發(fā)酵罐課程設(shè)計(jì)專題

演講人：日期:發(fā)酵罐課程設(shè)計(jì)專題目錄CONTENTS02.04.05.01.03.06.發(fā)酵罐技術(shù)概述滅菌與清潔規(guī)范罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景分析控制系統(tǒng)構(gòu)建方法實(shí)操訓(xùn)練模塊01發(fā)酵罐技術(shù)概述基本結(jié)構(gòu)與功能定義包括罐身、罐頂、罐底及附件，用于承受發(fā)酵過程中產(chǎn)生的壓力。罐體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵液的混合和均勻，提高發(fā)酵效率。攪拌系統(tǒng)提供微生物生長所需的氧氣，同時(shí)排出產(chǎn)生的二氧化碳等廢氣。通風(fēng)與排氣系統(tǒng)維持發(fā)酵所需的適宜溫度，保證微生物的活性。加熱與冷卻系統(tǒng)發(fā)酵工藝核心參數(shù)溫度溶解氧pH值營養(yǎng)物濃度影響微生物的生長速率和代謝產(chǎn)物的種類，需嚴(yán)格控制。影響微生物的酶活性和代謝途徑，進(jìn)而影響產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量。對(duì)于好氧微生物來說，溶解氧是生長和代謝的必要條件。提供微生物生長所需的碳源、氮源和無機(jī)鹽等，其濃度需根據(jù)發(fā)酵階段進(jìn)行調(diào)整。工業(yè)生物反應(yīng)器分類機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐適用于細(xì)菌、酵母等微生物的發(fā)酵，攪拌和通風(fēng)效果良好。02040301固態(tài)發(fā)酵反應(yīng)器適用于固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)的發(fā)酵，如飼料、酒曲等。氣升式發(fā)酵罐利用氣體提升液體實(shí)現(xiàn)混合，能耗低且對(duì)細(xì)胞損傷小。膜生物反應(yīng)器利用膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過程中的物質(zhì)分離和純化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和收率。02罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)材質(zhì)選擇與耐壓標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)選擇根據(jù)發(fā)酵過程中產(chǎn)生的壓力、溫度、物料特性等因素，選擇適合的不銹鋼、碳鋼、玻璃鋼等材質(zhì)。01壁厚設(shè)計(jì)根據(jù)罐體直徑、高度和所承受的壓力等參數(shù)，計(jì)算出合理的壁厚，確保罐體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。02壓力釋放裝置設(shè)計(jì)安全閥、爆破片等壓力釋放裝置，以防止罐內(nèi)壓力過高造成危險(xiǎn)。03攪拌系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)根據(jù)物料特性和發(fā)酵工藝要求，選擇合適的攪拌器類型，如槳葉式、錨式、渦輪式等。攪拌器類型攪拌速度攪拌功率根據(jù)物料粘稠度、擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)，計(jì)算出適宜的攪拌速度，以保證物料混合均勻。根據(jù)攪拌器類型、攪拌速度、物料性質(zhì)等參數(shù)，計(jì)算出所需的攪拌功率，選擇合適的電機(jī)和減速器。傳熱裝置優(yōu)化策略根據(jù)發(fā)酵過程中需要的溫度范圍，選擇合適的傳熱方式，如夾套式、盤管式、外半管式等。傳熱方式根據(jù)傳熱方式和傳熱系數(shù)，計(jì)算出所需的傳熱面積，確保傳熱效率。傳熱面積在罐體外部采取保溫措施，如巖棉、玻璃棉等保溫材料，以減少熱量損失。保溫措施03控制系統(tǒng)構(gòu)建方法溫度調(diào)控模塊設(shè)計(jì)加熱與冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的加熱與冷卻系統(tǒng)，如蒸汽加熱、冷卻水循環(huán)等，確保溫度控制精度。03采用PID控制算法，根據(jù)溫度設(shè)定值與實(shí)際值的偏差，計(jì)算控制量，調(diào)節(jié)加熱或冷卻系統(tǒng)。02控制器算法溫度傳感器選擇選用高精度、耐腐蝕、耐高溫的溫度傳感器，如熱電偶或鉑電阻，確保測(cè)量準(zhǔn)確。01pH與溶氧監(jiān)測(cè)機(jī)制pH傳感器選擇選用玻璃電極或復(fù)合電極的pH傳感器，確保測(cè)量準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快。01溶氧傳感器選擇選用極譜式、熒光式或電化學(xué)式溶氧傳感器，根據(jù)工藝要求選擇合適的測(cè)量范圍。02數(shù)據(jù)記錄與報(bào)警實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH與溶氧值，將數(shù)據(jù)記錄并設(shè)定報(bào)警閾值，以便及時(shí)采取措施。