供理想的条件。
悬浮培养器和生物反应器能够提供大规模的细胞培养，适用于生产大量的生物制品，如抗体、疫苗等。
在未来，随着生物技术的不断发展，细胞培养设备将会进一步发展和完善，以满足更多生物制药和生命科学的需求。
3. 分离纯化设备分离纯化设备是生物工程设备中的重要组成部分，其主要作用是将生物反应器中生产的产品得到分离、纯化并提纯的生产工艺。
生物工程设备
设备价格：根据预算和设备性能选择合适的设备价格保证 性价比。
设备安装：选择专业的安装团队保证设备的正确安装和使 用。
设备维护：制定定期的维护计划保证设备的正常运行和使 用寿命。
设备性能参数
设备类型：生 物反应器、离 心机、过滤系
统等
容量：根据生 产规模选择合
发酵器：用于微生物发酵如酵 母、乳酸菌等
发酵床：用于微生物发酵如蘑 菇、木耳等
发酵箱：用于微生物发酵如面 包、蛋糕等
酶反应器
酶反应器是一种用于生物工程设备的重要类型 酶反应器主要用于酶催化反应如酶催化合成、酶催化降解等 酶反应器的主要组成部分包括反应器本体、搅拌系统、温度控制系统、压力控制系统等 酶反应器在生物工程领域具有广泛的应用如生物制药、生物燃料、生物材料等
膜分离设备
原理：利用膜 的渗透性差异 实现物质分离
应用：生物制 药、食品加工、 环境工程等领
域
特点：高效、 节能、环保、
操作简便
主要类型：微 滤、超滤、纳 滤、反渗透等
离心分离设备
离心转子：用于固定离心管 使其在离心过程中保持稳定
离心管：用于收集离心后的 液体和固体颗粒
离心机：用于分离液体和固 体颗粒如血液、细胞等
生物工程设备的生 产应用
在制药行业的应用
生物反应器：用 于生产疫苗、抗 体、酶等生物制 品
细胞培养系统： 用于细胞培养、 细胞工程、细胞 治疗等领域
生物分离技术： 用于分离、纯化 药物、蛋白质等 生物制品
生物检测技术： 用于药物质量控 制、药物安全性 评价等领域
在食品行业的应用
食品加工：生物工程设备可以用于食品的加工和生产如发酵、酶解等。
生物工程设备知识点总结
生物工程设备知识点总结生物工程设备是生物工程领域中所使用的各种工具和设备的总称。
这些设备涵盖了从实验室规模到工业生产规模的所有范围，用于生物制药、生物材料、基因工程等领域的研究和生产。
下面是对生物工程设备的一些常见知识点的总结。
一、发酵设备：1.发酵罐：用于培养微生物或细胞系的设备，以产生目标产品。
发酵罐通常包括搅拌装置、温控系统、pH调节系统、通气装置等。
2.培养皿：用于小规模培养细胞系或微生物的设备，可以是培养瓶、培养皿、微孔板等。
3.生物反应器：一种能够控制温度、氧气分压、pH值等参数的设备，用于工业规模的生物制药或发酵过程。
二、分离与纯化设备：1.超高速离心机：用于将混合物中的固体颗粒或细胞沉降至底部，以分离出清液。
2.过滤设备：包括膜过滤器、离心过滤器等，用于将混合物中的颗粒、细胞或溶质分离出来。
3.色谱仪：用于分离混合物中的不同成分，包括气相色谱仪、液相色谱仪等。
4.蒸馏设备：用于分离混合物中的挥发性成分，包括蒸发器、蒸馏塔等。
三、分析与检测设备：1.光谱仪：包括紫外-可见光谱仪、红外光谱仪等，用于分析样品中的化学成分或物理性质。
2.质谱仪：用于分析样品中的化学成分，并确定其分子结构。
3.核磁共振仪：用于分析样品中的原子核的化学环境和结构。
4.电化学分析仪：用于分析样品中的电化学性质，包括pH计、电位计等。
四、生物成像设备：1.激光共聚焦显微镜：用于观察生物样品的高分辨率图像。
2.荧光显微镜：通过激发生物样品中的荧光染料来观察样品的显微图像。
3.电子显微镜：利用电子束来观察生物样品的超高分辨率图像。
五、生物反应器：1.生物化学反应器：用于进行生物化学反应，如酶反应、酶促反应等。
2.细胞培养反应器：用于细胞的生长、分化和扩增，包括培养皿、生物反应器等。
