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生物反应器的比拟放大;

;Contents：;生物反应器的放大是指在反应器的设计与操作上，将小型反应器的最优反应结果转移至工业规模反应器中重现的过程。

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

;第一阶段

实验室规模，进行菌种的筛选和培养基的研究;第二阶段

中试工厂规模，确定菌种培养的最佳操作条件;第三阶段工厂大规模生产;表1小型和大型生物反应器设计的不同点;核心问题：

生物反应器中有三种重要的过程：

（1）热力学过程，

（2）微观动力学过程，

（3）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。

放大目的：

维持中试所得到的最佳的细胞生长速率，产物的生成速率。产品的质量高，成本低。必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境完全或基本一致。;1.3比拟放大的准则;这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很多。具体应用中要注意几个问题。

1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公式。

2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用范围。

3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算V，从而计算kLa。（P0指不通气时的搅拌功率）;剪切力与搅拌桨叶端的线速度成正比，从断裂菌丝溢出核酸类物质的数量与叶尖的线速度相关。在恒定体积功率放大时一般维持nd不变（n为搅拌桨转速、d为搅拌桨直径，一般搅拌叶轮直径与罐直径之比为0.33~0.45）

;（4）恒定混合时间（tM）;1.4比拟放大一般流程;理论放大法建立反应系统的动量、质量和能量平衡方程，求解

半理论放大法对难于求解的动量横算方程简化

因次分析法将动量、质量、热量衡数以及有关的边界条件、初始条

件以无因次形式写出用于放大过程。

（由于对事物的机理缺乏透彻的了解，难以建立精确模型。）

以kLa或Kd相等为基准放大

经验放大以P0/VL相等为基准放大

以搅拌叶尖线速度相等为基准放大

以培养液溶氧浓度为基准放大;2.1理论放大方法;;;局限性：;2.2半理论放大方法;简单液体在稳态条件下，质量衡算方程为：;局限性;2.3因次分析放大法;生物反应器的因次分析放大过程;局限性;2.4经验放大法;表2通气发酵罐放大方法的比例;经验放大法的分类：;许多好氧发酵，特别是生物细胞浓度较高时耗氧很快，故溶氧速率是否能满足生物细胞的代谢与生长就成为生物发酵生产的限制因素。生物发酵的耗氧速率可通过实验测定。实践证明，高好氧发酵应用等kLa的原则进行反应器放大通常可获得良好结果。;以kLa为基准的比拟放大法适用条件：;在耗氧发酵过程中，培养液中的溶解度很低，生物反应很容易因反应器溶氧能力的限制受到影响，以反应器KLa的相同作为放大准则，可以收到较好的效果。;2.4.2以Po/VL相等为准则的比拟放大;对于通气式机械搅拌生物反应器，可取单位体积液体分配的通气搅拌功率相同的准则进行放大，即：;2.4.3以搅拌叶尖线速度相等为基准放大;例如：;总结：;2.4.4以混合时间相等为基准放大;(1)几何相似放大;（2）通风量的放大;（3）搅拌功率放大;表3放大方法的比较;总结：;3、生物反应器比拟放大需要考虑的因素;3.1物理因素

3.1.1氧传质系数（KLa）;3.1.2单位体积的搅拌功率;3.1.3剪切应力;;3.2化学因素;;3.3过程因素;3.3.1种子的级数;3.3.2灭菌条件;4、小结;;;谢谢大家！