03自動(dòng)化補(bǔ)料控制邏輯根據(jù)發(fā)酵工藝要求，確定補(bǔ)料種類（如碳源、氮源等）及補(bǔ)料方式（如間歇補(bǔ)料、連續(xù)補(bǔ)料等）。補(bǔ)料種類與方式補(bǔ)料時(shí)機(jī)與量補(bǔ)料泵與閥門控制根據(jù)發(fā)酵過程中的pH、溶氧、底物濃度等參數(shù)，通過算法計(jì)算補(bǔ)料時(shí)機(jī)與補(bǔ)料量，確保補(bǔ)料準(zhǔn)確。根據(jù)補(bǔ)料時(shí)機(jī)與補(bǔ)料量，自動(dòng)控制補(bǔ)料泵與閥門的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化補(bǔ)料。04滅菌與清潔規(guī)范原位滅菌（SIP）流程流程概述原位滅菌（SIP）即采用高溫、高壓蒸汽或化學(xué)劑對(duì)發(fā)酵罐及其管道進(jìn)行滅菌處理，確保無菌狀態(tài)。滅菌前準(zhǔn)備清洗發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備，確保無殘留物；檢查蒸汽發(fā)生器、溫度傳感器等設(shè)備是否正常。滅菌過程升溫至121°C，并保持一定時(shí)間（通常為15-30分鐘），以達(dá)到滅菌效果；同時(shí)保持壓力穩(wěn)定，確保蒸汽能穿透所有部位。滅菌后處理降溫至適宜發(fā)酵溫度；檢查設(shè)備有無損壞，準(zhǔn)備接種。清洗死角消除方案清洗效果驗(yàn)證通過目視檢查、取樣檢測(cè)等方式，確保清洗效果符合生產(chǎn)要求。03根據(jù)污染物性質(zhì)選擇合適的清洗劑，如堿性清洗劑、酸性清洗劑等。02清洗劑選擇清洗方法采用旋轉(zhuǎn)噴頭、管道清洗球等工具，對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)壁、攪拌器、管道等難以清洗的部位進(jìn)行清洗。01采用高效空氣過濾器，對(duì)進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣進(jìn)行過濾，確保無菌。接種前對(duì)接種室進(jìn)行滅菌處理；接種時(shí)嚴(yán)格遵循無菌操作規(guī)范，防止污染。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中的溫度、pH值、溶氧量等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。定期檢查管道閥門是否泄漏，及時(shí)更換密封件；避免閥門長期處于未關(guān)閉狀態(tài)，防止污染。防止染菌技術(shù)措施空氣過濾接種操作發(fā)酵過程監(jiān)控管道閥門管理05應(yīng)用場(chǎng)景分析抗生素生產(chǎn)案例通過青霉素菌種的發(fā)酵過程，產(chǎn)生青霉素類抗生素，具有高效、低成本的特點(diǎn)。青霉素發(fā)酵頭孢菌素類抗生素發(fā)酵過程中，通過優(yōu)化發(fā)酵工藝，提高產(chǎn)物產(chǎn)量和質(zhì)量。頭孢菌素發(fā)酵鏈霉素發(fā)酵過程涉及復(fù)雜的生物合成途徑，需要精確控制發(fā)酵條件。鏈霉素發(fā)酵酶制劑發(fā)酵優(yōu)化淀粉酶發(fā)酵通過優(yōu)化發(fā)酵條件，提高淀粉酶的產(chǎn)量和活性，用于食品、飼料等工業(yè)。01纖維素酶發(fā)酵纖維素酶能夠分解纖維素，將其轉(zhuǎn)化為可利用的糖類，具有廣泛的應(yīng)用前景。02蛋白酶發(fā)酵蛋白酶在食品、洗滌劑、紡織等行業(yè)中具有廣泛應(yīng)用，通過發(fā)酵優(yōu)化提高其產(chǎn)量和穩(wěn)定性。03基因工程菌培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)基因工程菌通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，將基因工程菌培養(yǎng)到高密度，提高產(chǎn)物產(chǎn)量。03酵母菌具有良好的發(fā)酵性能和易于操作的特點(diǎn)，被廣泛用于基因工程菌的培養(yǎng)。02酵母菌基因工程菌大腸桿菌基因工程菌通過基因工程技術(shù)改造大腸桿菌，使其高效表達(dá)目標(biāo)產(chǎn)物，如胰島素、干擾素等。0106實(shí)操訓(xùn)練模塊設(shè)備組裝模擬實(shí)驗(yàn)了解發(fā)酵罐各部件的名稱、功能及作用，模擬按實(shí)際工藝要求進(jìn)行設(shè)備選型。設(shè)備選擇與功能組裝流程與規(guī)范安全操作與防范掌握發(fā)酵罐的組裝流程，學(xué)習(xí)并實(shí)踐正確的組裝方法和技巧，確保設(shè)備密封性。學(xué)習(xí)發(fā)酵罐組裝過程中的安全注意事項(xiàng)，預(yù)防可能出現(xiàn)的安全隱患和事故。熟悉發(fā)酵罐運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，如泄漏、堵塞、異常聲響等。常見故障識(shí)別掌握故障發(fā)生的原因，包括設(shè)備本身的問題、操作不當(dāng)、環(huán)境因素等。故障原因分析針對(duì)不同類型的故障，學(xué)習(xí)并實(shí)踐應(yīng)急處理方法和步驟，確保設(shè)備安全運(yùn)行。應(yīng)急處理措施故障診斷與應(yīng)急處理工藝參數(shù)調(diào)優(yōu)實(shí)踐關(guān)鍵