3.基因工程反应器：用于进行基因工程研究和生产，包括DNA合成反应器、基因转染设备等。
六、其他设备：1.冻干机：用于将液体样品冻结并在低真空下去除溶剂，以得到干燥的样品。
生物工程设备第一章
1.1 培养基的灭菌设备
培养基的热灭菌动力学 在一定温度下，活的微生物杂菌细胞 （包括杂菌芽孢），受热死亡过程遵照 分子反应速度理论，与一级化学反应中 未反应分子的减少速度类似。杂菌是一 个复杂的高分子体系，其受热死亡是因 蛋白质高分子物质不活泼，结果导致蛋 白质变性，这种反应同属于一级反应。
辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细 碎。常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊 式等。 （1）两辊式粉碎机 两辊式粉碎机如图所示，主要的工作构件为两 个直径相同，相向转动的钢辊，辊筒表面形状 有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹 槽的。粉碎机工作时，把放在钢辊间的物料夹 住拖入两辊之间，物料受到挤压而破碎。两个 辊子中，一个固定，一个辊筒轴承座可以前后 移动，用以调节两辊筒间距，控制粉碎度。
两辊式粉碎机
多辊式粉碎机 为了用一台粉碎机达到下一步生产要 求的粉碎度，同时提高生产能力，往往 使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉 碎机。如图所示。
四辊式粉碎机
五辊式粉碎机
六辊式粉碎机
湿式粉碎机 为了避免干法粉碎危害工人的身体健康，在某 些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所 使用的机器称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要 包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器 等，粉碎可采用一级或二级粉碎（两台粉碎机 串联使用）。 砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种机器。工 业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨 机等。图1-12是德国DRISWERKE公司生产的 PM-DCP型砂磨机，主要由转子、定子、分离 装置、传动装置、液压系统及控制系统组成。
薄板换热器连续灭菌流程
培养液在设备中同时完成预热、加热灭菌、维 持及冷却过程。 利用薄板换热器进行连续灭菌时，加热和冷却
生物工程设备课程设计
生物工程设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解生物工程设备的基本概念、分类及其在生物技术产业中的应用；2. 掌握生物工程设备的工作原理、操作流程及维护方法；3. 了解生物工程设备在生物制品生产中的关键作用及影响产品质量的因素。
技能目标：1. 能够分析生物工程设备在生物制品生产中的适用性，并进行合理选型；2. 学会使用生物工程设备进行实验操作，并能处理简单的设备故障；3. 能够根据生产需求，对生物工程设备进行优化配置，提高生产效率。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对生物工程设备的兴趣，激发他们探索生物技术领域的热情；2. 增强学生的环保意识，使他们认识到生物工程设备在生物制品生产中的环保责任；3. 培养学生的团队合作精神，让他们在合作学习中体验到生物工程设备研究的乐趣。
课程性质分析：本课程为高年级生物工程专业课程，旨在帮助学生将理论知识与实际应用相结合，提高他们在生物技术产业中的实践能力。
