《发酵罐的比拟放大》PPT课件

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1、第四章发酵罐的比拟放大项目实验用反应器生产用反应器功率消耗不必考虑需认真对待反应器内空间控制检测装置占去一定空间无此影响混合特性可不必考虑需认真对待换热系统较易解决较难解决小型和大型生物反应器设计的不同点放大方法：经验放大法，因次分析法，时间常数法，数学模拟法，放大原则：重点解决主要矛盾气体传递、混合；剪切敏感性；热传递等。放大所需解决的主要参数：罐体参数、空气流量、搅拌转速和搅拌功率消耗等经验放大法：几何相似放大恒定等体积功率放大单位培养液体积的空气流量相同原则放大空气线速度相同原则放大KLa/Kd值相同原则放大因次分析法：保持无因次准数相等原则放大Re，Nu，D

2、a，Pez时间常数法：某一变量与其变化速率之比反应时间tr=C/rr反应速率扩散时间tD=L2/Dz混合时间tm=Tm/n………数学模拟法：放大基准1、以kLa(或kd)为基准2、以P0/V相等为基准3、恒周线速度πND4、恒混合时间tm∝HL1/2D3/2/(N2/3d11/6)5、Q/H∝d/N液流循环量/液流速度压头欧洲发酵工业中的放大准则工业应用的比例（%）所采用的经验放大准则30单位培养液体积消耗功率相等30kLa恒定20搅拌桨叶端速度恒定20氧分压恒定一、几何尺寸放大几何相似原则：H1/D1=H2/D2=A放大倍数m=V2/V1m=V2/V1=π/4·D

3、22·H2/(π/4·D12·H1)＝(D2/D1)3D2/D1=m1/3，H2/H1=m1/3二、空气流量放大空气流量表示方法：（1）单位体积培养液在单位时间内通入的空气量（以标准状态计），即Q0/VL=VVMm3/(m3.min)（2）操作状态下的空气直线速度（ωg，m/h)）两者的换算关系：P1V1/T1=P2V2/T2QgP/(273+t)=Q0(9.81×104)/273Qg=Q0(273+t)(9.81×104)/(273P)(m3/h)ωg＝Q0(60)(273+t)(9.81×104)/(π/4·D2(273)·P)＝27465.6Q0(273+t)

4、/(PD2)＝27465.6(VVM)(VL)(273+t)/(PD2)(m/h)(1)VVM=ωgPD2/[27465.6(VL)(273+t)](m3.m-3.min-1)(2)Q0=ωgPD2/[27465.6(273+t)](m3.min-1)注：VL发酵液体积(m3)P液柱平均绝对压力(Pa)P=(Pt+9.81×104)+9.81/2·HL·ρHL发酵罐液柱高度(m)Pt罐顶压力表所指示的读数(Pa)1、以单位培养液体积中空气流量相同的原则放大依据式（1）得ωg∝(VVM)VL/(PD2)ωg∝(VVM)D3/(PD2)∝(VVM)D/P因为(VVM)2

5、=(VVM)1所以(ωg)2/(ωg)1=D2/D1×P1/P22、以空气直线速度相同的原则放大依据式（2）得VVM∝ωgPD2/VLVVM∝ωgP/D因为(ωg)2=(ωg)1所以(VVM)2/(VVM)1=P2/P1×D1/D23、以kLa值相同的原则放大根据文献报导，kLa∝(Qg/VL)HL2/3，其中Qg为操作状态下的通气流量，VL为发酵液体积，HL为液柱高度。则[kLa]2/[kLa]1=(Qg/VL)2(HL)22/3/[(Qg/VL)1(HL)12/3]=1(Qg/VL)2/(Qg/VL)1=(HL)12/3/(HL)22/3=(D1/D2)2/3因

6、为Qg∝ωgD2，V∝D3故(Qg/VL)2/(Qg/VL)1=(ωg/D)2/(ωg/D)1=(D1/D2)2/3(ωg)2/(ωg)1=(D2/D1)1/3又因ωg∝(VVM)VL/(PD2)∝(VVM)D/P故(VVM)2/(VVM)1=(D1/D2)2/3(P2/P1)若V2/V1=125，D2=5D1,P2=1.5P1，则用上述三种不同方法计算发酵罐放大后的通气量。放大方法VVM值ωg值放大前放大后放大前放大后VVM相同1？1？ωg相同1？1？kLa相同1？1？若V2/V1=125，D2=5D1,P2=1.5P1，则用上述三种不同方法计算放大后的通气量结果

7、如下表。放大方法VVM值ωg值放大前放大后放大前放大后VVM相同1113.33ωg相同10.311kLa相同10.51311.714、以氧分压为推动力的体积溶氧系数kd相等原则放大（1）福田修雄修正式kd=(2.36+3.30m)(Pg/V)0.56ωg0.7N0.7×10-9m：搅拌涡轮的个数kd∝(Pg/V)0.56ωg0.7N0.7（1）（2）依据Michel修正式P0=NpN3d5V=π/4·D2HQg=π/4·D2ωg所以Pg/V∝{(N3d5)2Nd3/(D2ωg)0.08}0.39/(D2H)得Pg/V∝N2.73d2.01/ωg0.03，代入（