论文总字数：13645字

摘 要

随着科学的进步，生物发酵产业在人类生活中扮演着越来越重要的角色。生物反应器，顾名思义就是生物细胞反应的容器，它为我们进行生物产品生产提供一个模拟生物适宜的环境。目前，市场上的生物反应器种类特别是机械搅拌式发酵罐的设计及功能均较为完善。但在实验室中所运用小型发酵罐，大多数均为磁力搅拌，或者有一部分是用机械搅拌，但对发酵过程中参数的控制不太理想。所以，本此设计欲从“控温”角度着手，设计一款小型实验室机械搅拌发酵设备，容积仅为5L。

关键词： 小型发酵罐； 机械搅拌； 带夹套； 三维建模

Preliminary Design of Controlled Fermentor

ABSTRACT

With the scientific progress, bio-fermentation industry in human life plays an increasingly important role. The bioreactor, as its name suggests, is a container for biological cell responses that provides a simulated biological environment for our production of biological products..At present, the market of bioreactor types, especially the mechanical mixing of the fermentation tank design and function are more perfect,however, in the laboratory, the use of small fermentation tanks, most of which are magnetic stirring, or part of the use of mechanical mixing, but the control of the parameters of the fermentation process is not ideal.Therefore, this design from the "temperature control" point of view, the design of a small laboratory mechanical mixing fermentation equipment，the volume is only 5L.

Key words: small fermentor；mechanical mixing zone；jacket；three - dimensional modeling

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 课题的开发背景及其意义 1

第二章 机械搅拌生物反应器 2

2.1机械搅拌生物反应器的基本结构 2

2.2生物反应器的设计要求 4

2.3 生物反应器的设计因素 4

2.4 生物反应器的主要设计内容 7

第三章 生物反应器主要零部件选型及计算 7

3.1 玻璃罐体 7

3.1.1 圆筒体的内径、高度、壁厚 7

3.2 搅拌器及搅拌轴 8

3.2.1 搅拌器 8

3.2.2 搅拌轴 9

3.3消泡器 10

3.4 挡板 10

3.5传热夹套 11

3.6 温度电极 11

3.7 pH电极 11

3.8 DO电极 12

3.9 联轴器及轴承 12

3.10 轴封 12

第四章 生物反应器的三维建模 13

4.1 SolidWorks简介 13

4.2 零部件及装配体展示 15

第五章 机械搅拌发酵罐的使用 16

5.1发酵罐的操作流程 16

5.2 发酵罐的具体操作 16

结论 18

参考文献 18

致谢 19

第一章 引言

借助生物催化以生产生物科技产品生产的反应设备叫做“生物反应器”。生物反应器作为发酵过程的中流砥柱，在生物反应的过程中发挥着至关重要的作用，是实现生物科技产业化的不可缺少的装置，也是连接生物原材料与产品的核心。

一个良好的生物反应器应具备操作简便人性化、生产成本低、高效等特征，与此同时，应具备结构严谨美观，精确度高的特点。另外，要评价一个生物反应器的质量与功能，我们就要观察该装置是否能有较大的生产效率，是否能够满足生物反应过程中各种要求。

1.1 课题的开发背景及其意义

在当今发达的生物技术的背景之下，生物反应器应用较多的就是搅拌类型的装备。如在一些合成产品的生产当中，大约有85％应用的搅拌设备。另外，在其他的诸如农药等化学化工产业，搅拌设备也经常能看到它的踪影。同时，通过发酵培养生产新的对抗或有利人体健康的生物产品也成为我国生物技术市场化大规模生产的重要途径。据我国相关的重工业部门调查，发现一半以上的动力都依靠的时机械搅拌。搅拌设备的应用如此之广，故在对其相应的搅拌设备的设计优化及制造方面就显得尤为主要。

现阶段，研究开发机械搅拌设备的意义主要有以下几个方面；

① 随着生物技术的不断进步，需要更加完备且优秀的生物发酵罐。像对一些动物细胞的批量培养，即当前生物领域发展的必然方向上，我们是否应该研究与动物细胞生命相匹配的生物发酵罐就是目前最需要讨论与解决的。

② 随着设备的更新进化，在具体的生产操作过程当中会更得心应手，对实验进程的加快及实验结果的影响都会得到有利的帮助。

③ 生物反应器是21世纪生物科技领域的新产品，有相当的技术方面的要求，我们不能错误地认为仅仅是用于生物发酵的机器。随着计算机硬件软件领域的技术发展，传感技术及其他元器件的发展进化，最后包括生物发酵罐生产制造以及研发的不断突破，推陈出新，在生物技术大规模生产才能有质的飞跃。

④ 目前，市场上的生物发酵设备种类数不胜数，对其中一些设备如机械搅拌发酵罐的改进优化，包括温度、溶氧、PH参数控制的精确度，罐体设计的合理化及人性化的改进，都可以在操作更方便的前提下大大提高生产产品的质量。在无论生活还是生产制造方面都会有极大的帮助。

由此可见，发展与创新密不可分。只有不断研究推出新的与生物科技产品相配套的更优秀的设备，才能更好更快的推进生物科技产品融入更大的市场，形成一条强壮的产业链。

第二章 机械搅拌生物反应器

2.1机械搅拌生物反应器的基本结构

通用机械搅拌槽式发酵罐主要由搅拌系统、密封装置、温度、PH控制系统等组成，其中搅拌系统作为发酵装置的核心系统，特别在进行搅拌器、电机选型时应更加严谨。对大型发酵罐，通气孔一般安装在搅拌桨正下方，离罐底5-10公分，而小型发酵罐，用圆形通气圈即可。另外，盘面设有盘管孔、进料取料口、补料平衡口、进气口等部件。（本次研究对象为5L小型发酵罐，故不需人孔和视镜零部件）。

图2-1为通用机械搅拌槽式反应器的示意图。

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