学生特点分析：高年级学生对生物工程有一定了解，具备一定的理论基础，但实践经验不足。
学生对新鲜事物充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合实际案例，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采取小组合作、讨论等形式，引导学生主动参与教学活动，培养学生的自主学习能力和团队合作精神；3. 强化实践环节，注重培养学生的动手能力，提高他们在生物技术产业中的竞争力。
二、教学内容1. 生物工程设备概述- 设备分类与原理- 生物工程设备在生物技术产业中的应用2. 常见生物工程设备及其操作- 发酵罐、生物反应器等设备的工作原理与操作流程- 设备的维护与故障处理3. 生物工程设备在生物制品生产中的应用- 生物制品生产过程中的关键设备选型与配置- 影响生物制品质量的设备因素及解决方法4. 生物工程设备优化与技术创新- 生物工程设备的优化方法与策略- 生物工程设备在生物技术领域的技术创新案例5. 教学实践与案例分析- 组织学生进行生物工程设备实验操作- 分析实际案例，探讨生物工程设备在生产中的应用及优化教学内容安排与进度：第一周：生物工程设备概述第二周：常见生物工程设备及其操作第三周：生物工程设备在生物制品生产中的应用第四周：生物工程设备优化与技术创新第五周：教学实践与案例分析教材章节关联：本教学内容与教材中“生物工程设备”章节相关内容紧密关联，涵盖了设备原理、操作、应用与优化等方面的知识，旨在帮助学生全面了解生物工程设备在生物技术产业中的重要作用。
生物工程设备概论
生物工程设备概论
生物工程设备是一种用于生物制造和研究的专业设备，它们通常用于生物制药、生物材料、生物能源等行业。
生物工程设备包括生物反应器、生物分离设备、生物传感器、生物检测设备等。
生物反应器是生物工程设备中最常见的一种，它用于培养和维持细胞、微生物或酵母等活细胞的生长环境。
通过控制温度、pH值、氧气供给等各种参数，生物反应器可以为细胞提供最
适宜的生长条件，从而促进细胞的生长和代谢物的产生。
生物反应器的种类有很多，包括批量反应器、连续反应器、循环反应器等，不同的反应器适用于不同类型的研究和生产需求。
生物分离设备则是用于提取和纯化生物制品的设备，它们通常包括离心机、超滤器、色谱柱等。
这些设备可以帮助将混合物中的生物制品分离出来，并进行纯化处理，以获取高纯度的目标产物。
生物分离设备在药物制造、酶制剂、生物染料等领域起着重要作用。
生物传感器和生物检测设备则用于监测和检测生物制品的质量和活性。
生物传感器可以通过对生物体内生物活性物质的测量，快速、高效地获取生物制品的活性信息。
生物检测设备则可以对生物制品的质量进行定量和定性的检测，确保生物产品符合质量标准。
总的来说，生物工程设备在生物制造和研究领域起着至关重要的作用，它们为生物技术的发展和生物产品的生产提供了必要
的技术支持和保障。
随着生物工程技术的不断创新和发展，生物工程设备也将不断更新和完善，以满足不断增长的生物生产需求。
生物工程设备调试方案
生物工程设备调试方案一、概述生物工程设备是生物制药生产中的关键设备，在生产过程中需要进行严格的调试和维护，以确保设备能够正常运行，并达到预期的生产效果。
本文将以常见的生物工程设备为例，介绍生物工程设备调试的基本流程和注意事项。
二、生物工程设备常见问题在生物制药生产中，生物工程设备常见的问题包括但不限于以下几个方面：1. 设备无法正常启动或工作；2. 设备运行效率低，出现卡顿或卡死现象；3. 设备运行时出现异常噪音或异味；4. 设备运行中出现故障或报警；5. 设备生产出的产品不符合规定的质量标准。
这些问题可能与设备本身的机械结构、电气元件、控制系统、传感器及执行器等方面有关，需要通过详细的调试来排除故障。
