生物反應器的比擬放大

《生物反應器的比擬放大》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、生物反應器的比擬放大制作人：FranklinGangChen2003年11月組員:羅旭余虎姚鵬劉朝芬楊喆謝青蘭生物反應器的比擬放大（一）生物反應器簡介（二）生物反應器放大的目的（三）生物反應器的放大原則（四）生物反應器的放大方法（五）發(fā)酵罐的比擬縮?。┥锘ぐl(fā)展現(xiàn)狀與未來生物反應器簡介生物反應器是生物技術(shù)開發(fā)中的關(guān)鍵設備，每一種生物反應獲得的產(chǎn)品都離不開它。一項生物技術(shù)能否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，很大程度上依賴于所用反應器的效率。在生物反應器的設計與操作中，至少要考慮以下兩方面的問題：（1）生物化學和生物能量學的問題（2）該技術(shù)所涉及的生物反

2、應過程生物反應器簡介生物反應器是使生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品、生產(chǎn)力的關(guān)鍵設備，其在生物過程中處于中心地位。生物工業(yè)中使用的生物反應器有多種形式。傳統(tǒng)生物工業(yè)中使用的生物反應器稱為“發(fā)酵罐”（fermenter）。上個世紀70到80年代，“生物反應器”這一稱呼開始出現(xiàn)，并逐漸被人們廣泛接受和大量運用。生物反應器的種類比較多，不僅包括傳統(tǒng)的發(fā)酵罐、酶反應器，還包括固定化酶或細胞反應器、動植物細胞培養(yǎng)反應器和光合生物反應器等等。生物反應器放大的目的一個生物反應過程的開發(fā)，通常是在實驗室規(guī)模、中試規(guī)模優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上最后才在大型生產(chǎn)設備中投入生產(chǎn)的。

3、但在不同大小的反應器中進行相同的生物反應時，在生物反應器質(zhì)量、熱量和動量傳遞上的差別，有可能導致反應速率以及反應時具體過程的差異，從而導致反應的異化。因此，生物反應器的比擬放大是生物化學工業(yè)中的一個重要研究課題。生物反應器的放大原則（一）生物反應器的類型很多，所適用的體系也各異，因此生物反應器的放大是比較復雜的。下面就介紹一些放大準則。（1）幾何相似即按小的與大的裝置各部分幾何尺寸比例大致相同放大。但是，為了避免設備直徑過大，大設備的高徑比往往大一些。（2）恒定等體積功率放大由Pg/V恒定而確定攪拌轉(zhuǎn)速。生物反應器的放大原則（二）（三）

4、恒定傳氧系數(shù)kLa放大這個方法抓住了傳氧這一關(guān)鍵因素，目前應用很多。具體應用中要注意幾個問題。1.小試中要測得準確的kLa值，選擇合適的計算公式。2.注意各計算kLa公式在放大中參數(shù)的變化及適用范圍。3.按照計算P0/Pg選擇通氣比，計算Vs求kL來計算生物反應器的放大原則（三）（四）恒定剪切力恒定葉端速度放大剪切力與攪拌槳葉端速度成正比，在恒定體積功率放大時一般維持n3d2不變（n為攪拌槳轉(zhuǎn)速、d為攪拌槳直徑）（五）恒定的混合時間tM放大另外，還有人主張考慮NRe及動量因子來放大等，這里就不一一介紹了。生物反應器的放大方法生物反應器的

5、比擬放大，要對具體情況做具體分析。根據(jù)不同的需要來確定放大準則，再選取合適的方法。具體的放大方法主要有以下幾種：（一）以kLa為基準的比擬放大法（二）以Po/V相等為準則的比擬放大（三）其他的比擬放大方法以kLa為基準的比擬放大法有的菌種在深層發(fā)酵時耗氧速率很快，因此溶氧速率能否與之平衡就可能成為生產(chǎn)的限制性因素。耗氧速率可以用實驗法測定。在小型試驗發(fā)酵罐里進行發(fā)酵過程，用適當?shù)膬x器記錄發(fā)酵液中的溶氧濃度。以Po/V相等為準則的比擬放大對于溶氧速率控制的非牛頓發(fā)酵液系統(tǒng)，把Po/V相等作為比擬放大的準則就非常方便，同時也避免了微生物參與

6、所帶來的計算kLa的困難。值得注意的是，Po/V與傳質(zhì)系數(shù)之間的確存在著重要的關(guān)系，但Po/V相等并不意味著kLa相等。二者之間沒有必然的聯(lián)系。其他的比擬放大方法（一）恒周線速度絲狀菌發(fā)酵受剪率、特別是攪拌葉輪尖端線速度的影響較為明顯。如果僅僅保持kLa相等或Po/V相等，可能會導致嚴重的失誤。在Po/V相等的條件下，D/T比越小，造成的剪率越大，也有利于菌絲團的破碎和氣泡的分散，這對于產(chǎn)物抑制的發(fā)酵有重要意義。所以，對于這類發(fā)酵體系，攪拌渦輪周線速度也被認為是比擬放大的基準之一。其他的比擬放大方法（二）恒混合時間混合時間的定義是把少許

7、具有與攪拌罐內(nèi)的液體相同物性的液體注入攪拌罐內(nèi)，兩者達到分子水平的均勻混合所需要的時間?；旌蠒r間主要與發(fā)酵液的粘度有關(guān)，通常，低粘度的液體混合時間要少于高粘度的液體。另外，放大罐的體積越大，混合時間就越長。其他的比擬放大方法由此可以看出，比擬放大雖然必須以理性知識為基礎(chǔ)，但也離不開豐富的實際運轉(zhuǎn)經(jīng)驗，特別是對于非牛頓流體發(fā)酵系統(tǒng)尤其如此。直到最近，比擬放大的現(xiàn)狀仍然如此。發(fā)酵罐的比擬縮小在不少情況下，大型的生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐是已有的，而用實驗室的搖平去篩選生產(chǎn)用菌株。但有的時候，搖瓶中的環(huán)境條件與大型發(fā)酵罐有很大的不同，這就導致很多生產(chǎn)與

8、實驗中的不符合。比擬縮小就是將現(xiàn)有的生產(chǎn)規(guī)模發(fā)酵罐比擬縮小至實驗室規(guī)模。目的就是在實驗室規(guī)模中實現(xiàn)大型反應器的微生物生長活動的環(huán)境條件。這就為現(xiàn)有的生產(chǎn)規(guī)模提供了優(yōu)良的菌種篩選和選育的場所，也為工藝條件的優(yōu)