生物制药反应过程设备.ppt

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1、第三章生物制药反应过程设备《制药设备及技术》生物制药基本过程如图所示，主要生产设备包括培养基配制及灭菌设备、空气预处理及灭菌设备、生物反应器和分离提取设备。生物制药基本流程第一节培养基配制及灭菌设备根据不同的细胞生长需要所配制的营养物质即培养基，培养基需要满足以下条件：①含有合适的营养物质；②合适的pH；③经灭菌后才能使用。由于大规模的微生物、动植物细胞培养都是纯种培养过程不允许有杂菌污染，所以要对培养基设备进行灭菌。在发酵工业中，广泛采用的培养基灭菌方法是湿热灭菌，即直接用高压蒸汽将物料升温至115℃～140℃后，保持一

2、段时间以杀死所有的微生物。培养基的灭菌方法有实罐灭菌和连续灭菌两种。第一节培养基配制及灭菌设备一、培养基实罐灭菌方法及设备实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用饱和蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间（30min左右），再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这种灭菌过程叫做实罐灭菌，又称分批灭菌（工厂里称实消）。1.实罐灭菌前的准备为了保证灭菌的成功，在实罐灭菌前，检查发酵罐是否严密非常重要，发酵罐及附属设备必须全面进行严密度检查，尤其是与发酵罐直接相通的阀门的严密性，在确实无渗漏情况下才开始灭菌。第一节培养基配制及灭菌设备2.

3、实罐灭菌的操作实罐灭菌操作就是用表压0.3～0.4MPa的饱和蒸汽将培养基灭菌的过程。实罐灭菌时间与温度的关系第一节培养基配制及灭菌设备图中，Ⅰ～Ⅳ阶段温度与时间的关系如下：Ⅰ—夹套预热阶段，培养基由室温加热至80-90℃，夹套预热是为了防止进入罐内的水蒸气冷凝成水后改变培养基浓度。Ⅱ—直接蒸汽加热阶段，培养基由80-90℃加热至121℃.Ⅲ—保温阶段，121℃Ⅳ—冷却阶段，121℃冷却至培养温度。实罐灭菌过程示意图实罐灭菌动画第一节培养基配制及灭菌设备3.实罐灭菌时间的计算根据对数残留公式，实罐灭菌所需的理论时间可以用下

4、式计算：式中，为灭菌时间，s；K为灭菌速度常数，为开始灭菌时原有菌的个数，个；为结束灭菌时残留菌的个数，个第一节培养基配制及灭菌设备灭菌速度常数K与温度和被杀灭菌的种类有下列关系通常取代入上式得：式中，A为系数，；E为灭菌时所需活化能，J/mol；R为气体常数，8.314J/（mol.K）；T为热力学温度，K。第一节培养基配制及灭菌设备二、培养基连续灭菌方法及设备连消：培养基的连续灭方法就是将发酵罐预先进行灭菌，将配好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加热、保温和冷却，然后连续进入已灭好菌的发酵罐中。空消：又称空罐灭菌。培养

5、基的灭菌如果是采用连续灭菌法，则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌，即发酵罐罐体的灭菌。第一节培养基配制及灭菌设备（一）培养基连续灭菌流程培养基连续灭菌示意图第一节培养基配制及灭菌设备（二）连续灭菌的基本设备连续灭菌的基本设备一般包括：配料预热罐：将配好的料液预热到60～70℃，以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；加热器：作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（135℃左右）；维持罐：加热器加热的时间很短，通过维持管达到彻底灭菌的效果；冷却管：从维持罐出来的料液要

6、经过冷却管进行冷却后，输送到预先已经灭菌过的罐内。第一节培养基配制及灭菌设备１.加热器（１）塔式加热器培养基从塔底由连消泵打入，打料速度控制在使物料在蒸汽导入管与设备外壳的空隙间流速为0.1m/s左右。料液与小孔中喷出的蒸汽连续混合，在塔内停留20～30s后，从塔的上部流出。塔式加热器第一节培养基配制及灭菌设备（2）喷射式加热器料液在中间进入，蒸汽则在周围环隙中进入，同时在喷嘴出口处有一个扩大端，扩大端顶端上方设置了一块弧形挡板，增强了蒸汽与料液的混合加热效果。料液在进入加热器时的流速约为1.2m/s左右，蒸汽喷口的环隙面

7、积约为喷嘴外径的一倍，扩大管高度一般为1米左右。此种加热器结构简单，噪声少，无震动。喷射式加热器第一节培养基配制及灭菌设备2、维持罐维持罐的结构高温培养基由进料口管道进入容器底部，因进料管由圆筒上部侧面伸入罐内通至下部，使料液自下向上流动，缓缓上升至出料口流出，如无返混，培养基在维持罐中的停留时间就是连续灭菌工艺所要求的保温时间或灭菌时间。第一节培养基配制及灭菌设备由于容器直径较大，培养基在容器内的流速较小，这样在维持罐中物料的返混现象是不可避免的。因此，在维持罐设计时，取高径比为2.0～2.5较合适，且外壁要有保温层。设

8、计培养基在维持罐中实际停留时间一般将理论灭菌保温时间乘上3～5倍。第一节培养基配制及灭菌设备维持罐体积的计算----维持罐体积，m3；——料液体积流量，m3/h；——物料在维持罐中停留时间，min，——充满系数，取0.85～0.9。第一节培养基配制及灭菌设备3、冷却设备（1）喷淋冷却器喷淋冷却器的最上端