三、生物工程设备调试流程1. 准备工作在进行生物工程设备调试之前，需要进行充分的准备工作，包括但不限于：（1）了解设备的基本结构和工作原理；（2）准备必要的调试工具、设备说明书、电路图纸、备件等；（3）组织专业人员进行调试和维修。
2. 现场检查在开始调试生物工程设备之前，需要进行现场检查，包括但不限于：（1）检查设备的外部结构和机械连接部件，确保设备处于安全状态；（2）检查设备的电气连接和控制系统，确保所有连接正常无误；（3）检查设备的润滑系统和冷却系统，确保系统工作正常无漏气漏水。
3. 功能测试在完成现场检查后，可以进行设备的功能测试，包括但不限于：（1）检查设备的启动、停止、加速、减速、停刹等基本功能；（2）检查设备的各个执行部件的工作状态，如电机、气缸、阀门等；（3）检查设备的传感器、仪表和控制系统的工作正常与否。
4. 调试过程在功能测试合格的基础上，可以进行设备的进一步调试，包括但不限于：（1）检查设备各部件之间的机械连接和传动系统，确保各部件协调工作；（2）调试设备的控制系统，确保设备的自动化程度高，运行稳定；（3）调试设备的流程控制系统，确保设备的流程参数设置正确，产品质量符合标准。
5. 参数调整在完成设备的基本调试和功能测试后，还需要对设备的一些参数进行调整，包括但不限于：（1）调整设备的工作速度、工作压力等参数，以满足生产的需要；（2）调整设备的温度、湿度、搅拌等参数，以保证产品质量达标。
生物工程设备
生物工程设备简介生物工程设备是指用于进行生物工程实验和生产的设备和仪器。
随着生物工程技术的快速发展，生物工程设备在数量和种类上也在不断增加。
这些设备在推动生物工程领域的发展、促进生物产业的繁荣方面起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的生物工程设备，并分析其工作原理和应用领域。
1. 生物反应器生物反应器是用于进行生物化学反应的设备。
生物反应器的主要功能是提供适宜的环境条件，如压力、温度、pH值、溶解氧浓度等，以促使微生物在其中进行代谢活动。
生物反应器通常由反应容器、搅拌装置、控制系统等组成。
工作原理生物反应器的工作原理基于生物反应的基本原理，即微生物在特定环境条件下进行酶催化反应。
通过调节反应器内的环境条件，可以控制微生物的生长速率和代谢产物的生成。
应用领域生物反应器广泛应用于药物生产、食品工业、环保等领域。
例如，在药物生产中，生物反应器可以用于生产抗生素、酶制剂等；在环保领域，生物反应器可以用于废水处理、废气处理等。
2. DNA合成仪DNA合成仪是一种用于人工合成DNA序列的设备。
DNA合成仪能够将特定的核苷酸按照一定顺序连接起来，从而合成出特定的DNA序列。
工作原理DNA合成仪的工作原理是通过固相合成技术合成DNA。
该技术利用固相载体上的化学保护基团，按照特定的合成顺序逐个添加核苷酸，最终合成出目标的DNA序列。
应用领域DNA合成仪广泛应用于基因合成、基因工程、基因测序等领域。
通过DNA合成仪，科研人员可以合成出具有特定功能的DNA序列，从而实现对基因的精确操控和研究。
3. PCR仪PCR仪是一种用于进行聚合酶链式反应（PCR）的设备。
PCR仪可以在短时间内扩增DNA序列，并且能够精确控制反应的温度和时间。
工作原理PCR仪的工作原理基于聚合酶链式反应的基本原理。
在PCR仪中，通过控制反应体系的温度，使DNA的两条链在加热、退火和延伸三个阶段之间交替进行，从而实现DNA序列的扩增。
应用领域PCR仪广泛应用于分子生物学研究、基因检测、医学诊断等领域。
生物工程设备教学大纲
