第六章生物反应器的比拟放大

第六章生物反响器的比较放大生物工程产品研讨开发周期：3个阶段1、实验室阶段——根本生物细胞〔菌种〕的挑选和培育基的研讨，摇瓶培育或1-3L反响器进展2、中试阶段——小型反响器5-500L规模，环境因数最正确操作条件研讨。3、工厂化规模——实验消费至商业化消费，提供产品并获经济效益。以上同一发酵消费，规模不同，生物反响一样，但反响溶液的混合形状、传质与传热速率等不尽一样，细胞生长与代谢产物生成的速率也有差别。生物反响器的放大就是在生物反响器放大过程中，维持细胞生长和生物反响速率类似，也就是以中试反响设备的实验数据为根据，设计制造大规模反响系统，进展工业规模消费。主要内容概述生化反响器的特点生化反响器的种类及选择与操作反响器比较放大一.概述

生化反响器(生物反响器)就是为顺应生化反响(生物反响)的特点而设计的反响设备。生化反响器的本质也就是酶反响器。包括酶反响器、微生物反响器〔发酵罐〕和动植物细胞培育用反响器。其作用就是按照发酵过程的工艺要求，保证和控制各种参数。微生物反响器：是消费中最根本也是最主要的设备，种生化反响条件，如温度、压力、供氧量、密封防漏防止染菌等，促进微生物的新陈代谢，使之能在低消耗下获得较高的产量。①厌氧生物反响器：其反响器不需供氧，设备构造一般较为简单。运用于乙醇、啤酒、丙酮、丁醇的消费。②好氧生物反响器：消费过程中需不断通入无菌空气，因此其设备的构造比厌氧生物反响器复杂。运用于氨基酸、有机酸、酶制剂、抗生素和单细胞蛋白SCP等的消费。根据反响器通风和搅拌的方式不同可分为三类：机械搅拌通风式、自吸式和通风搅拌式。二.生化反响器的特点①生化反响与普通化学反响的不同主要在于其反响皆由生物催化剂-酶来催化的。决议了酶反响必需在比较温暖的条件下进展，也就是在接近中性的pH、较低的温度及近似细胞生理条件下进展。②生物的酶系是非常复杂的，在活细胞中它们是相互协调而处于最优化的形状，故活细胞常被用来合成一些代谢产物如多糖及蛋白质等。由于反响的环境会随着时间的进程而改动，就产生了一个如何控制反响过程使其最优化的问题。③对生长细胞来说，要思索到如何维持发酵的最正确条件，主要包括细胞营养、代谢的调控以及反响产物的干扰。④由于酶作用对底物的高度特异性，它可以定向的产生一些用普通化学方法难以甚至无法得到的产品⑤大多数生化反响都在水相中进展，相对来说产物浓度较低，这就产生了一个产物回收工艺及本钱的问题。第一节生物反响器的放大目的与方法目的：运用实际分析和实验研讨相结合的方法，总结生物反响系统的内在规律及影响要素，重点研讨处理质量传送、动量传送和热量传送问题，使在反响器放大过程中尽能够维持生物细胞的生长速率、代谢产物的生成速率。方法传送景象受两个机理控制：对流和分散。对流时间常数：tf=L/υL------反响器特征尺寸，υ-----反响溶液对流速度分散时间常数：tD=L2/KK------分散系数放大后传送时间tf和tD明显增大，搅拌剪切、混合、溶氧传质、热量传送和表观动力学会变化。而转化常数tc大致维持不变。对于小型反响器，tc＞tf〔tD〕，对于大型反响器tc＜tf〔tD〕，所以生物反响器比普通化学反响器更复杂，其发大过程难度更高。生物发酵过程和生物反响器的开发设计由3个步骤构成：1、在较宽的培育条件〔培育基的营养物质及浓度、PH、溶氧速率和溶氧浓度、搅拌剪切强度等〕下对所运用的生物细胞种进展实验，以掌握细胞生长动力学及产物生长动力学的特征。2、根据上述实验，确定生物发酵的最优培育基配方和培育条件。3、对质量传送、热量传送和动量传送等微观衡算方程进展求解，导出能表达反响器内的环境条件和主要操作变量〔搅拌转速、通风量、搅拌功率、基质流加速率等〕之间的关系模型。运用此数学模型，计算优化条件下主要操作变量的取值。例如机械搅拌式和气升环流式等发酵反响器。第二节通风发酵罐的放大设计一、机械搅拌通气发酵罐的阅历放大法以体积溶氧系数kLa相等为基准放大法以Po/VL相等的准那么进展反响器的放大以搅拌叶尖线速度相等的准那么进展放大以搅拌液流速度压头H、搅拌液流循环速率QL及QL/H比值对发酵反响器放大设计的影响根据消费量和产率选择发酵