[工程科技]生物反应器.pptVIP

1.2.4.4 积分法： 例2-6：在一定的酶浓度、pH和温度条件下，没有抑制剂时，酶催化反的反应速率为r0；当抑制剂浓度为5×10-3M时，酶反应速率为rsI，底物浓度与对应的反应结果如下表，求Km、 Km 、rmax值。 解：根据数据作图。 有抑制剂时，抑制作用为竞争性抑制。 如果碳源由C、H、O组成，氮源为NH3，细胞的分子式定义为CHxOyNz，忽略其他微量元素P、S和灰分等，此时用碳的定量关系式表示微生物反应的计量关系是可行的。 对各元素做元素平衡，得到如下方程： 当基质为碳源，无论是好氧培养还是厌氧培养，碳源的一部分被同化为细胞的组成成分，其余部分被异化分解为CO2和代谢产物。如果从碳源到菌体的同化作用看，与碳元素相关的细胞得率Yc可由下式表示 如果细胞组成已知，细胞燃烧热可用下式计算： 2 发酵罐的基本结构? 例：以乙醇为准，碳源进行产气气杆菌培养，菌体初始浓度CX0＝0.1kg/m3，培养至3.2h，菌体浓度为8.44kg/m3，如果不考虑延滞期，比生长速率μ一定，求倍增时间td。 dCx/dt＝μx μt＝㏑Cx/Cx0 μ＝(㏑8.44/0.1)/3.2 td＝㏑2/μ＝(3.2×㏑2)/ ㏑(8.44/0.1)＝0.5(h) 例：某酶固定在无微孔的球形载体上，在排除外扩散影响的条件下测得其动力学参数为rmax=4×10-5mol/(L?S)，km=2 ×10-5mol/L，现将该固定化酶颗粒放在一底物浓度为 1 ×10-5mol/L的液相反应器中进行酶催化反应。并已知在该操作条件下流体的体积传质系数为4 ×10-1/S. 试求：(1) 底物在固定化酶外表面的反应速率为多少？ (2) 该固定化酶的外扩散有效因子是多少？ 其中C，H，O是微生物细胞的碳、氢和氧的质量分数。 例:培养基在30 min内从100 ℃升至121 ℃，或在17 min内从121 ℃冷却至100 ℃，Richards简便方法计算▽加和▽冷? 解： 在 1 ℃ /min 条件下，培养基从120 ℃ → 121 ℃， ▽加为12.549， ▽加= ▽查表×升至恒温的时间/(恒温温度-100 ℃) ▽加= 12.549 × 30/21=17.93 ▽ 冷= ▽查表×降温的时间/(开始降温温度-100 ℃) 同理: ▽冷= 12.549 ×17/21=10.16 例4:若某发酵液中原含活菌1011个,灭菌后的活菌数为10-3个,且发酵液在16 min内从100 ℃被加热到121 ℃ ，之后，在此温度下保温t min，接着，发酵液再在17 min内从121 ℃冷却到100 ℃ ，求所需保温时间t。已知121 ℃的K=2.54 min-1 解：发酵液在杀菌前后体积不变 ∴ ▽总= ㏑N0/N= ㏑ 1011/ 10-3= ㏑ 1014 = 32.2 ▽加= 12.549 × 16/21=9.56 ▽ 冷 =12.549 × 17/21=10.16 又∵ ▽总=▽加+ ▽保+ ▽冷 ∴ ▽保=32.2-9.56-10.16=12.48 ∵ ▽保= ∫0t Aexp(－ ⊿E/RT)dt=Kt ∴t= ▽保/K=12.48/2.54=4.91 (min) 升温阶段对灭菌的贡献▽加/ ▽总=9.56/32.2=0.29 降温阶段对灭菌的贡献▽冷/ ▽总=10.16/32.2=0.31 从上例说明升温和冷却阶段对整个灭菌过程来说，效果十分可观。 一般地▽加/ ▽总占0.2，而▽冷/ ▽总占0.05，保温阶段▽保/ ▽总占0.75 例：维生素C制造中的古龙酸制备过程中的单台塔式反应器的容量为200m3，装料系数为70%，发酵热为16700kJ/(m3·h)，发酵温度为30℃，冷却水的进出口温度分别是15℃和23℃，得总传热系数为560W/m2，试计算反应器的总传热面积。 解：反应器有效体积VR＝70%×200＝140m3 反应器的热负荷：Qall＝QfVR＝16700×103×140/3600＝6.49×105W ΔTm＝(23-15)/ ㏑[(23-15)/(30-23)＝10.5 A＝Qall/(KΔTm)＝6.49×105/560×10.5＝110m2 [例] 在一间歇操作的反应器内进行一均相的无抑制的酶催化反应，已经测得该酶催化反应的动力学参数为k+2＝1min-1，Km＝2mol/L，加入酶的初始浓度CE0＝1 mol/L,加人反应底物初始浓度2mol/L。 试求： 要求每lh生产某产品1000mol。反应底物的转化率为0.80，并且每一操作用期内所需要的辅助时间为l0min。此时所需要的反应器有效体积VR为多少? 解 (1) 先求出达到一定转化率所需反应时间，根据题意