第七章生化反應器.pptVIP

北京理工大学 ? 生命学院;反应器的流动状态;反应器设计和操作参数;第06章 理想流动生化反应器分析与设计;6.1 概 述;主要成本 1.转化成本和原料成本 2. 回收成本 3. 运行成本;6.1 概 述;结构特征分类;鼓泡塔BC;Conventional landfill after30 years;* ;选择合适反应器型式结构及操作方式(反应与物料性质，生产工艺）;基本设计方程;第06章 理想流动生化反应器分析与设计;6.2 间歇操作搅拌反应器BSTR;将动力学方程代入积分即求得反应时间。对米氏方程：;反应在固相，而积累则表现为液相浓度变化（固相可略）;?;解：计算k+2的数值，确定在不同酶浓度时的rm值，最后使用分批酶反应速率公式，计算所需要时间;6.2 间歇操作搅拌反应器BSTR;;批操作时间：反应时间tr＋辅助时间tb 谷氨酸发酵罐设计：要求生产能力达到8000吨/年（320天），发酵时间36h，辅助时间12h，最终产物浓度为9%，计算所需反应器有效体积。;6.2 间歇操作搅拌反应器BSTR;单位时间产量：;tr,opt;对较简单反应有解析解：如对酶反应米氏方程。;由此求得Csopt;第06章 理想流动生化反应器分析与设计;;连续进料出料且流量相同 组成不变，累积项为0(定态)，恒化器Chemostat 完全混合(全混流)，出料组成与反应器内相同 反应器体积计算及一定操作条件下状态确定;底物衡算：;;固定化酶（固定床反应器，实际生产中更常用）;例题： 对某一S→P的均相酶催化反应，假定该反应动力学方程符合M-M方程形式，且已知其Km=1.2mol/L，rm=3×10-2 mol/(L·min)。根据设计要求年产产物P为72000mol，并已知CS0=2mol/L，XS=0.95。全年反应器的操作时间为7200h，其中BSTR的每一操作周期内所需辅助时间为2h，若分别采用BSTR和CSTR进行上述反应，试求所需反应器有效体积应为多少？ ;解：对于间歇反应器：;对于连续反应器中： ;细胞反应单级CSTR;状态分析：;细胞反应单级CSTR;细胞反应单级CSTR;基本方法：;固定化活细胞CSTR设计;生长过程：细胞首先在载体表面生长达到一极限浓度 (g/m2) 则此时相对于整个反应器的固定化细胞浓度为 (a:比表面积)，此后细胞开始在液相生长并流出，逐渐达一稳态。;细胞循环CSTR设计;细胞衡算;底物衡算;;多级CSTR??联;a;单流多级反应系统的计算： 反应器间无返混；得率为常数。 第一级与单级相同，从第二级开始增加细胞输入项;两级恒化器物流图;得;两级恒化器各种物料平衡稳态解的比较;CSTR在动力学研究中的应用;恒化器的应用;恒化器培养的非理想问题;碳源限制时非理想恒化行为;镁、磷、钾限制时恒化器的行为;要考虑的问题 发酵与提取成本分析 染菌及变异问题 环境的治理;污染物比生长速率较小的情况;污染物比生长速率较大的情况;在不同情况下污染物的竞争力;恒化培养的过渡态;恒化培养的过渡态;;在稳态条件下，做细胞的物料平衡：;(1/D)=10(1/S)+0.05 由方程的斜率和截距 可得动力学参数 ;;;;通过CSTR实验测定得到以下数据，;由方程(1)和(2)得,;生化反应器分析与设计;连续操作管式反应器;酶反应CPFR;Cs0;固定化酶反应CPFR 固定床反应器，固定化酶颗粒填充于床层中。不随液相流出。;例题：固定床反应器中固定化酶颗粒为球形，直径为0.5cm，床层液相体积分率为0.5，De=0.015 cm2/s, rm=2.64mol/L/s, Km=0.91mol/L, 按一级动力学且忽略外扩散影响，计算转化率为0.7时所需反应时间。;例题：固定床反应器中固定化酶颗粒为球形，直径为0.5cm，床层液相体积分率为0.5，De=0.015 cm2/s, rm=2.64mol/L/s, Km=0.91mol/L, 按一级动力学且忽略外扩散影响，计算转化率为0.7时所需反应时间。;微生物反应CPFR;;对循环底物物料衡算有;;微生物反应CPFR;;循环比对停留时间的影响 (Cs0=5, um=0.15, Ks=1);实现转化反应的效率决定于反应器内反应速率的快慢，而反应速率决定于浓度分布 浓度分布 与时间关系：仅BSTR变化。 与空间关系：仅CPFR变化。;半间歇搅拌槽式反应器;间歇：不能控制过程在最优状态，重复性差。 连续：易染菌，细胞生长和产物生成的最优条件不同。 流加（底物）和反应分离耦合（产物）;1 流加操作;流加物料的选择：碳源、氮源、氧、前体等;无反馈流加举例-------面包酵母的发酵;不同