生物工程设备教学大纲《生物工程设备与实验操作技术》教学大纲【课程名称】《生物工程设备与实验操作技术》【课程类别】专业基础课【教学时数】 72 学时【课程学分 4学分【开设专业】生物制药、生化制药【开设学期】第五学期【选用教材】《生物工程设备与实验操作技术》.黄亚东.中国轻工业出版社，2008.8.【参考教材】1(梁世中《生物工程设备》北京:中国轻工业出版社，2002，22(段开红《生物工程设备》北京:科学出版社，2008，23(鲍新华《生物工程》北京:化学工业出版社，2008，7【教学性质和目的】本学科为校企合作开发的高职教育教材，较为全面地阐述了生物工程操作原理及典型设备，旨在培养生物技术应用领域高技能应用型专门人才。
全书共分为四篇，第一篇为原料预处理设备，主要包括原料的筛选与分级设备、粉碎设备、水处理系统及设备、空气除菌设备、培养基制备设备;第二篇为生物反应器，主要包括生物反应器设计基础、通风发酵设备、厌氧发酵设备、固态发酵生物反应器、动植物细胞培养反应器、酶反应器、生物反应器的放大与参数检测;第三篇为产物分离提纯设备，主要包括细胞的破碎与分离设备、沉降设备、过滤设备、离心分离设备、压榨设备、膜分离设备、萃取设备、液体吸附设备、浸出设备、离子交换设备、蒸发设备、结晶设备、干燥设备、蒸馏设备;第四篇为附属设备，主要包括物料输送设备、设备与管道的清洗与灭菌、产品包装设备及制冷设备。
【课程的基本要求】《生物工程设备与实验操作技术》是一门实践性很强的课程，要求学生在学过生物工程类基础课的基础上，通过本课程的学习，了解生物工程操作的基本概念和基本原理，掌握典型设备的结构、工作原理、性能特点、操作要点、选用及保养方法，并懂得运用所学知识和技能分析、分析和解决生物工业生产中的一般性技术问题，同时培养学生的工程意识、职业意识和责任意识。
【各章节内容及学时分配】备注(教学方法如:一般讲授，课堂讨论，章节教学内容学时作业，实际操作等) 第一篇一般讲授、课堂讨论、作业原料预处理设备 12 第二篇一般讲授、课堂讨论、作业生物反应器 30产物分离提纯设第三篇一般讲授、课堂讨论、作业 20备第四篇一般讲授、课堂讨论、作业附属设备 10合计 72第一篇，原料预处理设备第一章原料的筛选与分级设备【目的要求】1(掌握磁力除铁器的结构和工作原理;筛分的基本概念;常用筛分设备的操作要点 2(熟悉精选机的结构和工作原理;常用筛分设备的结构和工作原理;筛分设备的选用 3(了解磁力除铁的意义和方法;物料粒度分布的测定方法;【教学重点、难点】重点:磁力除铁器的结构和工作原理难点:常用筛分设备的结构和工作原理;筛分设备的选用【教学内容】第一节原料的除铁设备第二节原料的精选设备第三节物料筛分设备第二章粉碎设备【目的要求】1( 掌握原料粉碎的目的和意义;常用粉碎设备的结构和工作原理 2( 熟悉物料粉碎机理;常用粉碎设备的特点、操作要点及有关注意事项 3( 了解粉碎操作在生物工业中的应用;粉碎方法的分类;粉碎设备的选择【教学重点、难点】重点:常用粉碎设备的结构和工作原理难点:常用粉碎设备的特点、操作要点及有关注意事项【教学内容】第一节粉碎的基本概念和理论第二节常用粉碎设备第三章水处理系统及设备【目的要求】1.掌握生物工业中常用的水处理方法;常用水处理装置的结构和工作原理 2(熟悉培养基制备对水的质量要求;常用水处理装置的特点及操作要点 3(了解水的质量分级及质量要求;根据水源状况及生产工艺要求明确水处理方法【教学重点、难点】重点:常用水处理装置的结构和工作原理难点:常用水处理装置的特点及操作要点【教学内容】第一节水质分级及水质要求第二节水的过滤装置第三节水的软化及脱盐第四节水的杀菌第四章空气除菌设备【目的要求】1(掌握生物工业生产对空气质量要求;染菌几率;典型的空气过滤除菌流程2(熟悉空气过滤除菌的机理;空气过滤除菌流程中各附属设备的作用 