机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验

机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验

机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验

简介

机械搅拌通风发酵罐是生物工程专业课程《发酵工程》、《生物工程设备》、《生物反应工程》及生物工程专业实验的核心设备，也是生物工程产业化最重要的设备之一。机械搅拌发酵罐安全生产与发酵产品工艺设计仿真实验运用虚拟仿真技术，对发酵车间的安全生产、发酵罐构造、操作训练及发酵产品的发酵工艺设计等内容做成在线实境仿真实验，方便学生对发酵罐及其操作过程进行模拟操作和培训，帮助学生全面掌握发酵罐构造及其原理。

通过本仿真实验项目学习，学生应具备以下几方面的目标：

（1）了解发酵罐安全操作规范；

（2）熟悉机械搅拌发酵罐构造，并能进行简单的组装；

（3）熟练掌握发酵罐灭菌及发酵等操作；

（4）能对指定的发酵产品进行关键发酵工艺设计。


图1虚拟仿真实验主页面


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实验步骤1

进入登录界面，输入账号和密码，点击登录。


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实验步骤2

2进入实验前，会出现以下提示界面。

软件界面

选择该界面中“？”，显示帮助


WEB版操作提示界面

这个界面帮助实验者如何使用键盘和鼠标进行实验：通过键盘操作行走（W-前进，A-左移动，D-右移动，S-后退）和提出疑问或继续实验，鼠标右键可调整视角方向，鼠标左键可以拾取物品、安装物品、快速移动到指定地点（如：橙色脚印处），鼠标滑轮可以放大和缩小视野。点击“关闭提示”，进入实验。

注：在实验过程中，可以随时点击界面左上角的灰白色“？”按钮，再次进入提示界面。


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实验步骤3

点击“01.实验安全操作”，进入到实验安全场景


                           选择课件                                                                                          实验安全操作开始场景

根据语音提示，分别进行“红色管道烫伤危险”、“发酵罐不气密带来的危害”、“未通过夹套预热带来的危害”和“灭菌降温可能存在的危险”等安全环节操作。



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实验步骤4

点击“02.机械搅拌通风发酵罐系统结构介绍”，进入机械搅拌发酵罐构造学习场景


发酵罐构造学习界面

（1）移动到橙色脚印处，在操作台上的发酵罐将会爆炸式展开其各个零部件。

发酵罐各零部件爆炸展示界面

（2）用鼠标点击各个零部件进行学习

发酵罐各零部件学习界面

（3）按照提示进行发酵罐组装。主要有挡板安装、夹套安装、搅拌器安装、消泡器安装、轴封安装、上封板安装、空气分布器安装及罐体安装等

（4）按照提示进行部分管路安装。主要有蒸汽管路安装、冷淋水管安装、空气管路安装等。



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实验步骤5

 点击“03.引导式灭菌操作”，进入发酵罐灭菌实验操作场景。

1）按照提示进行操作，进行发酵主机通电。

 

发酵主机通电操作

（2）根据提示进行空压机启动操作。


                               移动到空压机前                                                                                空压机启动操作

（3）根据提示进蒸汽发生器启动操作。


                                移动到蒸汽发生器前                                                                  蒸汽发生器启动操作

（4）根据提示进行发酵罐气密性检查。

 

发酵罐气密性检查操作

（5）其他灭菌前的检查操作。

 

搅拌电机检查

水箱是否正常工作检查


6）根据提示进行DO电极和pH电极的安装。


 

                                       pH电极的组装                                                                                  DO电极的组装          

 

分别将安装好的pH电极和DO电极插入发酵罐电极插口内


                                               

7）根据提示将培养基倒入发酵罐内。

 

                                     打开接种口盖子                                                         在接种口处插入漏斗

 

                           通过漏斗倒入培养基                                                                                培养基倒入后效果

           

（8）根据提示进行灭菌操作。


                                                                                   灭菌参数设置


 

                    夹套及发酵罐出口阀门打开操作                                                                           夹套预热操作

 

                                                                     通过取样口向发酵罐内通蒸汽操作


 

通过通气管路向发酵罐内通蒸汽操作

 

进一步升温及灭菌保温操作

 

灭菌结束的降温操作


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3.6

点击“04.引导式发酵操作”，进入发酵罐发酵操作场景。

（1）按照提示进行操作，进行发酵接种前准备工作。

 

              发酵罐尾气口打开操作                                                                    加大通风量操作

2）按照提示进行无菌接种。

               、  

无菌接种——火焰圈操作 无菌接种——种子液倒入


（3）根据提示进行发酵过程取样操作。

   取样操作


（4）根据提示进行发酵结束操作

放料操作 



   

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3.7典型发酵工艺设计

1）选择需要生产的产品后，进入工艺设计环节


生产产品选择界面

2）根据选择的生产产品，确定发酵所用的菌种，确定后续的工艺参数

产品生产菌种选择界面

（3）根据选择的生产产品和发酵用的菌种，确定培养基的C/N

培养基C/N选择界面

（4）根据选择的生产产品和发酵用的菌种，确定培养基的C/N

添加培养基界面

（5）点击面板，输入发酵工艺参数


                                                   发酵工艺参数输入（pH、温度、转速、通风量）

（6）点击面板，输入发酵工艺参数

pH、温度、转速、通风量输入完成


（7）点击开始发酵，界面出现本次设计的发酵工艺参数实际发酵情况

系统给出的按照设计者发酵参数的虚拟发酵状态

8）对系统反馈的虚拟发酵结果满意情况的反思（不满意可以重新设计参数）

系统给出的按照设计者发酵参数的虚拟发酵水平反馈（低）


系统给出的按照设计者发酵参数的虚拟发酵水平反馈（发酵失败）

9）系统反馈的虚拟发酵结果

学生提交后的界面（实验报告形式）（以发酵失败为例）

学生在实验总结中可进行反思，并在线完成实验报告，教师可根据学生重复次数，实验结果进行评价学生设计完成情况。






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3.8 操作测试

进入操作测试界面后，系统在规定的时间内，要求参与测试者必须完全全部测试内容，界面同引导式教学。

END