,发酵工程技术展望,
张嗣良
国家生化工程技术研究中心
（上海）
2005.2
内容
一、商品化生物反应器
二、生物过程工程理论的发展
三、过程生物技术的进展
四、基于信息处理的生物过程检测与控制
一、商品化生物反应器
1.生物反应器产业的产品特点
2.发酵过程传感、计算机与控制技术
3.过程放大技术的应用
4.装备制造与设计技术的进步
5.一些重要的生物反应器产品
1,生物反应器产业的产品特点
产值不大作用大,支撑技术
产品多样性,不同细胞、不同工艺、不同规模
生物过程优化与放大技术,活细胞
生物技术发展要求性能更高的生物反应器
产品型号更新换代与部件技术研究,综合技术
产品生产的标准化、规范化,技术难度大
高品质的售后技术支持,过程优化与放大
2.发酵过程传感、计算机与控制技术
? 传感器,DO,pH,排气成份分析系统, 培养液成分, 细胞
状态 ……, 其他常用热工传感器, ……
? 计算机控制系统,单片智能, 工控机, pLC, 现场总线,
DCS ……
? 执行器件,各式手动与自动阀门, 特殊阀门, 杯式补料系统
? 参数自动控制回路
温度自动控制；通气流量自动控制；罐压自动控制 pH调节（手
控或自控）； DO与转速、通气流量程序串级调节 ……
嵌入式单片计算机系统
生产车间计算机控制室
执行器件
杯式补料系统
温度传感器、耐高温 pH和溶氧（ DO）
传感器
通气质量流量计
▲ 压 力 传 感 器
▼ 电 子 秤
新传感技术
蠕动泵补料测量与控制系统
控制系统：流速调整幅度大 (从 0.1ml/h-5L/h)，可
变速蠕动泵，占空比可调整的开关控制。
全罐电子秤称重系统
新传感技术
数字式尾气氧和二氧化碳分析仪
发酵车间安装的质谱仪
流动注射分析系统 (FIA)
在线 HPLC
用于过程分析的在线红外分析仪
Theory of Dielectrics -
The Basics of Dielectric Theory
two outer pins produce a
radiofrequency electric field
two inner pins measure
the voltage.
现代控制理论的应用
数学模型
静态和动态优化
系统识别
自适应控制
专家系统、模糊控制、神经元网络
各种混沌现象的研究
3.过程放大技术的应用
几何相似
流体运动学相似
流体动力学相似
因次分析法
经验法则法
数学模拟法
时间常数法
计算流体力学
4.装备制造与设计技术的进步
标准化、规范化
IS09001管理，提供合符用户要求及质量稳定的产品；
制造过程：如材料、焊接、表面处理、零部件机加
工,…,直到安装流程工艺；
关键部件的技术进步及质量管理：如有关传感器、空
气过滤器、阀件、管道及配件；
符合 GMP标准的生物反应器以及一些新技术的应用：
如 SIP自动灭菌,CIP自动清洗、机械密封、排气处理、
取样处理等 。
蜂窝夹套 的 鼓胀成型●
激光焊接鼓胀成型蜂窝夹套加工时
再用水压鼓胀成型
先激光焊接
使用 SLWF2005型数控激光焊机，其激光器是国际上著名
的 ROFIN-
SINAR公司产品 。
ROFIN激光器
激光焊机控制系统
激光焊机床
激光焊喷头
激光焊机控制系统
5.一些重要的生物反应器
产品进展
张嗣良
国家生化工程技术研究中心
（上海）
2005.2
内容
一、商品化生物反应器
二、生物过程工程理论的发展
三、过程生物技术的进展
四、基于信息处理的生物过程检测与控制
一、商品化生物反应器
1.生物反应器产业的产品特点
2.发酵过程传感、计算机与控制技术
3.过程放大技术的应用
4.装备制造与设计技术的进步
5.一些重要的生物反应器产品
1,生物反应器产业的产品特点
产值不大作用大,支撑技术
产品多样性,不同细胞、不同工艺、不同规模
生物过程优化与放大技术,活细胞
生物技术发展要求性能更高的生物反应器
产品型号更新换代与部件技术研究,综合技术
产品生产的标准化、规范化,技术难度大
高品质的售后技术支持,过程优化与放大
2.发酵过程传感、计算机与控制技术
? 传感器,DO,pH,排气成份分析系统, 培养液成分, 细胞
状态 ……, 其他常用热工传感器, ……
? 计算机控制系统,单片智能, 工控机, pLC, 现场总线,
DCS ……
? 执行器件,各式手动与自动阀门, 特殊阀门, 杯式补料系统
? 参数自动控制回路
温度自动控制；通气流量自动控制；罐压自动控制 pH调节（手
控或自控）； DO与转速、通气流量程序串级调节 ……
嵌入式单片计算机系统
生产车间计算机控制室
执行器件
杯式补料系统
温度传感器、耐高温 pH和溶氧（ DO）
传感器
通气质量流量计
▲ 压 力 传 感 器
▼ 电 子 秤
新传感技术
蠕动泵补料测量与控制系统
控制系统：流速调整幅度大 (从 0.1ml/h-5L/h)，可
变速蠕动泵，占空比可调整的开关控制。
全罐电子秤称重系统
新传感技术
数字式尾气氧和二氧化碳分析仪
发酵车间安装的质谱仪
流动注射分析系统 (FIA)
在线 HPLC
用于过程分析的在线红外分析仪
Theory of Dielectrics -
The Basics of Dielectric Theory
two outer pins produce a
radiofrequency electric field
two inner pins measure
the voltage.
现代控制理论的应用
数学模型
静态和动态优化
系统识别
自适应控制
专家系统、模糊控制、神经元网络
各种混沌现象的研究
3.过程放大技术的应用
几何相似
流体运动学相似
流体动力学相似
因次分析法
经验法则法
数学模拟法
时间常数法
计算流体力学
4.装备制造与设计技术的进步
标准化、规范化
IS09001管理，提供合符用户要求及质量稳定的产品；
制造过程：如材料、焊接、表面处理、零部件机加
工,…,直到安装流程工艺；
关键部件的技术进步及质量管理：如有关传感器、空
气过滤器、阀件、管道及配件；
符合 GMP标准的生物反应器以及一些新技术的应用：
如 SIP自动灭菌,CIP自动清洗、机械密封、排气处理、
取样处理等 。
蜂窝夹套 的 鼓胀成型●
激光焊接鼓胀成型蜂窝夹套加工时
再用水压鼓胀成型
先激光焊接
使用 SLWF2005型数控激光焊机，其激光器是国际上著名
的 ROFIN-
SINAR公司产品 。
ROFIN激光器
激光焊机控制系统
激光焊机床
激光焊喷头
激光焊机控制系统
5.一些重要的生物反应器
产品进展
