第三章 微生物大规模培养设备——生物反应器.ppt

(KLa)A ? ?dA? ? (KLa)B ?dB ? ? ? ? ? ? ?WgA? ?W ? 3.通气搅拌状况下 KLa的关联式 用此方程来判断不同的二个生物反 应器的传质系数的大小,以及从一个 理想的模型罐出发,利用 KLα相同 原则来进行放大 0.28 2.2 1.51 = ? ? ? ? gB ? ?nA? ?nB ? 4.影响气液相氧传递速率的因素 影响传质推动力的因素 提高液相氧的平衡浓度 增加氧分压 提高反应器中的压力 增加空气中氧的相对含量 4.影响气液相氧传递速率的因素 影响气液比表面积 a 的因素 增加单位体积通气情况下的搅拌功率 增加通气量 4.影响气液相氧传递速率的因素 影响体积传质系数 KLa 的因素 操作条件：搅拌转速n 、搅拌功率Pg 、 通气速度Vg 设备结构：D、d、HL 流体性质：μ、ρ、扩散系数D、 表面张力σ 其他因素的影响 ：表面活性剂 、盐浓度 问题 如何提高生物反应器的供氧能力？ 提高生物反应器的供氧能力 提高KLa 改变搅拌器的型式及n、d 增加空气流量 提高传质推动力 （C*-CL） 增加氧分压 改造培养基性质 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、转 速n之间的关系 功率： 施与某物体力，使之运动，即对它做了功 P = F·W F：搅拌器施加于液体上的力（kg） W：将这块液体推开速度（m/s） 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、转 速n之间的关系 P = （F/A）·（W·A） F/A：单位面积上施于液体上的剪切应 力，即静压强（kg/m2） W·A：单位时间搅拌器推开液体的体积， 即翻动量（m3/s） A： 搅拌器的截面积（m3） ρ ? ? ? = d n K P 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、 转速n之间的关系 搅拌功率基本方程： P = （F/A）·（W·A） 3 5 w ?γ ∝ w ?ρ ∝ n d ρ ∝ H ?ρ 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、 转速n之间的关系 = F A F A 2 2 2 2 2?g 3 2 Q ∝ n?d A∝ d 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、 转速n之间的关系 Q = w?A w∝ n?d 2 2 3 3 5 H ∝ n ?d 有利于气体的分散 有利于物料的混合 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、转 速n之间的关系 P ∝ H ?Q 2 2 3 Q ∝ n?d 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、转 速n之间的关系 P为常数，转速n、直径d、翻动量Q及动 压头之间的关系 (1) d n Q H 翻动量Q增加，搅拌桨直径d增加，有利 于相与相之间的混合 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、 转速n之间的关系 (2) d n Q H 动压头H增加，搅拌转速n增加,有利于 气泡的粉碎提高溶氧传质系数 6.搅拌功率P、搅拌器直径d转速n 之间的关系 生物反应器的最适d/D值随生产菌种、 培养液的性质和通气程度而变，但是 越是粘厚的培养液，越是好气的菌种， 愈应配备较大直径的搅拌器，同时应 保证较高的转速，即大功率生物反应 器 6.搅拌功率P、搅拌器直径d、转 速n之间的关系 采取高功率消耗，低通气量的方法来 加强搅拌过程中的剪切力和翻动量， 以提高氧的传递速度和增加液-固相 混合程度，但不能盲目的采用大功率 电机，因为增加转速及搅拌桨直径， 要视菌种的特性及料液的性质，剪切 力过大，菌丝易打碎 生物反应器搅拌功率的确定 变速搅拌 变速搅拌更能适应发酵过程中不同生长 期对搅拌转速的不同要求，这样不仅可节 约搅拌所消耗的电能，并使一个发酵罐能 适用于多种产品的生产。同时在培养基采 用实罐灭菌工艺时，采用低转速搅拌，可 避免电机因无通气下，搅拌电流超标，导 致电机烧掉 例题 有一生物反应器，经试验证明翻动情况不 良，需要改进，翻动量Q增加30%，H不变， 经过改进后求： （1）转速n有何变化？ （2）搅拌桨直径d有何变化？ （3）功率P有何变化？ 例题 解：设原有Q1=1，H1=1 Q1∝n1d13＝1 Q2∝n2d23＝1.3 H1∝n12d12＝1 H2∝n22d22＝1 n2 = ? 2 ? ) 例题 P2 ∝ H2·Q2＝1.3 搅拌功率增加30%，搅拌直径放大14%， 搅拌转速降低12.3% 1 4 = 0.87