




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、2020/9/16,1,好氧生物反应器,Huang Yan 11721777,2020/9/16,2,1.生物反应器 2.反应器中氧的传递 3.发酵动力学 4.以丁二醇发酵为例分析,2020/9/16,3,1.生物反应器,生物反应器:用酶或生物体(如微生物)所具有的生物功能,在体外进行生化反应的装置系统。本质上就是酶反应器。 不仅包括传统的发酵罐、酶反应器,还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反应器、动植物细胞培养用反应器和光合生物反应器等 生物反应器的作用:为酶或细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境,使细胞能更快更好地生长,并得到更多需要的生物量或代谢产物。,2020/9/16,4,生物反
2、应器发酵流程,2020/9/16,5,2020/9/16,6,生物反应器的分类,按结构区分: 搅拌罐式反应器 鼓泡式反应器 填充床式反应器 流化床式反应器. 膜反应器 按操作方式区分: 分批式反应 连续式反应 流加分批式反应 混合形式 连续搅拌罐反应器 分批搅拌罐反应器,2020/9/16,7,生物反应器是生物工程中最重要的设备之一,在生物过程中,具有中心作用,是实现产品产业化的关键设备,是连接原料和产物的桥梁。反应器中,通过产物合成,廉价原料被升值了。生物反应器的设计和操作,是生物工程中一个及其重要的问题,对产品成本和质量有很大影响。,2020/9/16,8,一个优良的生物反应器应具备: (
3、1) 所用生物催化剂应具有较高的比活和酶浓度(或细胞浓 度),能得到较大的产品转化率。 (2) 能用电脑自动检测和调控,从而获得最佳的反应条件。 (3) 应具有良好的传质和混合性能。 (4) 应具有最佳的无菌条件,否则,杂菌污染使反应器的生产 能力下降。,2020/9/16,9,2.反应器中氧的传递,好氧微生物的生长发育、繁殖和产生代谢产物都需要消耗氧气,在发酵过程中必须通入适量无菌空气满足菌体生长需要。 好氧微生物的氧化酶存在于原生质内,只能够利用溶解于发酵液中的氧气。由于各种好气微生物所含的氧化酶体系的种类和数量不同,在不同环境条件下,各种需氧微生物的吸氧量或呼吸程度也是不同的。 在反应器
4、中,微生物的耗氧速率受到酵液中氧浓度影响,而发酵液中的氧浓度又受到诸多因素的影响。,2020/9/16,10,氧传递的双膜理论,2020/9/16,11,发酵液中氧的传递方程,C,Ci,P,Pi,气膜,液膜,N:传氧速率 kmol/m2.h kg: 气膜传质系数 kmol/m2.h.atm Kl: 液膜传质系数 m/h,2020/9/16,12,以液相浓度为基准推导式,kL为液膜传质系数; kG为气膜传质系数; Ci为气液界面上的平衡浓度; C为反应液主流中氧的浓度; C*为与气相氧分压相平衡的氧浓度; H为亨利常数; KL为以液膜为基准的总传质系数。,2020/9/16,13,两边同乘a(单
5、位体积反应液中气液比表面积) Na单位体积反应液中氧的传质速率mol/m3s; kLa体积传质系数s-1;,2020/9/16,14,体积传质系数kLa作为一个整体在发酵过程中被测量出来,其值对在发酵过程中评估通气效率,调节溶氧有十分重要的意义。 常用的测量kLa的方法有亚硫酸盐氧化法、取样极谱法、物料衡算法、动态法、排气法和电极法等。,2020/9/16,15,亚硫酸盐法测定容积氧传递系数,正常条件下,亚硫酸根离子的氧化反应非常快,远大于氧的溶解速度。当Na2SO3溶液的浓度在0.018 0.45mol内,温度在2045时,反应速度几乎不变。所以,氧一旦溶解于Na2SO3溶液中立即被氧化,反
6、应液中的溶解氧浓度为零。此时氧的溶解速度(氧传递速度)成为控制氧化反应速度的决定因素。,2020/9/16,16,过量的碘与反应剩余的Na2SO3反应,再用标准的Na2S2O3溶液滴定剩余的碘。根据Na2S2O3溶液消耗的体积数,可求出的Na2SO3浓度。,2020/9/16,17,a也可以单独计算出来 a的大小取决于所设计的空气分布器、空气流动速率、反应器的体积、空气泡的直径等。 如果由空气分布器出口流出的空气流动速率为Fa,气泡在发酵罐中的停留时间为t ,气泡平均直径为dB,那么a可由下式给出:,气液比表面积的计算,2020/9/16,18,由于Fat/VL是单位液体体积与所对应气泡体积之
