第六章生物反应器的比拟放大.pptVIP

第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日第一节生物反应器比拟放大的目的和方法

一.引言1．生物工程产品的研究开发的三个阶段：（1）实验室阶段（2）中试（3）工厂化生产第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.生物反应器的放大：以实验室和中试所取得的数据为依据，设计制造大规模的反应系统以进行工业规模的生产。第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日二．放大的核心问题和目的1．核心问题：生物反应器中有三种重要的过程：热力学过程，微观动力学过程，传递过程。※而核心问题是传递过程。因为规模的放大对传递过程的影响最大。第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日2．放大目的或指标维持中试所得到的最佳的细胞生长速率，产物的生成速率。第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日三．放大的常用方法1．理论放大法（1）生物反应器的传递：对流和扩散起作用。（2）对流传递的时间常数：（3）扩散传递时间常数：第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日（3）反应转化时间常数第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日理论法的定义：建立求解反应系统的动量，质量和能量平衡方程，来放大。※由于：系统的动量平衡方程难于建立和求解很难，所以在实际中很少应用。只是用于发酵液静止或属于滞流系统。第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日2．半理论放大法（1）定义：由于难于建立动量平衡方程，为解决这一问题，对动量方程做了简化：只考虑液体的主体流动，忽略局部的复杂的流动。流型：活塞流，带液体微元分散的活塞流，完全混合流动。第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日（2）带液体微元分散的活塞流质量衡算方程：v……液体的流速，m/sc……反应基质浓度kg/m3De………基质在培养基中的扩散系数m2/sr……生物反应速度kg/(m3*s)x…..传递方向的位移第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日(3)对于多罐串连的完全混合反应系统的质量衡算方程qv（cn-cn+1）=Vn+1×rn+1qv…………………体积流量V………反应液体积第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日3.因次分析法（1）准数：无因次数群（无量纲数群）。（2）因次分析法的定义：依据质量动量衡算方程构建准数，放大过程维持准数不变。※准数要有一定的物理意义第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日（3）准数的构成：几何参数：H，D。物理化学参数：ρ，u。过程变量：N，VL常数例子讲解以微元分散活塞流为例第13页，共25页，星期日，2025年，2月5日4．经验法（最常用的方法）※重点讲授第14页，共25页，星期日，2025年，2月5日第二节通气发酵罐的经验放大法

1．以体积溶氧系数相等来进行放大（1）适用条件：高浓度细胞培养，消耗氧气的速度很快，氧气的传递速率成为发酵关键因素。第15页，共25页，星期日，2025年，2月5日（2）过程：①几何相似放大发酵罐②依据体积溶氧系数相等确定其它参数第16页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.按P0/VL相等原则进行放大（P0，不通气搅拌功率）（1）适用条件：对于溶氧速率控制的发酵反应，发酵液为非牛顿型流体※有效放大范围第17页，共25页，星期日，2025年，2月5日放大过程:第18页，共25页，星期日，2025年，2月5日