半间歇半连续操作反应器

半间歇半连续操作反应器第1页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.1概述8.1.1半间歇半连续操作的特点可用于连续操作不适合的情况，而过程特性又优于间歇操作。底物和副产物的浓度得到控制，酶或细胞的反应环境可处于稳定的最优条件；可对反应过程灵活调控，获得较高的细胞浓度、产物浓度和生成速率；第2页，共28页，2023年，2月20日，星期三补料分批操作反复补料分批培养反复分批培养8.1.2半间歇半连续操作的分类t1t2t3t1t2t3t4t4t1t2t3t4t0t0t0第3页，共28页，2023年，2月20日，星期三有反馈和无反馈操作第4页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.2补料分批培养过程的操作模型8.2.1基础模型方程的建立流入反应第5页，共28页，2023年，2月20日，星期三第6页，共28页，2023年，2月20日，星期三第7页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.2.2恒流速流加操作模型第8页，共28页，2023年，2月20日，星期三第9页，共28页，2023年，2月20日，星期三第10页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.2.3恒定生长参数的流加操作模型恒定比生长速率第11页，共28页，2023年，2月20日，星期三例8-2第12页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.2.4定值控制的流加模型1、恒pH法2、恒溶氧法第13页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.3补料分批培养过程的优化明确过程的目标函数或优化准则。分析影响反应过程速率的主要因素及其相互关系，建立数学模型。明确过程的现有初始条件和最终要达到状态变量的范围。按目标函数和状态方程选择最优操作与控制策略。第14页，共28页，2023年，2月20日，星期三4.2.3反复分批操作全混式生物反应器V(Xf,[P]f)α’V(Xf,[P]f)(1-α’)V分离器离心或膜分离β’V([P]f)(1-α’-β’)V第15页，共28页，2023年，2月20日，星期三菌体量衡算：产物衡算：产物生产能力：第16页，共28页，2023年，2月20日，星期三4.3流加操作 流加操作的特点是控制基质的浓度参见图4-4第17页，共28页，2023年，2月20日，星期三4.3.1无反馈控制的流加操作菌体生长速率：基质消耗速率：培养基体积变化：第18页，共28页，2023年，2月20日，星期三1.定流量流加操作菌体衡算：菌体浓度：第19页，共28页，2023年，2月20日，星期三2.指数流加操作流量：比生长速率：4.3.2反馈控制的流加操作（略）比生长速率恒定培养液体积：菌体的量：第20页，共28页，2023年，2月20日，星期三4.4连续培养

分批培养时细胞浓度、限制性基质浓度和产物浓度随时间变化。营养物质的消耗或有害代谢物的积累，反应只能在一段时间内进行，而不能维持很长时间。如果向生物反应器中以一定的流量加入新培养基，同时不断排除有害代谢物，生物反应可长期进行下去。这种培养方法就是连续培养，可达到稳定状态。4.4.1单级连续培养以反应器作细胞的物料平衡加入生长流出积累第21页，共28页，2023年，2月20日，星期三菌体生长速率：基质消耗速率：产物生成：第22页，共28页，2023年，2月20日，星期三菌体生长速率：基质消耗速率：产物生成：第23页，共28页，2023年，2月20日，星期三当稳态时：第24页，共28页，2023年，2月20日，星期三这些式子分别表明了稀释率与各物质浓度之间的关系。第25页，共28页，2023年，2月20日，星期三在稳定状态下，μ=D。由于D=F/V，所以当V一定时，反应也的流量F可以控制μ的大小。Dcri为临界稀释率.微生物的培养一般在[S]in>>KS的条件系进行的，所以Dcri≈μmax当D→μmax,X→-∞，此时实际上为零，此时已