3(了解空气洁净度等级及要求;空气除菌方法;常用的过滤介质及特点【教学重点、难点】重点:典型的空气过滤除菌流程难点:空气过滤除菌的机理;空气过滤除菌流程中各附属设备的作用【教学内容】第一节空气除菌方法第二节空气过滤除菌流程第三节空气过滤除菌设备培养基制备设备第五章【目的要求】1(掌握淀粉质原料连续蒸煮糖化设备、淀粉水解制糖设备、固体培养基中蒸煮设备的结构、特点及操作要点;培养基连续灭菌设备的结构及灭菌过程2(熟悉淀粉质原料间歇蒸煮糖化设备结构、特点;培养基制备中间灭菌设备、固体培养基制备中的润水设备的结构及操作要点3(了解蒸煮锅数量的确定方法;糖蜜稀释器的类型与结构【教学重点、难点】重点:淀粉质原料连续蒸煮糖化设备、淀粉水解制糖设备、固体培养基中蒸煮设备的结构、特点及操作要点;难点:淀粉质原料连续蒸煮糖化设备、淀粉水解制糖设备、固体培养基中蒸煮设备的结构、特点及操作要点;【教学内容】第一节淀粉质原料蒸煮与糖化设备第二节糖蜜稀释器第三节淀粉水解制糖设备第四节培养基灭菌设备第五节固体培养基制备设备第二篇生物反应器第一章生物反应器设计基础【目的要求】1( 掌握生物反应器的化学计量与动力学基础;生物反应器的质量传递与热量传递2( 熟悉生物反应器的特点及作用3.了解生物反应器的含义和分类方法【教学重点、难点】重点:生物反应器的化学计量与动力学基础难点:生物反应器的质量传递与热量传递【教学内容】第一节生物反应器概述第二节生物反应器设计基础第二章通风发酵设备【目的要求】1( 掌握种子罐空实消的操作要点;机械搅拌发酵罐罐体结构及设计要求;机械搅拌发酵罐搅拌器的类型;发酵罐换热装置的类型及特点2( 熟悉培养箱的使用注意事项;种子培养罐的结构及特点;轴封的作用及结构;常用联轴器的形式;自吸式发酵罐的结构及充气原理2( 了解培养箱的结构特点;影响带升式发酵罐性能的主要因素;塔式发酵罐的特点;文氏发酵罐的结构、工作机理及优缺点【教学重点、难点】重点:机械搅拌发酵罐罐体结构及设计要求;机械搅拌发酵罐搅拌器的类型;发酵罐换热装置的类型及特点难点:升式发酵罐、塔式发酵罐、文氏发酵罐的特点与结构、工作机理及优缺点【教学内容】第一节菌种培养设备第二节机械搅拌通风种子培养罐第三节机械搅拌通风发酵罐第四节其他通风发酵罐第三章厌氧发酵设备【目的要求】1( 掌握密闭式酒精发酵罐的结构、特点及操作要点;酵母扩大培养罐的结构及操作要点;啤酒锥底罐的结构、特点、安装及使用要求2(熟悉酒精捕集器的作用、类型、工作原理及结构;糖蜜原料制酒精连续发酵的设备组成、特点及操作要点;啤酒大直径露天贮酒罐和朝日罐的结构及特点 3(了解淀粉质原料制酒精连续发酵的设备组成、特点;啤酒连续发酵特点、流程及设备组成。
生物工程设备考试知识点必看
生物工程设备第一章绪论●生物工程设备(bioengineering equipment)：就是生物工程类工厂或实验室为生物反应提供最基本也是最主要的能够满足特定生物反应工艺过程的专门技术装备或设施。
即为生命体完成一定反应过程所提供的特定环境。
●生物工程设备是现代生物技术的基本原理与工程学原理相交叉的应用性学科，是将生物技术成果产业化的桥梁。
●吕文虎克发明显微镜、柯赫建立了微生物分离纯化和纯培养技术、弗莱明发现了青霉素，并确认青霉素对伤口感染更有疗效●通风搅拌发酵技术的建立标志着实现了真正意义的生物工程设备；代表：青霉素●对通气搅拌生物反应器进行了改造，发展了气升式反应器，设备向着大型化、自动化发展●20 世纪70 年代基因重组技术诞生；代表产物是胰岛素第二章原料处理及灭菌设备●目前常用的处理方法有：筛选法、比重法、浮选法、磁选法●预处理包括：筛选去杂、磁力除铁、精选分级、原料粉碎●筛分机械原理：根据颗粒的几何形状及其粒度，利用带有孔眼的筛面对物料进行分选的机器，具有去杂、分级两个功能●网目：以每英寸长度内的筛孔数表示，称为网目数，简称网目，以M表示●振动筛：发酵工厂应用最为广泛，带有风力除尘功能的筛选设备，多用于清除物料中小或者轻的杂质。
●滚筒筛分类有 1.并列式：颗粒直径分布均匀；2,串联式：小颗粒含量较多的；3.同轴式：大颗粒含量不多的物料●重力分选原理：干重重力分选、湿重重力分选●湿重重力分选利用不同密度的颗粒在水中受到的浮力及下降阻力的差异进行分选的。
