第一章-生物反应器概要.pptVIP

半间歇式操作的反应器 底物连续或分批加入，产物一次性或分批排除。 优点是反应物浓度可调控 适用于多种生物反应类型 半间歇操作过程： 补料分批培养：开始培养时，培养液没有一次性加足，在培养一定时间后，根据培养液营养成分的消耗情况将部分营养成分连续加入反应器内（称之为补料），培养结束后一次性全部放出。 半间歇操作过程： 反复补料分批培养：又称为半连续发酵，指在补料分批培养中进行一段时间、反应器内培养液体积达到最大无法再继续补料时，将培养液放出一部分，再继续补料，隔一段时间后再放出同样体积，如此反复操作，直到最后将培养液一次性全部放出。 反复分批培养：在简单分批培养即将结束时，放出大部分的培养液，余下少量作为种子液，补充新鲜培养液后再重新培养，如此反复直至培养不能再延续时，再将发酵液全部放出。 底物恒速流加模型 假设条件：完全混合、单底物限制平衡生长、产率系数恒定。 进入拟稳态时：D=μ。细胞的生长进入基质限制生长状态，V随加料而增加，D下降，μ也下降，细胞生长比速率随时间严重下降。 总的细胞质量随时间呈线性增加。 在S很大而F很小时，即以很小的流率以很浓的基质作为补料液时，则μD,细胞的生长速率受流加速率控制，这在实际操作中是经常用到的。 底物指数流加模型 加入基质速率随时间呈指数变化 控制策略是控制基质浓度在反应过程中保持恒定 浓度不变时的底物衡算式： F(t)与t成指数关系 反应-分离偶合操作的反应器 解决产物抑制问题。 两种类型：加入分离剂；外部分离器。 反应-膜分离偶合 反应-萃取偶合 选择分离介质的偶合过程 气提和减压分离的偶合过程 机械搅拌槽式反应器 反应器内的三类主要装置： 混合装置——物料混合；破碎和分散气泡；悬浮固相物料。 通气装置——导入氧气 传热装置——冷却或加热 搅拌装置 生物反应器中常使的搅拌器型式有：螺旋桨、平桨、涡轮桨、自吸式搅拌桨和栅状搅拌桨等。另外，翼型桨也已开始广泛应用于发酵生产，并取得较好效果。 轴流式搅拌器——叶面与轴成一定角度 径向流搅拌器——叶面平行于搅拌轴 反应器内挡板有利于次生流的产生，最佳的挡板设计 数目可根据以下公式： 反应器的传递特性 反应液的流变与剪切特性 搅拌功率 氧的传递特性 热量的传递特性 描述？ 反应器的混合特性 单一液相混合、液-液混合等不同相态混合。 依据混合发生的空间尺度，有宏观混合与微观混合之分。 如果物料体系中微团之间不发生物质交换，可称为宏观流体；如果混合达到分子水平，即达到最大限度的微观混合，则可称为微观流体。 宏观混合的定量描述 用物料微元体的停留时间分布函数表示 示踪应答法 两个重要参数：t，σ2 0 1 停留时间分布窄 平推流 停留时间分布宽 全混流 槽列模型 扩散模型 组合模型 微观混合的定量描述 微观混合通常用混合程度m和混合时间tm两个参数表示。 tm为达到m时的值，一般采用0.95或0.99。 机械搅拌反应器的混合模型 分室模型 再循环模型 气体搅拌塔式反应器 与机械搅拌通风反应器的不同在于无机械搅拌 特点是结构简单；氧传递效率高；耗能低；减少了剪切作用对细胞的损害；排除了轴封易染菌的困难；安装维修方便等。 适于单细胞蛋白生产和废水生物处理。 鼓泡式反应器 鼓泡塔式发酵罐由塔体、筛板、空气分布器、降液管组成 压缩空气由罐底导入，经空气分布器后，穿过筛板气孔，逐板上升。发酵液充满塔体。在空气泡上升的过程中，密度小的含气发酵液也随之上升，上升后的发酵液释放空气泡，密度增大，在密度差和重力作用下又沿降液管下降，从而形成循环。空气泡的上升和发酵液的循环流动，产生气液混合效果，促进了氧气的溶解。 气升式反应器 由罐体、导流筒、循环管、空气喷嘴等部件组成。在气升式发酵罐中没有机械搅拌器及相关装置，采用高速气流和密度差带动发酵液流动、混合。 分为内循环及外循环两种。 （内循环）工作原理： 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的下部装设空气喷口，空气自喷口喷出后，与上升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的液体上升，其它液体下降而进入上升管，形成反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使发酵正常进行。 流动特性 升、降液管中气含率不同导致的流体密度差是流体循环的主要动力，通气率大小是影响流体速度的重要因素。 升、降液管的横切面积相对大小对循环速度也产生影响。 升液管内氧含量丰富，细胞生长旺盛；降液管氧含量下降，易产生缺氧。 液体微元体在反应器内循环一周所需时间为一个循环周期， 循环速度？ 升液管内液体上升速度： 循环周期： VL——反应液总体积 VLR——升液管内液体循环流量 传递参数 气含率大小与通气速率、反