7、比,也是通气后液柱的增高值与不通气时液柱高度之比,即气体的滞留量H0 ,所以,2020/9/16,19,影响氧传递速率的主要因素,1.搅拌 把通入的气体打碎,强化涡流程度,使空气与发酵液充分混合 2.气液比表面积 比表面积越大,氧传递速率越大. 3.空气的线速度 氧传递系数K L是随空气量的增加而增大的,当增加通风量时,空气的线速度也就相应地增大,从而增加了溶氧,氧传递系数K L相应地也增大。 4.发酵液性质 粘度、表面张力、离子液度、密度、扩散系数等,从而影响到气泡的大小、气泡的稳定性,进而对氧传递系数K L带来很大的影响。 5.表面活性剂 分布于气液界面,改变传质阻力,进而影响氧传递系数K
8、 L,2020/9/16,20,2.发酵动力学,研究内容 包括菌体生长速率、基质消耗速率、产物生成速率的相互关系,环境对三者的影响,以及影响其反应速率的条件。 目的: 通过动力学,研究各种物理,化学因素的影响,为调控提供依据,优化发酵的工艺条件及调控方式; 建立反应过程的动力学模型来模拟最适当的工艺流程和工艺参数,预测反应的趋势; 控制发酵过程,以至实现用计算机来进行控制.,2020/9/16,21,发酵动力学涉及的常规参数,2020/9/16,22,常用到的参变量:,菌体生长速率指单位体积、单位时间里生长的菌体量。菌体量一般指其干重。 菌体的比生长速率:菌体生长速率与菌体浓度之比。,2020
9、/9/16,23,基质消耗速率: 基质的比消耗速率:,2020/9/16,24,产物生成速率: 产物形成的比速率,2020/9/16,25,生长得率:菌体的生长量相对于基质消耗量的得率,也称为细胞对基质的得率。 产物得率:相对于基质消耗量的代谢产物得率。,2020/9/16,26,ATP生长得率 消耗1molATP得到的菌体量,用YATP表示。 根据观察发现,许多微生物的YATP大致相同,一般认为YATP=10g细胞/ molATP。这个数值已经被用做估算细胞理论得率的一个常数。 维持系数m “维持”是指活细胞群体在没有实质性的生长(即细胞生长和死亡处于动态平衡状态)和没有胞外代谢产物合成情况
10、下的生命活动。 维持代谢没有物质的净合成,是完全用于产生能量的分解代谢.是为宏观上保持细胞物质总量平衡而进行的分解代谢,2020/9/16,27,发酵类型,酒精发酵 柠檬酸发酵 抗生素发酵,Luedeking-Piret模型,2020/9/16,28,生长偶联产物形成系数 如:酵母菌酒精发酵,1.生长偶联型:,产物直接来源于产能的初级代谢(自身繁殖所必需的代谢),菌体生长与产物形成不分开。,2020/9/16,29,2.非生长偶联型,非生长偶联型:细胞生长时,无产物,产物生成在菌体停止生长才开始,产物的形成速率只与细胞积累量有关,与生长不偶联。 所形成的产物均是次级代谢产物。但并非所有的次级代
11、谢产物都是非生长偶联型。,2020/9/16,30,3.混合型,如:乳酸、柠檬酸、谷氨酸等的发酵。 与生长偶联的产物形成系数,g/g细胞; 非生长偶联的比生产速率, g/(g细胞h)。 该混合型模型复杂的形成是将常数、作为变数,它们在分批发酵的四个时期分别具有特定的数值。,2020/9/16,31,分批培养中微生物的生长曲线,延迟期:,指数生长期:,减速期:,静止期:,衰亡期:,2020/9/16,32,克雷伯氏白杆菌进行丁二醇发酵 Qsa Qsr Qsf,4.丁二醇发酵分析,2020/9/16,33,2020/9/16,34,氧气充足,细胞数目呈指数型增长,细胞进行有氧呼吸,无氧呼吸近似于零。,第一阶段,2020/9/16,35,2020/9/16,36,由氧气充足变为氧受
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 企业开户银行合同范本
- 个体老板合同范本
- vr公司合同范本
- 2025年烟台驾驶资格证模拟考试
- 化妆店转租上海合同范本
- 兽医诊所转让合同范本
- 副业兼职合同范本
- 二手车行业劳动合同范本
- 军旅衣服租赁合同范本
- 农村房屋场地出租合同范本
- 富氢水水素水推广方法
- 煤矿职业卫生培训课件2023
- 某小学申报广州市义务教育规范化学校自评分说明
- 面神经炎课件完整版
- 根据铜价计算各种电缆参考价格
- 湘教版五年级下册美术教学计划
- WB/T 1066-2017货架安装及验收技术条件
- SB/T 10446-2007成品油批发企业管理技术规范
- 沥青路面施工质量控制要点课件
- 对建筑工程施工转包违法分包等违法行为认定查处管理课件
- 雀巢碘超标危机公关分析
评论
0/150
提交评论