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两级串联培养，第一级控制最佳稀释率,达到最大生长速率。第二级保证底物的转化率。就是根据细胞生长动力学的科学设计。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 三、单罐连续培养(细胞循环) F CS CX2 F CS0 μCXV CS RF CS CX1 （1+R）F CS CX RF CS CX1 对菌体平衡 发酵罐培养系统菌体平衡 细胞浓缩分离系统菌体平衡 酶反应连续操作反应器介绍和计算 F CS CX2 F CS0 μCXV CS RF CS CX1 （1+R）F CS CX RF CS CX1 酶反应连续操作反应器介绍和计算 酶反应连续操作反应器介绍和计算 酶反应连续操作反应器介绍和计算 细胞循环连续发酵讨论 循环与不循环相比： 在转化率和发酵罐体积不变时，可提高生产能力。 在生产能力和发酵罐体积不变时，可提高转化率（CS降低） 在生产能力和转化率一定时，可减小设备体积。 如果细胞不浓缩， D =μ，对CSTR无意义。 生产能力的提高在于提高了发酵罐中的细胞浓度。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 酶反应连续操作反应器介绍和计算 酶反应连续操作反应器介绍和计算 （1 ）全混合式反应器（CSTR） 对底物的物料衡算式有： ——物料流量 ——进料、反应器中的底物浓度 ——反应器有效体积 酶反应连续操作反应器介绍和计算 在连续稳态时， ，并由上式可得： 均相酶反应，符合M-M方程反应： 酶反应连续操作反应器介绍和计算 （2）平推流式反应器（CPFR) 连续稳态操作时， ,于是 酶反应连续操作反应器介绍和计算 对整个反应器有，有 酶反应连续操作反应器介绍和计算 对符合M-M方程的反应，积分： 酶反应连续操作反应器介绍和计算 由以上积分式可知，平推流式反应器（CPFR)与间歇操作全混合反应（BSTR），其反应时间相同，不同之处是，一个是反应浓度随着反应时间而变化，一个是随着反应器的位移而变化。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 连续操作反应器的特点： CSTR：反应器浓度均一，浓度不随时间变 化，流出的物料浓度与反应器内物料浓度相同。 CPFR：物料浓度在横截面上浓度均一，随着在反应器内位移而发生变化。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 （3）影响酶反应速率的因素 1、酶浓度 2、温度 3、PH 酶反应连续操作反应器介绍和计算  （4）CSTR与SPFR选择与结合 酶反应过程，首先以单底物、无抑制的均 相酶反应动力学为例对CSTR和CPFR作比较与 选择。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 达到同一转化率时，CSTR所需体积要比CPFR所需体积大，或需要更多的酶。并且转化率愈高，两者比值愈大。这表明，转化率愈高，返混对反应影响程度愈大。 随着Km/Cs0值从零到最大，反应速率与底物浓度的关系由零级升为一级，两种反应器的体积比随之增大。这表明，随着反应级数提高，返混的影响亦在增大。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 对底物抑制的酶反应，由于在CPFR中维持了比CSTR中更高的底物浓度，因而在CPFR中底物的抑制作用更强烈，此时显然采用CSTR更为有利。若为使反应器体积最小，可以采用一个CSTR与一个CPFR的串联设计方案，底物在CSTR中的浓度可保持在反应速率最大时的浓度。也可采用循环式CPFR的设计。 对产物抑制酶反应，由于在CSTR中维持了比CPFR中较高的产物浓度，因而在CSTR中产物的抑制作用较大，此时显然应采用CPFR 更为有利于。 酶反应连续操作反应器介绍和计算 第二节微生物细胞连续操作反应器 酶反应连续操作反应器介绍和计算 如左图所示： V –发酵罐（生物反应器）有效容积（L） F –培养基体积流量（L/h）； CS0 –底物初始浓度（g/L）； CS__—发酵罐内底物浓度（g/L）； CX—发酵罐内菌体浓度（g/L）； 一、单级连续发酵（培养）（CSTR) VμCX CS F CSo CXo F CS CX CX0- 初始接种菌体浓度（g/L）； 酶反应连续操作反应器介绍和计算 生长比速率与稀释率的关系 发酵罐浓度视为均一 开始接入微生物细胞（连续进料后不再加入)，当连续稳定进料一定时间后，对细胞平衡： 生长量=排出量 VμCX=FCX 令： D- 稀释率（h-1） 即：μ=D 酶反应连续操作反应器介绍和计算 稀释率是人为控制的，因此在连续发酵过程生长比速率可以人为控制。 连续发酵的必要条件 D＜μmax 当D＞μmax，发酵就发生“冲出”现象。 * *