《制藥工程》PPT電子課件,制藥工程,制藥,工程,PPT,電子,課件 第三章第三章 生化制藥反應(yīng)器生化制藥反應(yīng)器3.1 生物發(fā)酵培養(yǎng)基的生物發(fā)酵培養(yǎng)基的流變學(xué)流變學(xué)特性特性3.2 微生物發(fā)酵反應(yīng)器微生物發(fā)酵反應(yīng)器 3.3 動植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器動植物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器 3.2 微生物發(fā)酵反應(yīng)器微生物發(fā)酵反應(yīng)器 一、發(fā)酵一、發(fā)酵行業(yè)行業(yè)現(xiàn)狀現(xiàn)狀二、發(fā)酵反應(yīng)器二、發(fā)酵反應(yīng)器三、發(fā)酵反應(yīng)器的特點三、發(fā)酵反應(yīng)器的特點四、生物反應(yīng)器的分類四、生物反應(yīng)器的分類五、機(jī)械攪拌式反應(yīng)器五、機(jī)械攪拌式反應(yīng)器六、重點及創(chuàng)造性思維六、重點及創(chuàng)造性思維中國是世界發(fā)酵大國中國是世界發(fā)酵大國 國家重視：國家重視：國家發(fā)展和改革委員會、工業(yè)和信息化部近期發(fā)布食品工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃預(yù)計，到到20152015年，發(fā)酵工業(yè)總年，發(fā)酵工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到產(chǎn)值將達(dá)到46004600億元以上，年均增長率達(dá)億元以上，年均增長率達(dá)15%15%以上以上。國際競爭力：國際競爭力：培育5家銷售收入超過100億元的發(fā)酵工業(yè)企業(yè)，10家以上銷售收入超過50億的發(fā)酵工業(yè)企業(yè)。發(fā)酵罐總體積：全球最大。發(fā)酵罐總體積：全球最大。部分產(chǎn)品產(chǎn)量：檸檬酸、氨基酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量均居世界第一部分產(chǎn)品產(chǎn)量：檸檬酸、氨基酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量均居世界第一。技術(shù)：兩步發(fā)酵法生產(chǎn)技術(shù)：兩步發(fā)酵法生產(chǎn)VCVC，技術(shù)全球領(lǐng)先。技術(shù)全球領(lǐng)先。一、發(fā)酵行業(yè)現(xiàn)狀一、發(fā)酵行業(yè)現(xiàn)狀生物反應(yīng)器：生物反應(yīng)器，是指利用酶或生物體（如微生物、動植物細(xì)胞）所具有的特殊功能，在體外或體內(nèi)進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)的裝置系統(tǒng)。發(fā)酵反應(yīng)器：發(fā)酵工業(yè)中使用的生物反應(yīng)器，實際上就是發(fā)酵罐。二、發(fā)酵反應(yīng)器二、發(fā)酵反應(yīng)器三、發(fā)酵反應(yīng)器的特點三、發(fā)酵反應(yīng)器的特點體積大：酶因底物的濃度過高發(fā)生的抑制作用，微生物細(xì)胞因胞內(nèi)外滲透壓平衡問題，產(chǎn)物濃度不高。世界上最大的發(fā)酵罐高達(dá)100米，直徑7米，容積為4000立方米。視角：一座壯觀的圓形塔。能耗大：在發(fā)酵過程中，反應(yīng)時常是氣、液、固三相并存，發(fā)酵液粘度很大，流變學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，對反應(yīng)器中物料的混合和傳遞要求高?？刂埔蟾撸簻囟?、pH、溶氧敏感。四、生物反應(yīng)器的分類四、生物反應(yīng)器的分類 機(jī)械攪拌式反應(yīng)器機(jī)械攪拌式反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器鼓泡反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器氣升式反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器固定床和流化床反應(yīng)器固定床和流化床反應(yīng)器五、機(jī)械攪拌式反應(yīng)器五、機(jī)械攪拌式反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：筒體，攪拌裝置，換熱裝置，擋板，消泡裝置，電動機(jī)與變速裝置，空氣分散裝置。檢測裝置檢測裝置:溶氧電極，pH電極，CO2電極，熱電偶，壓力表等。開口開口:排氣、取樣、放料和接種口，酸、堿管道接口和人孔、視鏡等部件。