●典型重力分选机械粒状原料密度去石机采用干法重力分选块根原料除石机该设备通常采用湿法重力分选●精选设备常用的有滚筒式精选机、碟片式精选机、螺旋球度精选机●螺旋球度精选机从长颗粒中分离出球形颗粒●粉碎的理论模型（a）体积粉碎模型（b）表面粉碎模型（c）均一粉碎模型●粉碎：粉碎是固体物料尺寸由大变小的过程，是利用机械力来克服固体物料内部凝聚力使之破碎成符合要求的小颗粒的单元操作。
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生成能量基质产生的ATP相关)由此确立一系 列关系
精品PPT
• 细胞内营养基质的消耗一部分用于生长，
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琼脂斜面
摇瓶
接种
菌种提纯
种子培养
种 子 罐
无菌空气 生物反应
pH调节液
空
气
过
蒸汽
滤
主
器
要
发
酵
锅炉 空气压缩机
罐
通气
检测控制
培养基原料
培养基配料
培养基 配料罐
蒸汽灭菌
连消装置
去菌体分离及后处理
成品
典型的分批发酵工艺流程图 精品PPT
机械搅拌反应器
？
植物细胞培养器
活体生物反应器－转基因牛
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Industrial Fermentation Setting
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课程内容
生物工程设备
生生 物物 反反 应应 器器 设 计 基 础
检物 测料 控处 制理 及设 放备 大
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产辅 物助 分系 离统 纯设 化备 设 备
目的与要求
• 掌握生物反应器的设计基础。 • 掌握生物工程的设备流程、设备结构及工作原理，主要设 备的设计计算及选型。 • 了解国内外生物工程与设备的新技术、新设备及发展动向。 • 初步具有独立分析和解决试验研究及工业生产上的工程设 备问题的能力。
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Laboratory process development Shake Flask Experiments
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第一章 生物反应器设计基础
生物反应器的设计要以生物体为中心 需要两方面的知识 化学工程：反应器的传热，传质的性能，
剪切力，凝聚成颗粒现象，通气 生物工程方程：生物体的生长特性和要求，
• 传质
• 气-液传质 • 液体-微生物传质
• 传热 • 剪切力问题
• 环境因素对生长及代谢的影响
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生物反应器设计基础
• 生化反应的特点：活细胞
•
多营养成分
•
多途径代谢
•
催化剂为蛋白质组分的酶
• 因而质量和能量守恒定律间的关系复杂
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精品PPT
生物反应器设计基础
• 三者关系： • 化学计量学是反应器设计的关键之一，
• 还原度 ：某化合物中每一克碳原子的有效电子当量数。
化合物中任何元素的还原度等于该化合物的化合价。例如：NH3中氮、氢 的还原度为: N = 3, H = 1
细胞： 基质：
b s
4 p 2n 4 m 2l
3q
(2.2)
产物： p 4 y 2s 3t
根据细胞、基质和产物的还原度可以列出有效电子平衡方程：
对化学方程式进行元素衡算，得下列方程组：
C : 1 Yb Yp d
