《反应器放大》PPT课件

《《反应器放大》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三节生物传感器的研究开发与应用一、生物传感器在微生物发酵过程检测上的应用二、动植物细胞培养过程的参数检测三、生物传感器的类型及结构原理1.酶电极2.微生物电极3.免疫电极4.生物换能器件第四节生化过程控制概论第一节生物反应过程的放大：生物反应系统放大：是指以实验室或中试反应设备取得的实验数据为依据，设计制造大规模的反应系统，以进行工业规模生产。第六章生物反应器的比拟放大生物工程产品的研究开发周期必须经过3各阶段：实验室阶段:1~3L摇瓶或反应器中试阶段:5~50L发酵罐工厂化规模:m3一、生物反应器的放大目的生物反应

2、器的放大目的：应用理论分析和实验研究相结合的方法，总结生物反应系统的内在规律及影响因素，重点研究解决有关的质量传递、动量传递和热量传递问题，以便在反应器的放大过程中尽可能维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。二、生物反应器放大方法1.生物反应器的传递现象与过程受两个机理控制：对流和扩散对流tf=L/vL：反应器特征尺寸v：反应溶液对流运动速度扩散td=L2/Kk：扩散系数对于小型生物反应器：反应速度控制：tctf(td)传递对反应器发大有重要影响rcSScrd高基

3、质浓度rd>rcμ=μmax=rc低浓度时rd

4、论放大法1.原理:建立及求解反应系统的动量、质量和能量平衡方程。对于发酵反应器的理论放大，主要的问题是无法了解反应系统中的动量衡算方程，所以理论放大法只能用于简单的系统。例如发酵液是静止的或流动属于滞留系统，例如固定化生物反应器。2.放大的基本理论基础：相似理论相似理论的基本点：两个反应系统可用统一微分方程描述，在其中一系统中同步存在动量、热量及质量传递和许多生化反应。对游离生物细胞的液体悬浮培养的放大过程，假定小罐和大罐几何相似，发酵液的物理性质如培养基成分、温度、pH和溶解氧浓度相同，微生物细胞在发酵罐中充分分散

5、。搅拌发酵罐中与液体动态有关的参数是：不通气搅拌功率P0或通气搅拌速率Pg，搅拌转速泵送速度v送对于充分湍流的发酵系统而言，搅拌功率P0∝n3Di5P0=Npn3Di5通气搅拌功率Pg/P=f(Na)Na=v送/nDi3通气准数液体循环速率:V送∝nDi3v送/V∝n单位体积功耗P/V∝n3Di2搅拌器叶尖线速度v∝nDi修正雷诺系数nDi2ρ/μ∝nDi2V∝D3∝Di3V送∝nDi3若以P/V相等放大（P/V）小=（P/V）大对许多通气发酵生产，其产物的相对浓度受单位体积发酵液的搅拌功率或体积溶氧系数的影响，不论是

6、细菌、霉菌、还是酵母菌，其目的产物与单位体积搅拌功率P/v或体积溶氧系数kla的关系p/v或kla目的产物浓度有效放大区(二)半理论放大法对动量方程进行简化，只考虑液流主体的流动，而忽略局部如搅拌叶轮或罐壁附近的复杂流动，其流型有三类：活塞流带液体微元分散的活塞流完全混合流。对于有液体微元分散的活塞流，在稳态下，质量衡算方程为：对于多罐式（串联）完全混合反应系统，第n+1罐的物料质量衡算方程为：(三)因次分析法定义：在放大过程中，维持生物发酵系统参数构成的无因次群（准数）恒定不变。1.因次分析法的机理把反应系统的动量、

7、质量、热量恒算以及有关的边界条件、初始条件以无因次的形式写出,用于放大过程这就是因次分析方大法。如前所述的一位活塞流流动：质量方程如前，边界条件为：C00ζ=c/c0η=x/L解得：ζ=f(vL/De,kL2/De,η)2.应用因次分析进行反应器放大雷诺准数相等：Rem=Rep（ρNDi2/μ）m=（ρNDi2/μ）p弗鲁特准数相等：Frm=Frp（N2Di/g）m=（N2Di/g）p对于全挡板条件，传递特性与Fr准数基本无关。只要Re相等。但是，混合时间与P/V有关，若按Rem=Rep放大，则大型反应器的P/v很低，

8、但是混合时间就太大了。所以，大型反应器放大时，往往以(P/V)m=(P/V)p准则放大，但必须满足Re>104N降低P/V低3.准数构成几何参数D、H、dp物理化学参数ρμσ过程变量N、P0、VL常数g、R(四)经验放大法当今最常用的放大法，目前生物发酵工厂所用的好氧生物发酵反应器应用的经验放大比例：放大准则所占比例维持Po/V3