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《生化工程,第七章反应器放大与设计课件.ppt》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、第七章：反应器放大与设计Kikkoman'ssecondU.S.plantinCaliforniaArtist'srenditionofthenewFolsomplantKikkomanFoods,Inc.,asoysauceproductionfacility,isestablishedinWalworth,Wisconsin(U.S.).珠江桥酱油研发中心TANKFARMSUPPLIEDWITH171TANKTOPS.-FERMENTATIONAREA-STORAGEAREA-FILTRATIONAR
2、EA-BRIGHTBEERAREA-YEASTAREAYEASTAREAFERMENTATIONFILTRATIONSTORAGEBBT=45=63=11=12=40Korea生化反应器的放大工程放大摇瓶试验小试中试工业化生产生物反应特点综合性学科采用生物催化剂原料为可再生资源反应条件温和产物浓度较低生物学化学工程学生物化工(生物反应工程)生物反应动力学研究生物反应过程的速率及其影响因素包括两个层次本征动力学（微观动力学）反应器动力学（宏观动力学）传递因素反应体系：A+BCE传递对反应速率的影响A,B,E
3、EAB生物反应器生物反应器的传递特性(传质、传热、动量传递)生物反应器的设计与放大反应器的类型搅拌槽式反应器管式反应器气体搅拌塔式反应器（气升式反应器）动、植物细胞培养反应器贴壁培养光合作用生物反应器的优化与控制7.1非理想流动反应器在小规模的实验室条件下在大规模的生产过程中在这一节中,我们将考察实际反应器中有关理想模型涉及到许多非理想的条件.全混流模型活塞流模型表征混合以及这些表征方法在反应器设计中的应用.流动模型的方法,反应器的一些基本类型机械搅拌罐鼓泡塔,依靠气体的喷射搅动液体StirredTank
4、BubbleTankInternalLoopTankExternalLoopTank气升式反应器液体的混合与循环是通过气体的喷射、搅拌浆或两者兼之而进行的。7.2搅拌罐中液体的混合时间定义混合时间(tm):在某一时间极快地向反应器入口流中加入一定量的示踪剂，为达到一定混合程度(均一性)m时所需的时间。混合程度(m):对液相体系示踪剂可以是一种盐溶液,酸,碱,水溶性的染料.S:时间为tm时的示踪剂浓度S0:初始示踪剂浓度S∞:时间趋于∞时的示踪剂浓度不同类型的反应器,搅拌器会产生不同的流型和不同的混合时间特
5、征。体积小的反应器中2~3s2.5~160m3发酵罐29~104s1%黄原胶溶液300rpm,noairflow6min500rpm,0.25%airflow1min在不同工况条件下的一些混合时间数据混合时间可以通过连续地监测反应器中某一处或某几处位置的示踪剂浓度的变化过程而得到。StartAfterawhile混合时间的测定测定装置很多档板，小搅拌浆输出信号(tC:循环时间;tM:混合时间)从图中可以提出,示踪剂浓度的周期性变化较为明显,这意味着反应器中的流体在达到组成均一之前，往往会发生数次循环流动。
6、检测到四次循环§7.3停留时间分布(ResidenceTimeDistribution,RTD)想象一下，当一定体积的流体进入连续操作的反应器之后会发生什么情况?由于反应器中的搅拌作用,这一流体将会破裂成更小的流体,并在反应器中发生分散或混合。因此,其中一部分流体会很快地流出反应器,而另一部分流体会较慢地流出反应器,从而造成同时进入反应器的流体会在不同时间流出反应器.出口处流出的流体是由反应器中不同停留时间的微元流体组成的混合流体。测定反应器出口处流体的停留时间分布(RTD)能为了解反应器中流体的混合与流
7、动模型提供非常有用的信息。分析反应器的工况，提供改进操作性能的有用信息通过RTD建立合适的流动模型，作为进行反应器设计的依据RTD测定示意图(1,阶跃法)检测器示踪剂连续加入流体将系统中作稳态流动的流体切换为流量相同的含有示踪剂的流体.示踪剂的浓度C0StimulusResponse由阶跃法响应曲线求得的叫停留时间分布的分布函数,又称函数F(t)CeCfRTD测定示意图(2,脉冲法)检测器示踪剂一个脉冲流体在很多情况下是需要测定停留时间分布(RTD)的密度函数E(t),将一定量的示踪剂以脉冲的方式加入到稳
8、态流动的流体中,然后反应器出口处测定示踪剂的浓度.根据概率统计的基本原理密度函数E(t),E(t)dt=在反应器中停留时间介于t到t+dt之间的流体粒子所占的百分率,其中E(t)称为停留时间分布密度函数.结合F(t)的定义,or也就是说,E(t)可以通过对实验测得的F(t)曲线进行微分计算得到.F(t)和E(t)的关系停留时间分布函数的统计特征值(1)数学期望也就是均值。对停留时间分布来说，也就是平均停留时间，即：数学期望为随