研究目標(biāo)：研究目標(biāo)：解決強(qiáng)放熱反應(yīng)快速撤熱問題；解決溫度、濃度場混合均勻問題；解決能量高效合理利用問題 研究體系：研究體系：均相；非均相；牛頓及非牛頓流體；開發(fā)攪拌槽開發(fā)攪拌槽/反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計新方法反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)計新方法下列因素對速度場、濃度場及溫度場影響下列因素對速度場、濃度場及溫度場影響 物 系（均相、非均相、牛頓及非牛頓流體、濃度、粘度、顆粒直徑、密度差等）操作參數(shù)（攪拌轉(zhuǎn)速、通氣量等）結(jié)構(gòu)參數(shù)（槳葉形狀、槳直徑、槳葉角度、槳葉寬度、層間距、離底距度、內(nèi)構(gòu)件等）釜體直徑 等攪拌槽攪拌槽/反應(yīng)器優(yōu)化、放大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及規(guī)律反應(yīng)器優(yōu)化、放大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及規(guī)律速度場、濃度場、溫度場的實驗研究速度場、濃度場、溫度場的實驗研究1.6m3.6m的有機(jī)玻璃冷模實驗攪拌槽溶解及結(jié)晶動力學(xué)測定儀固體濃度分布測定儀工業(yè)反應(yīng)器CFD模擬(1)攪拌器結(jié)構(gòu) (2)槽體結(jié)構(gòu)(3)內(nèi)構(gòu)件 對速度場、溫度場、濃度場進(jìn)行實驗研究利用CFD方法進(jìn)行數(shù)值模擬實驗的補(bǔ)充工業(yè)反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計工業(yè)反應(yīng)器的初步設(shè)計 工業(yè)設(shè)計經(jīng)驗 驗證CFD設(shè)計思想設(shè)計思想強(qiáng)化微觀混合，使反應(yīng)區(qū)微觀混合特征時間tm 反應(yīng)特征時間tR，滿足反應(yīng)要求:.容器尺度上達(dá)到完全宏觀混合。提出了攪拌槽/反應(yīng)器內(nèi)不同區(qū)域機(jī)械能按需分配的科學(xué)設(shè)計思想，開發(fā)了相應(yīng)的實施方法。傳統(tǒng)的設(shè)計原則：滿足攪拌槽/反應(yīng)器內(nèi)機(jī)械能總需求。設(shè)計新方法設(shè)計新方法攪拌槽攪拌槽/反應(yīng)器優(yōu)化、放大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及規(guī)律反應(yīng)器優(yōu)化、放大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及規(guī)律14100 m3苯丙氨酸發(fā)酵罐使細(xì)胞向下運(yùn)動 30%使物料上下循環(huán) 215%使空氣快速分散 40%15為了實施機(jī)械能按需分配為了實施機(jī)械能按需分配開發(fā)了開發(fā)了2020余種新型攪拌槳余種新型攪拌槳(國內(nèi)傳統(tǒng)槳型僅國內(nèi)傳統(tǒng)槳型僅5 5、6 6種種)苯丙氨酸發(fā)酵罐苯丙氨酸發(fā)酵罐 改造前后技術(shù)對比改造前后技術(shù)對比參參 數(shù)數(shù)本項目開發(fā)本項目開發(fā)的技術(shù)的技術(shù)國內(nèi)某公司國內(nèi)某公司技術(shù)技術(shù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較比較反應(yīng)器體積反應(yīng)器體積(m3)100100相同相同電機(jī)功率電機(jī)功率(kW)85100節(jié)省節(jié)省15%苯丙氨酸濃度苯丙氨酸濃度4.52.1提高提高114%單釜發(fā)酵時間單釜發(fā)酵時間(hr)4045縮短縮短11%單釜生產(chǎn)能力單釜生產(chǎn)能力800噸噸/年年300噸噸/年年提高提高167%產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)品質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相同相同研究成果研究成果大型攪拌槽/反應(yīng)器工業(yè)應(yīng)用表（部分）行業(yè)分類裝 置 名 稱槽體積(m3)臺數(shù)應(yīng)用單位1.合成橡膠SBS、順丁橡膠聚合釜30,40,5012燕山石化、巴陵石化、高橋石化、大慶石化SBS、順丁橡膠凝聚釜60,10030SBS膠液罐200,40018SAN聚合釜、還原釜3032.氧化鋁氫氧化鋁結(jié)晶反應(yīng)器2000-280040中國鋁業(yè)河南公司、山東公司碳分槽等230,280123.石油煉制 催化劑分子篩、硅鋁膠反應(yīng)釜30,50,1008蘭州石化、齊魯石化、長嶺催化劑廠分子篩生產(chǎn)大型攪拌槽30-250504.磷肥磷酸萃取反應(yīng)器330,6508紅河州、安徽六國、涪陵化工其它大型攪拌槽75,19045.聚酯酯化反應(yīng)器40-1006儀征化纖，天津石化等其它大型攪拌槽30-55116.發(fā)酵 發(fā)酵罐等50,100,170,320121明治魯抗公司等7.其它行業(yè)聚丙烯酰胺熟化罐等100,13084大慶石油管理局意義意義 改變了我國多行業(yè)大型攪拌槽反應(yīng)器一直依賴進(jìn)口的歷史2005年獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎重點掌握重點掌握發(fā)酵反應(yīng)器的特點發(fā)酵反應(yīng)器的分類機(jī)械攪拌式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性思維創(chuàng)造性思維實際設(shè)備改良中，應(yīng)從哪些角度，通過調(diào)整哪些設(shè)備參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化改造原有發(fā)酵反應(yīng)器？六、重點及創(chuàng)造性思維六、重點及創(chuàng)造性思維