N : O :
a qYb tYp
2.1
1 2b nYb sYp c 2d
H : m 3a pYb rYp 2c
精品PPT
CHmOl+aNH3+bO2 →YbCH pO nNq (生物量)+ YpCH rOsNt (产物)+ c H2O + dC O2
为介质的合理设计提供基本数据 • 质量衡算和化学计量关系可判断过程运
行的好坏，并获得间接测量的数据 • 最后结合热力学关系，可推断出给定系统
的得率
精品PPT
生物反应的质量衡算
• 细胞反应的元素衡算：
营养物（C源、N源、O2、无机盐类等）→细胞+代谢产物（产物、C O2、 H2O等） CHmOl+aNH3+bO2 →YbCH pO nNq (生物量)+ YpCH rOsNt (产物)+ c H2O + dC O2
＝
x S
• 对氧的细胞得率Yx/o
YX / O
生成细胞的质量 消耗氧的质量
＝ x O
• 对碳的细胞得率YC
YC
生成细胞量 细胞含碳量 消耗基质的质量 基质含碳 / S
• 对基质的产物得率Yp/s
YP / S
生成代谢产物的质量 消精耗品P基PT质的质量
＝ P S
＝
/
Y max x/s
ms
(2.5)
•有产物时，基质的线性方程：
＝
/
Y max x/s
/
Y max x/s
ms
2.6
精品PPT
式中σ－合成单位细胞的基质消耗速率；π－单位细胞的产物生产率。
• 若知道得率，可得所需氨量和氧量，及所 产生的CO2和水
• 同样进气，排气和氮消耗量的测量有助于 确定得率
生物工程设备
➢ 绪论
➢ 生物反应器设计基础
➢ 生物反应器
➢ 检测控制及放大
➢ 物料处理设备
➢ 产物分离纯化设备
➢
辅助系统设备 精品PPT
• 作用
课程作用与任务
生物工程设备
生物技术的原理
生物技术产业化
• 任务
生物工程设备的最佳设计和最适选型，满足现代生物技 术产业化的需要；研究开发新型生物工程设备，使生产过程 大型化、多样化、连续化和自动化
升式，自吸式 • 3）光照生物反应器 • 4）膜生物反应器：可分为非循环式，内循
环式，外循环式生物反应器
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生物反应器设计基础
• 化学计量基础
• 生物反应的质量衡算
• 生物反应过程的得率系数
• 生物学基础
• 细胞数动力学 • 无抑制的细胞生长动力学 • 有抑制的细胞生长动力学 • 产物形成动力学
s 4b Yb b Yp p
1 Yb b Yp p 4a
s
s s
1 b p
基质中传递到氧的有效 电子数的分率； b 进入细胞的有效精电品子P数PT分率； p 进入胞外产物中有效电 子数的分率。
细胞反应过程的得率系数
• 对基质的细胞得率Yx/s
Yx/s
生成细胞的质量 消耗基质的质量
基质的细胞得率Yx/s与比生长速率的关系
•比生长速率μ：生长速度大小的参数。
rx dCX dt μCX 2.3
•维持的定义： 1 ＝ 1 ms (2.4)
Y Y max
X /S
x/s
式中YXS－细胞对基质的得率；Yxm/ sax－最大得率；ms －维持系数； μ－比生长速率。
•无产物时，基质的线性方程：
生物体不同阶段对温度，溶氧,pH的要 求，无菌要求
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生物反应器设计基础
• 生物反应器的分类按目的分： • 1。生产细胞 • 2。细胞的代谢产物 • 3。酶催化得到的产物 • 按培养类型分类： • 动植物细胞,组织，酶，微生物的培养和发
酵
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生物反应器设计基础
• 常用生物反应器： • 1）厌气生物反应器 • 2）通气生物反应器，又可分为搅拌式，气